浅谈中航广场深基坑内支撑静爆拆除技术

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  摘要:深基坑内支撑体系拆除關键在于选择合理的拆除顺序和拆除方法,深圳中航广场工程采用分层对称拆除的顺序,对需拆除的部位进行合理钻孔,在钻好的孔中灌注静态膨胀剂,产生体积膨胀,从而使混凝土产生裂缝而破碎,再用小风镐进行集中破碎清运,确保拆除的安全和高效、环保。
   关键词:深基坑;支撑;静爆;拆除
  Abstract: in the deep foundation pit support system lies in choosing reasonable removed the dismantling of order and dismantle method, shenzhen catic square engineering by stratified sequence of symmetrical removed, to be removed to the reasonable parts of the drilling, drilling holes in good with static expansion agent, produce the volume to expand and make concrete cracks and broken, garnish with small pneumatic picks to concentrate, transporting broken, ensure the safety and high efficiency, environmental protection removed.
  Keywords: deep foundation pit; Support; Static explosion; dismantle
  
  
  中图分类号:TV551.4文献标识码:A 文章编号:
  
   1、工程概况:深圳市中航广场工程总建筑面积为 238645.5m2,建筑规模为地下室 4层,深度 19.8m,部分区域深 28.7m,裙楼 7层,住宅楼 46层(建筑高度为 166m),办公楼 49层(建筑高度为 245m)。
   2、基坑结构体系简介
   本工程深基坑平面长度为 101.83m,宽度为 92.40m;基坑底板顶标高为-19.74m。基坑采用地下连续墙、钢筋混凝土环状结构支撑体系,地下连续墙厚度 800mm;钢筋混凝土环状支撑结构有 4层,由支撑柱、围檩、内支撑梁组成。
  
