爆破振动对结构物的影响分析

陈文学 吕诗昊 廖 宏

(1.长沙县建设工程安全监督站，湖南 长沙 410100； 2.湖南省宏尚检测技术股份有限公司，湖南 长沙 410208)

爆破振动对结构物的影响分析

陈文学1吕诗昊2廖 宏2

(1.长沙县建设工程安全监督站，湖南 长沙 410100； 2.湖南省宏尚检测技术股份有限公司，湖南 长沙 410208)

根据工程实例，分析了爆破振动对建筑物的安全影响，研究了在不同爆破参数作用下，振动波对建筑结构内部可能造成的房屋墙面抹灰脱落、结构体裂缝开裂或延伸等现象。

爆破振动,振动速度,安全距离,破坏程度

0 引言

爆破振动是岩土爆破工程和城市拆除爆破中无法避免的公害。爆破工程中因振动对建筑结构失稳、开裂和变形等工程危害并不少见。自罗克韦尔于1927年首次发表关于爆破振动响应的研究以来，众多学者在爆破振动对结构稳定性的影响研究方面做了大量工作，随着计算机技术的发展以及多学科之间的交叉，数值模拟等越来越多的手段运用到研究中来。

研究爆破振动的主要目的是使爆破振动不危及建筑物、构筑物的安全，从而得到爆破振动的传播规律及其对周边环境的影响。为避免对建筑物造成结构性破坏，长期以来国内外学者通过理论和监测分析，对爆破振动的衰减规律及建筑物的爆破振动破坏标准进行了大量的研究，取得了一系列的成果[1]。

1 工程概况

某主体工程为地下及架空层各1层，地上30层剪力墙结构。基础类型采用人工挖孔桩基础。结构安全等级二级，设计正常使用年限50年，抗震设防烈度为6度。主体外貌见图1。

2 基坑情况

该主体结构的基坑边壁出露及支护有关的场地岩土、地层岩性(从上至下)依次为：第四系残积层红粘土，层厚0.5 m～1.2 m；微风化石炭系石灰岩，岩体质量等级Ⅲ级。

区内未见常年性地表水，仅在雨季，低洼地段会形成少量积水，积水时间不长。勘察期间场地内未见有地表水。截至目前，拟建场地已基本开挖至-2层。拟建场地与周边房屋平面位置示意图见图2。

基坑支护KAB，BC剖立面图见图3。支护结构设计均满足相关规范规定的有关主要配筋率、安全系数等要求。

3 爆破影响分析

根据萨道夫斯基公式：

V=K(Q1/3/R)a

(1)

其中，V为爆破引起地基质点的最大振动速度；K,a均为与爆破点地形、地质等条件的系数；R为爆心距；Q为炸药量。K和a按照国家标准《规程》[2]取值，K=150,a=1.5。爆破振动安全距离可按式(2)计算：

R=Q1/3(K/V)1/a

(2)

根据《规程》，按允许振速V=2.0 cm/s～3.0 cm/s，取K=150，a=1.5，则据保护对象的距离所对应的同段最大一次起爆药量根据式(2)计算，结果见表1。

表1 保护对象的距离所对应的同段最大一次起爆药量

爆破引起的地基振动强度与爆源特征、场地地质和地形条件等因素密切相关，爆源位置、药包量大小、爆破方式等因素均直接对地基振动产生影响。爆破点距离房屋的最近距离为15.8 m，其振动速度V：

V=K(Q1/3/R)a=150×(0.361/3÷15.8)1.5=1.43 cm/s

(3)

2.0 cm/s>1.43 cm/s，说明在平基土石方爆破过程中，最大一段炸药用量为0.36 kg时，距离房屋最近为15.8 m时的爆破振动速度V=1.43 cm/s，小于国家标准《规程》的爆破地面质点安全振动速度。

根据计算，最大一段炸药用量为0.36 kg时，南侧房屋所受空气冲击露天浅孔爆破f=40 Hz～100 Hz，安全允许质点振动速度在2.0 cm/s以内。结果表明，平基土石方爆破过程中，最大一段炸药用量为0.36 kg时对房屋基本没有影响。房屋所承受的空气冲击波超压值可按式(4)计算：

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R

(4)

其中，ΔP为空气冲击波超压值，105Pa；Q为一次爆破TNT炸药用量，kg；R为爆源至保护对象的距离，南侧房屋R=15.8 m，北侧房屋R=26 m。

波超压值为0.05×105Pa，对应破坏等级2，具体见表2，即对钢筋混凝土屋盖房、混凝土柱和砖外墙无损坏。南侧-03号和南侧-05号房属次轻度破坏。北侧房屋不计南侧房屋能阻隔空气冲击波的有利因素，所受空气冲击波超压值为0.03×105Pa，接近破坏等级1，见表2。仅玻璃偶然破坏，砖外墙和内墙、混凝土柱和屋盖及门窗扇基本无损坏。

表2 建筑物的破坏程度与超压关系

4 房屋裂缝原因

根据国家标准《规程》中的爆破地面质点安全振动速度，对一般民用建筑物地面质点的安全振动速度为2.0 cm/s～3.0 cm/s，露天浅孔爆破f=40 Hz～100 Hz。这说明，要使其产生轻微破坏，其地面质点的振动速度应大于2.0 cm/s。从房屋墙体的裂缝变形、产生部位情况看，与爆破振动时引起的房屋的震害规律基本不符，钢筋混凝土屋盖房无损坏，玻璃仅出现偶然破坏，窗扇少量破坏，砖外墙基本无损坏，板条墙抹灰少量掉落，钢筋混凝土柱无损坏。房屋墙体裂缝主要集中在剪力墙与填充墙交接处以及窗间墙体，这可能是温差导致的材料收缩所致，而爆破振动可能会对这些薄弱部位的裂缝加宽有影响。

5 结语

爆破振动产生空气超压而引起二次震动，爆破噪声对人的心理产生影响。人们对天然地震的心理承受能力大于爆破振动的心理承受能力。因此合理减少爆破振动是必要的，爆破前和爆破过程中应采用防护措施，重视结构物抗震方法。

[1] 刘满堂,陈庆寿.建筑结构对爆破地震的动力响应特性研究[J].爆破，2005，22(4):23-28.

[2] GB 6722—2014,爆破安全规程[S].

The influence analysis of blasting on structures

Chen Wenxue1Lv Shihao2Liao Hong2

(1.ChangshaCountyConstructionProjectQualitySupervisionStation,Changsha410100,China; 2.HunanHongshangTestingTechnologyCo.,Ltd,Changsha410208,China)

According to engineering examples, this paper analyzes the effect of blasting vibration on buildings. The phenomenon of wall plastering off, structure cracks or extension be studied, with the action of vibration wave under different blasting parameters.

blasting vibration, vibration velocity, safety distance, destructiveness

1009-6825(2017)22-0032-02

2017-05-27

陈文学(1978- ),男,工程师; 吕诗昊(1993- ),男,助理工程师; 廖 宏(1973- ),男,教授级高级工程师

TU311.3

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