公路施工爆破對(duì)臨近民房的影響及安全防護(hù)研究

韋程元，劉 涌

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

目前，我國的公路施工大量用爆破施工方法，而隨著鎮(zhèn)鎮(zhèn)通高速目標(biāo)的推進(jìn)，項(xiàng)目施工的周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜。其中，最具挑戰(zhàn)性的就是對(duì)施工周邊臨近民房的處理問題，此類問題容易引發(fā)糾紛，影響工程工期和經(jīng)濟(jì)效益，因此施工過程中必須保證爆破施工的安全性和合理性。如何確定合理的爆破施工方法和安全防護(hù)方法是現(xiàn)在公路爆破施工中需要重點(diǎn)研究的問題，筆者根據(jù)實(shí)際工程對(duì)該問題進(jìn)行了研究，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

爆破施工產(chǎn)生的有害效應(yīng)主要包括五大類：爆破振動(dòng)、爆破沖擊波、爆破飛石、爆生有害氣體、爆破噪聲[1]。爆破施工的有害效應(yīng)中會(huì)對(duì)房屋產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響的有爆破振動(dòng)、爆破沖擊波、爆破飛石。在正常的爆破施工中，爆破沖擊波和爆破飛石都可以通過技術(shù)手段處理，因此爆破沖擊波和飛石引起的糾紛對(duì)比爆破振動(dòng)而言屬于極少數(shù)。爆破振動(dòng)因其獨(dú)特性質(zhì)大多無法避免，這就使得因其產(chǎn)生的建（構(gòu)）筑物損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。過去，對(duì)于爆破振動(dòng)的研究多集中于爆破振動(dòng)對(duì)于不同巖層和地形條件的響應(yīng)機(jī)制和特性上，而對(duì)農(nóng)村中民房因振動(dòng)出現(xiàn)的損傷現(xiàn)象的研究相對(duì)較少。廣西多為喀斯特地貌，巖層多為石灰?guī)r，適合采用爆破施工方法。為了更好地保護(hù)施工區(qū)域周邊民房，避免糾紛，保證施工周期和經(jīng)濟(jì)效益，在爆破施工區(qū)域附近有民房的情況下，應(yīng)當(dāng)提前對(duì)爆破施工可能對(duì)民房產(chǎn)生的危害進(jìn)行預(yù)評(píng)估。這就需要針對(duì)廣西特殊地形地貌環(huán)境下爆破振動(dòng)導(dǎo)致民房損傷的特性研究，針對(duì)性地采取安全措施。通過對(duì)爆破施工完工后附近民房的損傷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，本研究總結(jié)了爆破振動(dòng)對(duì)桂中地區(qū)農(nóng)村磚混結(jié)構(gòu)民房的損傷特點(diǎn)和損傷部位的分布特點(diǎn)，并提出了安全防護(hù)建議。

1 工程概述

本研究以建設(shè)中的新柳南高速為依托，選取問題較為典型的新柳南七標(biāo)段平陽鎮(zhèn)古風(fēng)新村為研究對(duì)象。在建的新柳南高速公路，路線向南布線，途經(jīng)平陽鎮(zhèn)，七標(biāo)合同段K95+250～K95+700段位于來賓市興賓區(qū)平陽鎮(zhèn)古風(fēng)新村西側(cè)約80 m山坡處。設(shè)計(jì)公路采用整體式路基以路塹的方式從山坡下段通過，右側(cè)切坡，形成高邊坡，該路段內(nèi)路基設(shè)計(jì)高程為108．826～116．070 m，挖方長(zhǎng)度約450 m，路基中心形成邊坡最大高度約43．44 m（K95+360），中線最大挖深約 20．39 m，地層巖性主要以第四系溶蝕堆積層和二疊系上統(tǒng)石灰?guī)r為主，巖石堅(jiān)硬，巖體較破碎，裂隙發(fā)育，采用爆破施工方式開挖。