  图 2.1:深基坑支撑体系平面示意图图 2.2:深基坑支撑体系剖面图
  
   3、施工技术重点及难点
   由于本工程所处地理环境、结构设计的特殊性、复杂性,给施工带来了更大的难度。其重点、难点主要有:
   3.1由于目前国内在城市密集区房屋建筑设计中罕见类似的超大直径环形深基坑临时支撑体系,故给工程的施工组织带来极大的难度;
   3.2考虑安全、工期、造价、环保的情况下如何选择理想的拆除方式;
   3.3在有限的工作面、四周有超高层建筑、繁忙的交通道路的情况下如何安全完成拆除;
   3.4由于临时支撑结构复杂、空间尺寸大——包含3层钢筋混凝土支撑梁及1层钢筋混凝土板,具体有环梁、主撑梁、连系梁、围檩支护柱,如何科学的安排拆除顺序;
   3.5在支撑体系拆除时如何保证支撑柱、正式结构、周围建筑物及地下管道设施的安全稳定性;
   4、拆除方式的选择
   在城市建筑密集区,由于受周边环境的影响,基坑支护一般采用内支撑体系,内支撑体系拆除方法提出很高的挑战。常用的混凝土拆除一般有火药爆破拆除、机械拆除、人工拆除等。火药爆破拆除震动大、噪声大、粉尘污染大,人工拆除工期长、危险因素多等缺陷,静爆拆除成为首选,静爆拆除采用静态膨胀剂把混凝土构件混凝土胀碎,与传统的拆除方法相比(见表4-1)具有明显的优点。结合本工程的实际情况:深基坑深度约为 20m,地处深圳市中心区,周围高楼密集,交通繁忙,临时支撑截面大,且设计对拆除时的震动峰值要求严格,通过分析对比,为了确保不会对现有临时支撑、现有结构、周围建筑及地下设施、周边环境造成不利影响,考虑安全、质量、工期环保等因素,地下第四层、第三层、第二层临时支撑采用静爆拆除,一层临时支撑板采用机械拆除。
   表4-1 各拆除方法特点对比
  拆除方法 特点
  爆破拆除 爆炸压力瞬间释放冲击力大,时间短,震动幅度大,对现有结构、周围建筑物及地下设施影响较大,噪声、扬尘污染严重,飞石危机周边设施及行人车辆安全。适合空旷场地建筑物拆除,在闹市区、建筑物密集区,安全要求高建筑物拆除不适合。
  机械拆除 采用机械炮机、破碎头破碎拆除,噪声严重,工人劳动强度大,工期较长,污染严重。
  人工拆除 人工用风炮(镐)破碎,人工拆除,工期长,劳动强度大噪声污染严重。
  静爆拆除 采用静态膨胀剂静爆拆除,膨胀力缓慢释放传递给混凝土支撑是混凝土构件裂碎。具有安全可靠,时间短,无震动、无飞石危害、无噪声、无扬尘污染,操作简单等特点
   5、拆除顺序
   5.1深基坑临时支撑共有四层,从上往下分别为第一层、第二层、第三层和第四层。根据深圳市建筑设计研究总院提供的图纸,深圳市华西建设监理有限公司,迈进土木结构工程顾问有限公司的要求,考虑临时支撑拆除和地下正式结构施工,整体拆除描述如下:
   5.1.1待地下室底板达到 C30混凝土的强度,将现有第四层临时混凝土支撑拆除,先拆除 A、B区域的临时支撑中的连系梁和主撑,支撑与支柱之间 300mm范围内、环梁及临时支护柱先不拆除;
   5.1.2待 A、B区域的临时支撑的连系梁和主撑拆除后,进行 C、D区域的临时支撑连系梁和主撑的拆除;
   5.1.3待所有临时支撑连系梁和主撑完成拆除后,以对称的方法拆除现有第四层临时环梁及所有围檩;
   5.1.4待 B3层楼板达到 C30混凝土强度后,第四层临时支撑拆除完成后进行地下三层临时支撑拆除;
   5.1.5重复 5.1.1至 5.1.3,将第三层临时支撑连系梁、主撑及环梁拆除;
   5.1.6待 B2层楼板达到 C30混凝土强度,第三层临时支撑拆除完成后进行地下二层临时支撑拆除;
   5.1.7重复 5.1.1至 5.1.3,将第二层临时支撑连系梁、主撑及环梁拆除;
   5.1.8待 B1楼板达到 C30混凝土强度,第二层临时支撑拆除完成后进行地下一层临时支撑拆除;
   5.1.9重复 5.1.1至 5.1.3,先拆除平板,待所有的平板拆除后,进行托梁拆除。将第一层临时混凝土支撑板拆除;
   5.1.10待第一层临时混凝土平板支撑,横梁及圆环支撑拆除后,进行临时支柱拆除施工。
  图 5.1:拆除程序示意图
   5.2各层临时支撑构件拆除顺序
   随着临时支撑构件的拆除,深基坑的侧压力必然重新分配,为了保证深基坑的侧压力不会对未拆除的临时支撑产生不利影响,各层临时支撑构件分成四个区域,采取对称、遵循从内至外的顺序进行拆除,具体如图所示:
  程序 1、对称的拆除区域 A、B连系梁和主撑;
  程序 2、对称的拆除区域 C、D连系梁和主撑;
  程序 3、对称的拆除区域 A、B围檩和环梁;
  程序 4、对称的拆除区域 C、D围檩和环梁;
  程序 5:连系梁、主撑、环梁、围檩全部拆除完
  6、静爆拆除方案
   6.1工艺原理
   对临时支撑体系构件卸载前先要完成结构换撑平稳过渡措施。然后根据钢筋混凝土构件类型先剥离构件面上钢筋保护层,使构件主钢筋外露,并把箍筋顶部切断,对需拆除的部位进行合理布置钻孔,在钻好的孔中灌注静态膨胀剂,静态膨胀剂发生水化反应使晶体变形,产生体积膨胀,从而缓慢地、静静地将膨胀力(可达 30Mpa—50Mpa)施加给孔壁,经过一段时间后达到最大值,8—12小时后使混凝土产生裂缝而破碎,再用小风镐进行集中破碎清运。
  6.2施工工艺流程和操作要点
  6.2.1准备工作:
   操作施工前对混凝土构筑物的构造、性质、作业环境、工程量、配置钢筋规格及布筋情况进行详细调查。对拆除所带来的不利影响进行预控。
   6.2.2对临时支撑拆除所产生的不利影响进行预控
   (1)由于临时支撑拆除时碎渣从高处跌落,对楼板会产生冲击力,为了保证地下室正式楼层结构不产生裂缝,在所拆除临时支撑下满铺麻袋和废旧模板。
   (2)在拆除支撑梁时,支撑梁断开,支护柱两侧平衡力被破坏,未拆除的支撑梁对支护柱产生弯矩,为了保护支护柱的安全稳定性,在支撑梁进行钢支顶;
   (3)拆除临时支撑时,工作面超过 2m,属于高空作业,在作业之前搭设操作架及防护架、安全网,进行相应安全再教育;
   6.3创造静爆条件
   因钢筋混凝土环形支撑内配置有密集的钢筋笼,为达到静爆最佳效果,先把钢筋混凝土构件面上钢筋保护层剥离,使面筋、腰筋、箍筋外露并割断、清除,如图 6.1所示。
  
