靜態爆破在深基坑混凝土中隔墻拆除中的應用

付虎成

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

隨著材料工程的不斷進步，靜態爆破技術在礦山開發、隧道水利建設等領域有了較為廣泛的應用，但其在常規民用建筑中卻鮮有使用。究其原因，一是普通民用建筑很少有較大體量的混凝土構件拆除，二是民用建筑拆除的混凝土構件大多是配筋混凝土，靜態爆破很難將混凝土中的鋼筋剝離。

然而當前城市地下空間的開發正向著大規模、大深度方向發展，由此帶來的基坑圍護體系也越來越復雜，特別是環境保護要求高的群坑圍護體系中存在大量混凝土地下連續墻（基坑中隔墻）需拆除。但是受制于施工作業、周邊環境保護、安全文明施工等限制，傳統人工或機械拆除很難滿足現場施工需求，而對于建筑功能復雜、拆除運輸環境狹小的空間結構，靜力切割技術也存在應用局限，傳統施工中只能依賴工效低下的人工打鑿來慢慢啃下這塊“硬骨頭”。

考慮到靜態爆破技術在安全及文明施工方面的突出優點，結合工程實際，通過優化破碎劑水灰比、爆破孔設置方式等成功實現了混凝土中隔墻在帶配筋情況下的靜態爆破拆除。其對環境保護、安全文明施工要求高的復雜深基坑鋼筋混凝土圍護構件、塔吊混凝土承臺基礎等的拆除有良好的應用價值[1-8]。

1 工程概況

上音歌劇院工程為上海市重大工程之一，北靠淮海中路，東臨汾陽路，地處上海核心商業區，周邊道路繁忙，路下市政管線密集，周邊環境極其復雜。其中：基坑北側緊鄰運營中的軌交1號線區間隧道，與本工程地下連續墻邊最小距離8.2 m；基坑西側緊鄰優秀歷史保護建筑“霞飛路住宅”，其與本工程基坑邊最小距離7.2 m；基坑南側與上海音樂學院南教學樓地下室連通（圖1）。

圖1 基坑概況

項目占地面積約9 200 m2，基坑開挖面積約6 600 m2，地下3層，地上5層，坑底標高－14.90 m，與軌交1號線區間隧道管片中線基本相平。為減少施工對周邊環境特別是軌交運行的影響，整個基坑先后被厚0.8、1.0 m的混凝土地下連續墻分成5個區域，按先后順序依次施工，力求將基坑變形風險降到最低。此外，由于項目特殊的地理位置，其安全文明施工標準極高，施工過程中需盡可能降低施工揚塵及噪聲。

基于上述原因，整個基坑圍護結構拆除不得采用傳統的機械鑿除形式，同時由于本工程建筑結構功能復雜，基坑分坑中隔墻部位的作業空間及運輸環境受限，靜力切割技術也存在無法應用的情況，人工打鑿工效又極低，因此，考慮采用靜態爆破技術對基坑配筋混凝土中隔墻進行拆除。

2 靜態爆破破碎原理及特點應用

2.1 靜態爆破破碎原理

混凝土靜態爆破又可以稱為混凝土靜態膨脹破碎，是通過破碎劑的水化反應將混凝土構件脹碎破除的技術。破碎劑是以氧化鈣為主體的無機鹽類化合物，摻入適量外加劑制成的經水化反應而具有高膨脹性能（24 h膨脹壓可達30～55 MPa，遠大于混凝土抗拉強度）的非爆破性破碎用粉狀材料，也可稱為無聲破碎劑（SCA）。

在實際運用中，首先在待拆除的混凝土中隔墻頂端打設排孔，清孔后在排孔中填灌調配好的破碎劑，在混凝土整體脹裂破碎后，將混凝土碎塊清運，同時將中隔墻鋼筋割除。

2.2 靜態爆破工藝特點

1）靜態爆破技術適用于拆除作業、運輸條件受限，環境保護、安全文明施工等要求高的深基坑中隔墻拆除難題，它不僅實現了配筋混凝土中隔墻高效拆除，同時避免了傳統機械拆除帶來的振動、噪聲、環境污染問題，尤其適用于中心城區緊鄰地鐵及保護建筑深基坑施工和高標準文明施工作業要求。