古風(fēng)新村共有民房92棟，該村房屋全部為磚混結(jié)構(gòu)，多為2．5層樓房，主要建造于2015年前后。在進(jìn)行爆破施工的過程中進(jìn)行了較為完善的防護(hù)措施，爆破飛石和爆破沖擊波問題都得到了良好的解決，但是因爆破區(qū)域距離村莊最近民房?jī)H有80 m，最遠(yuǎn)民房也僅有200 m，爆破振動(dòng)不能完全消除，雖然振動(dòng)范圍滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）[2]所給定數(shù)值，但是從房屋調(diào)查和村民反映中可知，此類爆破振動(dòng)對(duì)民房產(chǎn)生了一定程度的影響。

2 工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)該爆破工程施工區(qū)域和村莊位置的特點(diǎn)，每次爆破時(shí)在村中布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)位于村中部且為一頭一尾布置，能較科學(xué)合理地反映爆破振動(dòng)對(duì)村莊整體民房的影響。具體測(cè)點(diǎn)布置情況如圖1所示。

圖1 振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)布置圖

2.2 測(cè)試設(shè)備及參數(shù)

為科學(xué)合理地量化爆破振動(dòng)情況，在工程施工期間采用專業(yè)的爆破振動(dòng)測(cè)試設(shè)備（如圖2所示）對(duì)爆破振動(dòng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。為精確地采集振動(dòng)數(shù)據(jù)和過濾不必要的干擾信號(hào)，將儀器信號(hào)采集觸發(fā)值設(shè)置為0．03 cm/s，信號(hào)采集時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為5 s。

圖2 TC-4850爆破振動(dòng)測(cè)試儀

2.3 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

在研究的過程中對(duì)該爆破工程進(jìn)行了多次的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，單次最大振動(dòng)為測(cè)點(diǎn)1監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)速度峰值為1．11 cm/s，測(cè)點(diǎn)2監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)速度峰值為 1．00 cm/s。該次爆破的炮孔孔徑為115 mm，炮孔深度為5～6 m，單孔裝藥量為12～16 kg，填塞長(zhǎng)度約3．5 m，最大單段藥量約66 kg。爆破點(diǎn)距離測(cè)點(diǎn)1約130 m，距離測(cè)點(diǎn)2約160 m。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)及波形圖如表1和圖3、圖4所示。

表1 單次爆破振動(dòng)測(cè)試結(jié)果匯總表

圖3 測(cè)點(diǎn)1波形圖

圖4 測(cè)點(diǎn)2波形圖

圖3、圖4是將3個(gè)方向波形單獨(dú)顯示的結(jié)果。其中，X通道表示延爆源至測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)波傳播方向的波形圖，Y通道表示垂直爆源至測(cè)點(diǎn)方向的波形圖，Z通道是垂直于測(cè)點(diǎn)平面的波形圖。

2.4 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)該次爆破施工進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所采用的測(cè)試儀器具備同時(shí)收集3個(gè)方向振動(dòng)數(shù)據(jù)的功能，能夠精確地采集爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)。

《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）[2]中對(duì)各類常見保護(hù)對(duì)象的安全振動(dòng)范圍做出了詳細(xì)規(guī)定，并將影響因素確定為振動(dòng)峰值速度與振動(dòng)主頻率。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）[2]規(guī)定，一般民用建筑物的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)振動(dòng)主頻小于10 Hz時(shí)，振動(dòng)峰值速度的范圍為1．5～2．0 cm/s；當(dāng)振動(dòng)主頻在10～50 Hz時(shí)，振動(dòng)峰值速度的范圍為2．0～2．5 cm/s；當(dāng)振動(dòng)主頻大于50 Hz時(shí)，振動(dòng)峰值速度的范圍為2．5～3．0 cm/s。