  图 6.1:割除构件面筋、腰筋、箍筋 图 6.2:钻孔布置
   6.4钻孔
   6.4.1钻孔设计:
   钻孔参数、钻孔分布和破碎顺序需要根据破碎的对象的截面尺寸实际情况确定,并充分考虑布筋情况,一般情况孔与孔之间的距离为 0.2m,孔径为 0.04m,孔深按需破碎物的厚度而定,但不能钻穿,必须离底部保留 0.1m—0.2m。孔平面按梅花状布置,如下图 6.2所示,但为了保证支撑柱不受静爆胀力影响立柱500mm范围内不得钻孔。
   6.4.2钻孔操作
   采用空压机及钻孔设备按照设计好的钻孔参数对混凝土构筑物进行钻孔。对完成的孔用空压机高压气体进行清空,在未灌注药剂前对成孔进行必要的覆盖和保护。 如下图6.4.2
   图6.4 钻孔操作图
   6.5静爆
   6.5.1静爆膨胀剂配料:
   先用水桶装好水,按照静爆膨胀剂技术说明书所注明的水和药的比例配好,充分用机械搅拌均匀直至成糊状,不可过稀或过稠,以可流动糊状为准。
   6.5.2装药
   将搅拌好的可流动的糊状膨胀剂均匀慢慢的灌入钻好的孔中,灌注药剂时要从基坑里向外,连续、逐排灌注,灌满至密实,不用盖,不用塞口。
   6.5.3静爆过程
   在灌入静爆膨胀剂 8—12小时之后,静态膨胀剂发生水化反应使晶体变形体积膨胀,从而缓慢地将膨胀力传至混凝土构件而产生胀裂破碎。使钢筋混凝土构件失去整体作用。 如下图6.5.3
  
   圖 6.5.3 混凝土构件静爆之后图片
   6.6静爆之后续处理
   6.6.1在混凝土构件充分破碎后,在破碎后的混凝土构件上洒水淋湿,必要的时候覆盖草垫,再用小风镐对破碎的混凝土进行剥离,并清运。
   6.6.2外层混凝土碎块剥离清理完后,用气割割除混凝土构件内部钢筋,再对构件内部混凝土进行破碎清理。 如下图6.6.2
   图 风镐破碎剥离
   6.6.3碎渣清理
   6.6.3.1正式楼板上碎渣清理
   由于临时支撑拆除产生大量的碎渣,这就给清理带来了极大的挑战,为了保证正式楼板结构不因碎渣压力而产生裂缝,下层模板支撑架先不拆除,局部进行适当地加固,且在正式楼板上的碎渣堆高度不超过 1000mm。
   6.6.3.2第一层临时支撑板碎渣清理
  由于施工现场场地狭窄,由于第一层临时支撑各个区域的承载力不一,临时支撑拆除下来的碎渣所能堆放的区域小,所以必须把碎渣及时清运,且堆放高度不超过 1.2m。
  
