公路施工爆破对临近民房的影响及安全防护研究

2022-03-28韦程元

企业科技与发展 2022年1期

韦程元，刘涌

（广西路桥工程集团有限公司，广西南宁 530200）

0 引言

目前，我国的公路施工大量用爆破施工方法，而随着镇镇通高速目标的推进，项目施工的周边环境也越来越复杂。其中，最具挑战性的就是对施工周边临近民房的处理问题，此类问题容易引发纠纷，影响工程工期和经济效益，因此施工过程中必须保证爆破施工的安全性和合理性。如何确定合理的爆破施工方法和安全防护方法是现在公路爆破施工中需要重点研究的问题，笔者根据实际工程对该问题进行了研究，具有较强的现实意义。

爆破施工产生的有害效应主要包括五大类：爆破振动、爆破冲击波、爆破飞石、爆生有害气体、爆破噪声[1]。爆破施工的有害效应中会对房屋产生实质影响的有爆破振动、爆破冲击波、爆破飞石。在正常的爆破施工中，爆破冲击波和爆破飞石都可以通过技术手段处理，因此爆破冲击波和飞石引起的纠纷对比爆破振动而言属于极少数。爆破振动因其独特性质大多无法避免，这就使得因其产生的建（构）筑物损坏现象时有发生。过去，对于爆破振动的研究多集中于爆破振动对于不同岩层和地形条件的响应机制和特性上，而对农村中民房因振动出现的损伤现象的研究相对较少。广西多为喀斯特地貌，岩层多为石灰岩，适合采用爆破施工方法。为了更好地保护施工区域周边民房，避免纠纷，保证施工周期和经济效益，在爆破施工区域附近有民房的情况下，应当提前对爆破施工可能对民房产生的危害进行预评估。这就需要针对广西特殊地形地貌环境下爆破振动导致民房损伤的特性研究，针对性地采取安全措施。通过对爆破施工完工后附近民房的损伤情况进行统计和分析，本研究总结了爆破振动对桂中地区农村砖混结构民房的损伤特点和损伤部位的分布特点，并提出了安全防护建议。

1 工程概述

本研究以建设中的新柳南高速为依托，选取问题较为典型的新柳南七标段平阳镇古风新村为研究对象。在建的新柳南高速公路，路线向南布线，途经平阳镇，七标合同段K95+250～K95+700段位于来宾市兴宾区平阳镇古风新村西侧约80 m山坡处。设计公路采用整体式路基以路堑的方式从山坡下段通过，右侧切坡，形成高边坡，该路段内路基设计高程为108．826～116．070 m，挖方长度约450 m，路基中心形成边坡最大高度约43．44 m（K95+360），中线最大挖深约 20．39 m，地层岩性主要以第四系溶蚀堆积层和二叠系上统石灰岩为主，岩石坚硬，岩体较破碎，裂隙发育，采用爆破施工方式开挖。

古风新村共有民房92栋，该村房屋全部为砖混结构，多为2．5层楼房，主要建造于2015年前后。在进行爆破施工的过程中进行了较为完善的防护措施，爆破飞石和爆破冲击波问题都得到了良好的解决，但是因爆破区域距离村庄最近民房仅有80 m，最远民房也仅有200 m，爆破振动不能完全消除，虽然振动范围满足《爆破安全规程》（GB 6722—2014）[2]所给定数值，但是从房屋调查和村民反映中可知，此类爆破振动对民房产生了一定程度的影响。

2 工程爆破振动监测

2.1 测点布置

根据该爆破工程施工区域和村庄位置的特点，每次爆破时在村中布置两个测点，这两个测点位于村中部且为一头一尾布置，能较科学合理地反映爆破振动对村庄整体民房的影响。具体测点布置情况如图1所示。

图1 振动测试点布置图

2.2 测试设备及参数

为科学合理地量化爆破振动情况，在工程施工期间采用专业的爆破振动测试设备（如图2所示）对爆破振动所产生的数据进行采集。为精确地采集振动数据和过滤不必要的干扰信号，将仪器信号采集触发值设置为0．03 cm/s，信号采集时长设置为5 s。

图2 TC-4850爆破振动测试仪

2.3 振动测试结果

在研究的过程中对该爆破工程进行了多次的爆破振动监测，单次最大振动为测点1监测到的振动速度峰值为1．11 cm/s，测点2监测到的振动速度峰值为 1．00 cm/s。该次爆破的炮孔孔径为115 mm，炮孔深度为5～6 m，单孔装药量为12～16 kg，填塞长度约3．5 m，最大单段药量约66 kg。爆破点距离测点1约130 m，距离测点2约160 m。现场测试数据及波形图如表1和图3、图4所示。

表1 单次爆破振动测试结果汇总表

图3 测点1波形图

图4 测点2波形图

图3、图4是将3个方向波形单独显示的结果。其中，X通道表示延爆源至测点爆破振动波传播方向的波形图，Y通道表示垂直爆源至测点方向的波形图，Z通道是垂直于测点平面的波形图。