該次爆破振動(dòng)為該爆破工程施工過程中出現(xiàn)的最大的一次振動(dòng)，依據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）[2]規(guī)定，振動(dòng)頻率在10～50 Hz時(shí)，安全允許的振動(dòng)范圍為2．0～2．5 cm/s，最小允許振動(dòng)速度為1．5 cm/s。依據(jù)該規(guī)程，該爆破工程所進(jìn)行的爆破施工不會(huì)對(duì)村莊中民房的主體結(jié)構(gòu)造成損傷。

3 民房受損特點(diǎn)與原因分析

古風(fēng)新村的民房建筑同廣西其他地區(qū)的民房建筑基本相同，磚混結(jié)構(gòu)為其主要結(jié)構(gòu)形式，從大門進(jìn)去便是堂屋。農(nóng)村民房建設(shè)施工較為隨意，大部分民房未經(jīng)專業(yè)設(shè)計(jì)，存在一些結(jié)構(gòu)性缺陷且施工質(zhì)量參差不齊，所以在爆破施工前，民房就因不均勻沉降及材料、結(jié)構(gòu)和熱脹冷縮等問題而出現(xiàn)一些裂縫現(xiàn)象，這在農(nóng)村民房中表現(xiàn)非常普遍。在爆破施工前沒有對(duì)民房進(jìn)行全面細(xì)致的房屋調(diào)查，雖然在爆破過程中進(jìn)行了多次振動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）的要求，但是民房對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)特性和振動(dòng)累積損傷不能從單次的振動(dòng)檢測(cè)中得到反映，這也就導(dǎo)致難以對(duì)爆破振動(dòng)（符合《爆破安全規(guī)程》所規(guī)定的振動(dòng)范圍）是否對(duì)民房產(chǎn)生損傷進(jìn)行判斷。因此，在評(píng)判民房是否受到爆破損傷及損傷程度時(shí)，需要分析民房對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)特性和損傷特征，以及爆破振動(dòng)產(chǎn)生的累積效應(yīng)可能加重已有裂縫作為參考依據(jù)。

3.1 爆破后民房損傷調(diào)查

在爆破施工后對(duì)古風(fēng)新村的民房調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)裂縫為爆破前已有裂縫，只有極少數(shù)的裂縫是爆破施工產(chǎn)生的且這部分裂縫長(zhǎng)度短（均不超過50 cm）、寬度窄（均不超過1 mm），產(chǎn)生的位置主要分布在門洞和窗洞附近，說明爆破施工產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)民房的整體結(jié)構(gòu)影響較小。

對(duì)于過去已有裂縫，爆破施工周期較長(zhǎng)，產(chǎn)生的累積損傷效應(yīng)比較明顯，造成的損傷情況比較嚴(yán)重。民房損傷分布特征主要包括以下4種情況（如圖5所示）：①房屋的門洞上角，主要表現(xiàn)為沿門洞上角的水平裂縫[如圖5（a）所示]；②房屋的窗洞口附近，主要表現(xiàn)為沿窗洞口附近的水平裂縫[如圖5（b）所示]；③房屋上墻角附近，主要表現(xiàn)為在接近樓板處的水平裂縫[如圖5（c）所示]；④房屋墻面靠近樓板處產(chǎn)生的水平裂縫[如圖5（d）所示]。

圖5 房屋損傷的分布特點(diǎn)

3.2 已有損傷的影響程度

由于缺少前期調(diào)查，因此不能定量描述爆破振動(dòng)對(duì)房屋已有損傷產(chǎn)生的影響程度，只能通過對(duì)村民的問答調(diào)查進(jìn)行定性描述。通過對(duì)古風(fēng)新村村民的問答調(diào)查得知，爆破施工對(duì)房屋已有損傷的確有影響，主要表現(xiàn)在已有裂縫長(zhǎng)度和寬度有一定增加及裂縫附近的墻皮脫落。

通過問答調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況可以確認(rèn)，爆破施工對(duì)房屋已有損傷確實(shí)有加重現(xiàn)象，但是不至于影響房屋整體結(jié)構(gòu)的安全性。

