爆破荷载作用下深基坑支护结构设计的探讨

爆破荷载作用下深基坑支护结构设计的探讨

摘要：综合大量文献，回顾了深基坑爆破开挖技术和爆破荷载作用对深基坑支护结构影响的研究成果，探讨爆破荷载作用下深基坑支护结构设计的特点，并指出存在的问题,提出未来的研究方向。

关键词：深基坑，爆破荷载，支护结构探讨

中图分类号: TU473献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

Discussed The Suppor Ting Structure Design Under Blasting Load

Wei Da Shi

Abstract：Comprehensive many papers, and reviewed the research finding of the deep foundation pit’s blasting excavation and the suppor ting structure influence under blasting load. Discussed the charateristic of suppor ting structure influence under blasting load, and points out the several problems and puts forward the development direction of the future.

Key words：deep foundation pit; blasting load; suppor ting structure;discuss.

1、前言

随着国民经济的发展，我国的城市建设迅速发展。在城市中的土地尤其珍贵，因此对地下空间的开发力度也越来越大。我国在深基坑工程的研究、设计、施工及监测做了很多的工作，取得大量的工程实践经验，提高了我国在基坑工程领域的技术水平。目前，我国最深的高层建筑地下室基坑深度已达26.2m[1]。

由于覆盖层比较薄，有些建筑物或构筑物地下室埋深大大超过上覆土层厚度，势必引起这些建筑物地下室基坑中有大量的岩石，要清除这些岩石，爆破手段无疑是最为经济有效的。采用爆破技术清除深基础和基坑内的岩石也时有报道[2-3]。炸药爆炸以冲击波和爆生气体两种形式释放出能量破坏岩体，使岩体松动，达到可以开挖的目的。但冲击波在传播的过程中衰减为应力波和地震波，引起质点振动，对基坑支护结构和桩基础基槽护壁本身稳定性是不利的。

因此，在基坑或桩基础基槽内进行岩体爆破开挖的同时，不可避免地对基坑支护结构、基槽护壁和邻近的建筑物产生影响。在基坑或桩基础基槽内进行爆破施工，必须考虑爆破振动对基坑支护结构的影响，特别是爆源距基坑支护结构较近的情况。因此，除要要制定合理的爆破方案，选择合适的爆破参数，设计最佳的起爆网络，以最大程度地保护基坑支护结构外。作为深基坑支护结构设计者在

支护结构设计过程中必须考虑到爆破震动对深基坑支护结构的影响。

2、国内外研究现状

岩石爆破在基坑开挖中已得到了广泛的应用，因此，人们对在基坑中进行岩石爆破的具体情况进行了研究。具体可分为爆破施工方面研究和爆破荷载对支护结构影响两方面。

爆破施工方面研究主要有黄玉锋，秦志扬等[4-5]应用动力有限元软件研究了爆破振动对地下厂房的支护结构和邻近地铁隧道的影响。文献[6-9]根据爆破振动的监测结果，分析了爆破振动的衰减规律和爆破振动的控制方法，研究了爆破振动参量中振动速度和振动频率关系。很多基坑的支护结构是用钢筋混凝土浇筑而成，而在后续的工序中又很难拆除，无疑爆破是一种有效的方法。刘君等[10-11]对在大型深基坑中爆破拆除基坑支护结构进行了研究。

爆破荷载对支护结构影响方面研究主要有魏晓林[12]根据浅炮眼、点爆源地震波辐射的时程效应，以三维滑坡刚体极限平衡方法，研究了爆破对深基坑边坡动力稳定的影响，摸索了边坡稳定的规律，提出了喷锚网边坡爆破稳定的前提和预断方法。董建文等[13]黄玉锋，秦志扬等利用理论和数值的方法研究了爆破作用下基坑桩锚支护结构的设计、地下洞室支护结构的动态响应以及合理的延期时间对减小爆破振动对基坑支护结构的影响，为基坑和洞室在岩石爆破影响下的支护设计提供了参考依据。王鸿运[14]结合实际工程，建立基坑爆破的有限元模型，对基坑支护结构以及临近建筑物进行分析。

综上所述，人们对爆破施工参数、爆破振动的控制技术、爆破工艺、爆破振动的预测、爆破振动对基坑支护结构的影响做了一些的研究，得出了一些有益的结论。主要集中在爆破施工层面和爆破荷载作用下深基坑支护结构的稳定性研究这两方面。为此，对爆破荷载作用下深基坑支护结构的设计探讨，为今后类似深基坑支护结构设计更科学、经济、安全提供依据是一个亟待解决的问题。

3、爆破荷载作用下深基坑支护结构设计的探讨

3.1爆破荷载作用

爆破荷载作用是指爆破过程中产生的震荡波对周围介质的作用，即当爆破振动波跨过坑边而折射入土层时，由于波速比基岩波速慢的多, 透射波比入射波以更近竖直方向传播。因此,工程中可以认为地震波是垂直折射的。体波透射入土层产生的纵波,主要产生竖直振动力，而透射产生的横波，主要产生水平向振动力，后者对支护结构产生附加力。 因此，可只考虑地面运动引起支护桩的水平(横向) 的振动,对基坑边坡产生的作用。爆破本身震动惯力和爆破震动对周围岩土产生超孔隙水压力，前者直接专递至深基坑支护结构，后者侧由此引起基坑边坡产生永久位移，当这种永久位移达到一定程度时，可能导致边坡失稳。地下水的补、径、排条件对地震期间孔隙水压力的累积有重要的影响。如果地下水的排泄条件畅通，孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动力稳定性影响不大；反之，则极易