2）通過采用爆破劑爆破中隔墻混凝土構件，可大大提高混凝土破碎拆除效率，較傳統人工風鎬鑿除作業提高工效50%以上，較傳統人工空壓機打鑿可降低人工消耗60%以上，較機械鎬頭機拆除，每立方米混凝土可節省成本30%左右。

3）由于對混凝土的爆破為靜態爆破，應力釋放平緩、不會出現振動和飛石等現象，整個施工作業不會對周圍帶來任何不安全影響，施工安全、易于控制。

4）施工中使用的爆破劑為鈣、鎂、鋁等無機鹽類材料，材料本身及水化反應過程不燃、不爆、不產生有毒物質，在節能環保方面效果顯著。

2.3 靜態爆破創新應用

靜態爆破技術通常用于礦山或隧道水利工程中大型巖體的破碎，在常規民建工程中因其混凝土構件大多是配筋混凝土，靜態爆破效果不甚理想，因此應用較少。上音歌劇院工程基坑緊鄰軌交區間隧道，周邊環境較為復雜，常規基坑中隔墻拆除措施應用受限，為此我們通過優化靜態爆破中破碎劑的水灰比及爆破孔的設置方式，成功實現了混凝土中隔墻帶配筋情況下的爆破拆除。

1）考慮到上海地區基坑地下室潮濕的作業環境，我們通過減小破碎劑水灰比的方式增大膨脹壓力，提高爆破效率。經過多次現場試驗，當水灰比（質量比）在1∶4時，其膨脹效果顯著。

2）帶配筋混凝土構件靜態爆破成敗的關鍵在于爆破孔的設置方式。經實踐，在構件主筋平行和垂直方向均設置爆破孔（圖2），可有效將混凝土構件與主筋剝離。

圖2 爆破孔設置方式

3 靜態爆破施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

搭設施工操作架→鉆排孔→清孔→破碎劑調配→破碎劑灌孔→養護→二次破碎及鋼筋割除→清理外運

3.2 操作要點

3.2.1 施工操作架搭設及待爆破混凝土構件檢查

1）首先根據現場實際情況搭設合適的施工操作平臺，操作平臺應與待爆破構件間預留不小于0.3 m間隙，防止破碎的混凝土與操作平臺發生碰撞。

2）操作平臺搭設完成后，應結合圍護圖紙對待爆破混凝土中隔墻的配筋形式進行復核并對中隔墻及周邊環境進行施工前檢查，排除安全隱患。

3.2.2 排孔設置及清孔要點

1）豎向排孔設計宜沿混凝土中隔墻的長向進行設置（圖3），取孔徑38～42 mm為宜，孔距宜為300 mm，排距宜為300～400 mm，常規混凝土中隔墻設置2排排孔，單次爆破高度（H）不宜超過600 mm，鉆孔深度一般不宜小于0.9H。

2）豎向鉆孔過程中盡可能鉆垂直孔，以方便進行破碎劑灌注。

3）水平向排孔縱向間距同豎向排孔間距，沿單次爆破高度（600 mm）宜設置2排。

4）對于水平向排孔，為保證爆破劑填灌的密實度，應傾斜打孔且確保與豎向排孔的夾角大于60°，以增強破碎效果。

5）鉆孔完成后使用吸塵器進行清孔，并注意防止揚塵，清孔完成后如不立即灌孔，應對孔口采取適當臨時封堵措施。

3.2.3 破碎劑調配及灌孔要點

1）正常情況下破碎劑只需加水調配即可，但是由于破碎劑的膨脹壓隨水灰比增大而減小，流動性隨水灰比的增大而增大，考慮到上海地區基坑地下室潮濕的作業環境，經過多次現場試驗，當水灰比（質量比）在1∶4時，其膨脹效果顯著。

2）由于破碎劑的膨脹效果受環境溫度影響較大，環境溫度越高，破碎劑水化反應越快，膨脹壓越大，因此可根據環境溫度選擇相應的破碎劑型號，如表1所示。

表1 破碎劑使用溫度條件

3）常規工況下，SCA-Ⅱ型破碎劑可滿足大多數工程需要，同一破碎劑在環境溫度較高時可適當增大水灰比，低溫條件下可減小水灰比。

4）破碎劑在調配時，應根據工程用量，隨調隨用。拌制時先將定量的水倒入塑料容器中，再緩慢加入破碎劑，并使用電動攪拌機均勻拌制成具有一定流動性的漿液，拌制時間一般為1 min，調配好的破碎劑漿液應在10 min內灌入打好的排孔中。