3.3 房屋損傷原因分析

通過對(duì)古風(fēng)新村所有92棟房屋的現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況分析可知，村中房屋的損傷主要原因是房屋建設(shè)存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷：房屋的門窗洞口相對(duì)墻體過大[3]。

（2）當(dāng)?shù)胤课荻酁?．5層，上部結(jié)構(gòu)自重較大，并且沒有采用適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧稀?/p>

（3）房屋在建設(shè)時(shí)地基處理較為簡(jiǎn)單，因此會(huì)發(fā)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致房屋因不均勻形變產(chǎn)生裂縫。

以上3點(diǎn)為房屋產(chǎn)生損傷的主要原因。次要原因則是在近距離實(shí)施爆破施工產(chǎn)生的爆破振動(dòng)。在進(jìn)行爆破施工前，爆破施工單位僅以《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）中規(guī)定的振動(dòng)校核公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，而沒有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以確定當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境介質(zhì)系數(shù)和衰減系數(shù)，因此可能與實(shí)際情況并不相同，同時(shí)該工程也未全程進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，特別是項(xiàng)目早期，沒有針對(duì)性地進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，雖然在后續(xù)的施工中采取了振動(dòng)監(jiān)測(cè)措施，但是不排除在此之前的爆破振動(dòng)超出規(guī)程要求的可能性。

爆破施工時(shí)僅考慮了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值，并沒有考慮振動(dòng)累積損傷和振動(dòng)持時(shí)及振動(dòng)頻率帶來的影響，因此僅采用《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）中規(guī)定的振動(dòng)校核公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有考慮建筑本身對(duì)振動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)特性和材料性能[4]。因此，在實(shí)際施工中對(duì)房屋產(chǎn)生的影響可能與爆破設(shè)計(jì)時(shí)的初衷并不相同。在施工周期長(zhǎng)、施工區(qū)域范圍大的情況下，因爆破持時(shí)和振動(dòng)累積損傷效應(yīng)帶來的影響不能有效避免。

4 減輕民房因爆破振動(dòng)受損的安全防護(hù)建議

從以上的統(tǒng)計(jì)和分析中可知，爆破振動(dòng)確實(shí)會(huì)對(duì)民房產(chǎn)生不利影響，尤其是對(duì)已有損傷的民房的影響表現(xiàn)更為明顯。這就導(dǎo)致在爆破施工中難免產(chǎn)生糾紛，影響工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。為保護(hù)爆破施工區(qū)域的民房安全及避免糾紛，提出以下安全防護(hù)建議。

（1）在爆破施工正式開展前，進(jìn)行試爆檢測(cè)所產(chǎn)生的振動(dòng)，并據(jù)此推算出適合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境介質(zhì)系數(shù)和衰減系數(shù)，確保爆破設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

（2）在爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮爆破持續(xù)時(shí)間和振動(dòng)累積效應(yīng)帶來的影響，盡量將爆破持續(xù)時(shí)間和一次齊爆藥量進(jìn)行平衡。

（3）在鄰近民房的爆破工程施工過程中，建議在爆破施工全程進(jìn)行爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，既能保證施工方和村民的利益，又能隨時(shí)對(duì)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行反饋。

（4）采取主動(dòng)措施降低爆破振動(dòng)，例如可以在爆區(qū)和民房之間開挖一條減震溝，從而截?cái)鄠鞑ヂ窂剑辉诳拷穹恳粋?cè)采用預(yù)裂爆破的方式進(jìn)行施工；在爆破施工時(shí)采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行微差延時(shí)設(shè)計(jì)，采用微差爆破的方式施工。

（5）重視農(nóng)村自建房建造技術(shù)水平的提高，從對(duì)現(xiàn)場(chǎng)踏勘的情況分析可知，廣西這種典型的2．5層民房建筑抗震能力較差，因此需要提高農(nóng)村自建房建造技術(shù)水平。

（6）在爆破施工前對(duì)民房進(jìn)行房屋調(diào)查，事先留證可以有效避免糾紛的產(chǎn)生。