   图 6.3:箭头方向表示运送线路。(堆放时根据实际情况作适当调整,保证现场车辆的出入)
  材料、人员及设备
   6.7.1材料
   静爆膨胀剂:主要成分为铝酸钙、硅酸盐水泥、减水剂、缓凝剂,无毒、无味,适用温度范围为:-5℃—40℃.
   6.7.2人员
   施工负责人一名;安全负责人两名;施工人员 220人,风镐操作人员 120人,清理人员 40人,气割人员 10,运输人员 10人,支撑搭设 30人,其他人员 10人。
   6.7.3设备如下
   空气压缩机 50台、风镐 120支、水平运输斗车 50辆、自卸汽车 8辆、铁锹 40把、装载机 1台。
   6.8.质量控制
   6.8.1严格执行《建筑物、构筑物拆除技术规范》等国家有关的技术规程、规范。多层次控制材料质量关:静爆膨胀剂进场时除了提供厂家生产证明、厂家检测报告和厂家达标外,还要按规定在施工现场见证取样送检,检测报告必须由具有相应资质的监测机构出具,合格方可使用;且静爆膨胀剂必须储存在干燥避雨的库房。
   6.8.2为了能达到最佳的静爆效果,钻孔严格控制药孔的间距、孔径及孔深。
   6.8.3静爆膨胀剂加水应严格按照比例,水不许加多。
   6.8.4孔中内渗水,必须采取防水措施后方可装药。装好药的孔严禁雨浇水浸。
   6.9.安全文明措施
   6.9.1严格执行《建筑拆除安全技术规范》、《建筑施工安全检查标准》以及深圳市安全文明规定。作业区范围内设置醒目的安全标识牌,用钢管搭设安全围护,设置专职安全员两名,禁止无关人员进入施工现场;风镐作业人员须时刻注意飞石扬尘控制,采取覆盖、洒水等措施,保证安全;
   6.9.2加水搅拌的量应少混、勤混,机械搅拌,搅拌好的药剂应迅速灌入孔内,放置时间过长(超过十分钟)其流动性及破碎效果将下降;此时药剂如变成不易流动的或块状物,严禁勉强灌入孔中或二次加水混稀注入孔中,否则容易产生喷孔伤人或胀裂不开事故。
   6.9.3为安全起见,装填浆体物料一半孔时,续装后一半孔的时间不得超过 15分钟,炎热夏季不得超过 5分钟。搅拌好的药剂如发现药温超过 45℃时,应废弃掉,不许再装入孔内,以免发生喷孔。
   6.9.4装药时,操作者必须带防护眼睛,在孔侧向装药,从开始装药直到破碎物开裂,不得对孔中直视,以免万一发生喷孔伤害眼睛。
   6.9.5静态膨胀剂有一定的腐蚀性,混药时,应戴橡胶手套,一旦进入眼睛,应立即用自来水冲洗,然后再到医院诊治。
   6.9.6 拆除过程中空压机、风镐、钻机使用根据环保噪声要求,合理协调工作,高噪声部分安排日间非休息时间进行。对拆除过程产生的扬尘应通过向构件洒水,向空中喷射水雾进行降尘。
   6.10监测措施
   临时支撑拆除对周边环境及临时支撑结构本身都将产生影响,由于相应支撑拆除前后过程中是一个结构受力转换过程,支撑结构内力将重新分布,这将导致基坑支撑结构的内力变化和变形、周边土体沉降变化及改变周边建筑的受力状态,因此及时掌握支护结构和周边环境的附加影响显得尤为重要,拆除施工时进行下述十个项目的监测:
   围护结构变形;地连墙内力监测;支护结构内力和变形监测;支腰梁内力和变形监测;临时支撑内力(轴力)监测;支柱桩沉降和内力监测;地连墙外空隙水压力;基坑周围环境监测;主体结构建筑沉降监测。
   预备 20条长度为 6m的 I18的工字钢,如监测数据出现异常时,停止临时支撑拆除作业,立即会同建设单位、设计单位、结构顾问公司及监理单位分析数据异常原因,在相关单位指导下进行加固处理。
   7、结束语
   因本深基坑工程周边条件多变,所以在设计施工技术方案中针对性采取了静爆拆除与部分机械拆除方案,经过实践证明是可行和合理的。在现代化的今天,随着建筑密集发展、高度发展、深度发展,深基坑的临时支护也向深度、强度、规模发展,而支护工程的拆除如果没有处理好,往往会造成重大损失。选择技术可靠、经济合理的方案显得尤为重要。静爆拆除技术在深圳市中航广场工程的成功应用,为类似超大直径环形深基坑临时支撑体系拆除施工提供了很好的经验。
  
  参考文献:
  [1]《建筑物、构筑物拆除技术规范》(DBJ08-70-98)
  [2]《建筑拆除工程安全技术规范》(JGJ147-2004)
  [3]《建筑施工手册》(第四版)缩印本,中国建筑工业出版社
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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