5）破碎劑灌孔前應再次檢查排孔，孔內不得有水及雜物，灌漿應由四周向中央或由爆破側向遠離爆破側進行，可使用漏斗等工具輔助填灌，灌漿完成后可使用木棒插搗確保密實。為減少破碎劑不必要的浪費，灌漿完成面高度宜低于孔口20 mm。

3.2.4 破碎劑養護

1）當施工環境溫度大于10 ℃時，在自然條件下養護即可，但應避免淋雨或陽光暴曬，混凝土出現裂縫后可適當灑水灌縫以加速破碎劑水化膨脹。

2）當施工環境溫度小于10 ℃時，可使用溫水（40 ℃左右）進行拌制，灌孔完成后覆蓋麻袋或毛氈布進行保溫養護。

3）破碎劑水化反應膨脹壓力前24 h增長速率最大，可接近最大膨脹壓力的80%，后續壓力仍可繼續增長，但速率變慢。因此在施工流水搭接上，可選擇第1天上午打孔填灌破碎劑，養護至第2天上午，混凝土基本可達到預期的開裂破碎效果（圖3）。

圖3 混凝土中隔墻靜態爆破效果

3.2.5 二次破碎

1）當出現混凝土碎塊過大，單靠人力很難清運時，可輔助風鎬或沖擊鉆進行二次破碎。

2）當爆破鋼筋密集區時，可在密集鋼筋內側鉆小間距排孔，先把混凝土保護層脹裂，鋼筋暴露后采用手持切割機或氣焊切割外露的鋼筋，鋼筋約束解除后再進行二次爆破。

4 質量安全控制要求

4.1 質量控制要求

1）由于破碎劑的水化反應受溫度影響較大，溫度越高水化反應越快，反之越慢，因此在低溫環境下作業時應及時在灌孔完畢后立即采取相應的保溫措施，必要時提高拌和水溫度。

2）在夏季或高溫潮濕環境下作業時，應注意破碎劑的防潮和降溫，避免暴曬或低溫存放。

3）破碎劑完全反應時間一般不小于48 h，考慮到施工現場實際工期需要，可以通過調節破碎劑水灰比、拌和水溫、灑水灌縫、保溫養護等手段加速破碎劑水化反應，將有效反應時間控制在12 h左右。

4）現場排孔盡量垂直鉆孔且在一條直線上排布，孔徑不宜過大，以40 mm左右為宜。

5）為保證靜態爆破效果，在滿足破碎劑灌孔流動性的前提下，盡量減小水灰比，以保證填灌密實度，必要時使用木棒進行插搗。

6）靜態爆破前，施工作業人員應合理計算破碎劑用量及各個工序間的流水搭接，做到“隨用隨拌、隨拌隨灌、隨灌隨養護”。

7）單次靜態爆破作業，破碎劑包裝打開后應盡量一次性使用完，避免因高溫受潮使破碎劑失效。

4.2 施工作業安全措施

1）靜態爆破作業時，施工現場應拉好警戒線，配備專職安全員，并對作業人員進行專項安全技術交底。

2）調配破碎劑及灌孔時，施工作業人員必須佩戴必要的安全防護設施，如防腐橡膠手套、防塵耐沖擊護目鏡、防塵口罩等。

3）破碎劑灌孔作業時，施工人員頭部應偏離孔口正上方，灌孔完成后6 h以內，嚴禁從正上方直視孔口，防止破碎劑噴孔飛濺。

5 結語

通過合理優化爆破劑水灰比，因地制宜設置爆破排孔等措施，很好地發揮了靜態爆破技術在配筋混凝土拆除中的應用潛力，為基坑混凝土圍護體系、塔吊混凝土承臺等大型混凝土構件的拆除提供了新的更為安全的可行性措施。

實踐證明，與傳統人工打鑿相比，靜態爆破技術可節約工期近50%，成本低近30%。同時，靜態爆破技術實現了場地空間受限、周邊環境保護等級高等工況下圍護結構安全無聲拆除的目標，滿足了中心城區復雜環境下深基坑的施工要求。在現場實施過程中有效避免了傳統機械或人工打鑿帶來的噪聲、揚塵等環境污染問題，安全文明施工標準極大提高，社會效益較為明顯。