2.4 振动测试结果分析

对该次爆破施工进行测试时，所采用的测试仪器具备同时收集3个方向振动数据的功能，能够精确地采集爆破振动数据。

《爆破安全规程》（GB6722—2014）[2]中对各类常见保护对象的安全振动范围做出了详细规定，并将影响因素确定为振动峰值速度与振动主频率。根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014）[2]规定，一般民用建筑物的爆破振动安全允许标准如下：当振动主频小于10 Hz时，振动峰值速度的范围为1．5～2．0 cm/s；当振动主频在10～50 Hz时，振动峰值速度的范围为2．0～2．5 cm/s；当振动主频大于50 Hz时，振动峰值速度的范围为2．5～3．0 cm/s。

该次爆破振动为该爆破工程施工过程中出现的最大的一次振动，依据《爆破安全规程》（GB6722—2014）[2]规定，振动频率在10～50 Hz时，安全允许的振动范围为2．0～2．5 cm/s，最小允许振动速度为1．5 cm/s。依据该规程，该爆破工程所进行的爆破施工不会对村庄中民房的主体结构造成损伤。

3 民房受损特点与原因分析

古风新村的民房建筑同广西其他地区的民房建筑基本相同，砖混结构为其主要结构形式，从大门进去便是堂屋。农村民房建设施工较为随意，大部分民房未经专业设计，存在一些结构性缺陷且施工质量参差不齐，所以在爆破施工前，民房就因不均匀沉降及材料、结构和热胀冷缩等问题而出现一些裂缝现象，这在农村民房中表现非常普遍。在爆破施工前没有对民房进行全面细致的房屋调查，虽然在爆破过程中进行了多次振动检测，检测结果符合《爆破安全规程》（GB6722—2014）的要求，但是民房对振动的响应特性和振动累积损伤不能从单次的振动检测中得到反映，这也就导致难以对爆破振动（符合《爆破安全规程》所规定的振动范围）是否对民房产生损伤进行判断。因此，在评判民房是否受到爆破损伤及损伤程度时，需要分析民房对振动的响应特性和损伤特征，以及爆破振动产生的累积效应可能加重已有裂缝作为参考依据。

3.1 爆破后民房损伤调查

在爆破施工后对古风新村的民房调查中发现，绝大多数裂缝为爆破前已有裂缝，只有极少数的裂缝是爆破施工产生的且这部分裂缝长度短（均不超过50 cm）、宽度窄（均不超过1 mm），产生的位置主要分布在门洞和窗洞附近，说明爆破施工产生的振动对民房的整体结构影响较小。

对于过去已有裂缝，爆破施工周期较长，产生的累积损伤效应比较明显，造成的损伤情况比较严重。民房损伤分布特征主要包括以下4种情况（如图5所示）：①房屋的门洞上角，主要表现为沿门洞上角的水平裂缝[如图5（a）所示]；②房屋的窗洞口附近，主要表现为沿窗洞口附近的水平裂缝[如图5（b）所示]；③房屋上墙角附近，主要表现为在接近楼板处的水平裂缝[如图5（c）所示]；④房屋墙面靠近楼板处产生的水平裂缝[如图5（d）所示]。

图5 房屋损伤的分布特点

3.2 已有损伤的影响程度

由于缺少前期调查，因此不能定量描述爆破振动对房屋已有损伤产生的影响程度，只能通过对村民的问答调查进行定性描述。通过对古风新村村民的问答调查得知，爆破施工对房屋已有损伤的确有影响，主要表现在已有裂缝长度和宽度有一定增加及裂缝附近的墙皮脱落。

通过问答调查和现场踏勘情况可以确认，爆破施工对房屋已有损伤确实有加重现象，但是不至于影响房屋整体结构的安全性。

3.3 房屋损伤原因分析

通过对古风新村所有92栋房屋的现场踏勘情况分析可知，村中房屋的损伤主要原因是房屋建设存在缺陷，主要表现在以下几个方面。

（1）结构设计缺陷：房屋的门窗洞口相对墙体过大[3]。

（2）当地房屋多为2．5层，上部结构自重较大，并且没有采用适当的建筑材料。

（3）房屋在建设时地基处理较为简单，因此会发生不均匀沉降，从而导致房屋因不均匀形变产生裂缝。

以上3点为房屋产生损伤的主要原因。次要原因则是在近距离实施爆破施工产生的爆破振动。在进行爆破施工前，爆破施工单位仅以《爆破安全规程》（GB6722—2014）中规定的振动校核公式进行设计，而没有进行现场测试以确定当地的环境介质系数和衰减系数，因此可能与实际情况并不相同，同时该工程也未全程进行爆破振动监测，特别是项目早期，没有针对性地进行振动监测监控，虽然在后续的施工中采取了振动监测措施，但是不排除在此之前的爆破振动超出规程要求的可能性。

爆破施工时仅考虑了质点振动峰值，并没有考虑振动累积损伤和振动持时及振动频率带来的影响，因此仅采用《爆破安全规程》（GB 6722—2014）中规定的振动校核公式进行设计，没有考虑建筑本身对振动的动力响应特性和材料性能[4]。因此，在实际施工中对房屋产生的影响可能与爆破设计时的初衷并不相同。在施工周期长、施工区域范围大的情况下，因爆破持时和振动累积损伤效应带来的影响不能有效避免。