产生滑动。

3.2爆破荷载作用下深基坑支护结构受力特点

对于桩锚支护结构，在大多数工程岩体阻尼比5%～15%内，爆破荷载作用下如下：(1)爆破引起的坡表面外锚头处的瞬态张拉力最大，从锚头向坡体内5m长度范围内的锚索最容易发生振动破坏。(2)以爆破应力波产生的小吨位锚索预应力锚索瞬态张力增量15%为影响界限，在单响药量不超过300kg时，大多数中等岩性的工程岩体的预应力锚索影响区在5～10m范围以内。（3）当爆破区域靠近支护结构或距离支护结构较近时，爆破时往往引起支护结构的较大振动，甚至导致支护结构受到破坏。

对于喷锚网边坡, 在使用期内，当设计安全系数K大于1.4，其支护结构可满足稳定要求。

3.3爆破荷载作用下深基坑支护结构设计的探讨

根据上述分析爆破荷载作用下深基坑支护结构设计可按照如下思路设计：⑴喷锚支护结构的面板泄水孔设计参数应满足基坑边坡岩土体的排水需要。⑵锚杆（索）的锚头不得封闭，外露部分应预留足够的长度，以防锚杆（索）预应力因爆破荷载作用消失后作补偿预应力用。⑶支护桩嵌固段应嵌入完成岩体一定深度，锚杆（索）适当加长，锚固段应尽可能锚入稳定基岩。⑷岩土交界处或存在软弱夹层处，锚杆（索）应穿过软弱夹层，且锚入下伏稳定岩土层中。

4、工程实例

4.1工程概况

建于西南岩溶地区某小区设两层连通式地下室，基坑开挖深度-8.5m，覆盖层后3~5m，由可塑~硬塑状粘土、粉质粘土组成，下伏灰岩，岩溶发育，溶槽、溶沟内局部含粉砂，地下水发育，水位埋深为3.0m，岩面低洼地段，靠近岩面土层呈软塑状。基坑边坡土层按1:0.5岩层按1:0.2坡率放坡，岩面处设1.0m宽平台，采用喷锚支护，土层设计锚杆长6~12m，岩层段设计锚杆长3~5m，设计最小安全系数K=1.38。

4.2施工过程

在土层段按原设计开挖，支护结构施工完后，岩层按原计划采用静态爆破开挖，因施工进度缓慢，改用控制爆破分三层开挖。当爆破至第二层岩层时，已经施工好的支护结构和基坑顶局部出现开裂，在暴雨雨水顺着坡顶裂隙的软化、诱发下，基坑边坡局部出现下沉。造成这事故的主要原因是爆破荷载作用下，深基坑的支护结构原受力状态改变，局部产生应力集中，同时爆破加暴雨作用改变了地下水的补、径、排条件，最终引起基坑边坡滑动。为此监理和甲方要求设计方对支护结构进行变更。

4.3变更设计

针对爆破荷载作用，设计方对设计作如下变更：对已经松动的板墙拆除重新施工，对尚未滑动的板墙采用2~3到预应力锚索锚固至下伏基岩中，不封锁预应力锚头，以防锚杆（索）预应力因下一阶段爆破荷载作用消失后作补偿预应力用。岩面低洼处设一排地锚，防止板墙下滑、外移。

5、结束语

爆破荷载对深基坑支护结构及岩土体作用是一个复杂的过程,爆破荷载作用下深基坑支护结构的设计仍需要进一步完善。数值分析应该结合基坑的岩土条件、现场试验、基坑变形监测成果等多方面进行拟合得出的结构才与工程实际一致。

参考文献

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[2] 白晓涛，顾月兵，唐丙文等. 中深孔爆破技术在基坑开挖中的应用. 工程爆破，2007，13(4):35-37

[3] 陈小清. 液压油站基坑开挖控制爆破. 爆破 200825(3):39-41

[4] 黄玉锋，舒大强，陈维炎. 爆破震动作用下地下洞室支护结构的动态响应分析.爆破，2006，23(1):14-18

[5] 秦志扬. 基坑支撑爆破震动对相邻地铁隧道的影响. 计算机辅助工程 2008 17(4):60-63

[6] 田运生，张立国，陈超. 基坑开挖爆破振动速度的监测和控制. 有色金属(矿山部分)，2004，56(6):35-37

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[11] 陈三定，邵晓宁，徐颖. 深基坑钢筋混凝土支撑爆破拆除. 山东煤炭科技，2008，5:95-96

[12] 魏晓林.开挖爆破对基坑喷锚网边坡动力稳定影响. 爆破,1998, (6): 69-74

[13] 董建文，杨伟，毕贤忠. 乌宋岗水电站厂房基坑岩石的爆破施工技术. 黑龙江水利科技，2001，3:99-100

[14] 王鸿运 深基坑爆破振动测试与数值模拟研究20090527.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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