《關于控制基坑石方爆破對臨近基礎混凝土質量安全影響的探索》

關于控制基坑石方爆破對臨近基礎混凝土質量安全影響的探索源動力QC小組第17頁共14頁關于控制基坑石方爆破對臨近基礎混凝土質量安全影響的探索小組名稱：源動力QC小組課題類型：創(chuàng)新型撰稿人：王智慧河南省第二建設集團有限公司申報時間：二0一五年十一月二十日目錄一、工程概況………02二、小組概況………02三、選擇課題………03四、設定目標………03五、提出多種方案并確定最佳方案………………04六、制訂對策………10七、按對策表實施…………………10八、效果檢查………12九、鞏固措施……………………13十、總結和今后的打算……………13

一、工程概況華能能羅源電廠規(guī)劃容量為2×660MW＋4×1000MW。本期建設2×660MW高效超超臨界燃煤發(fā)電機組，同步建設脫硫、脫硝裝置，并留有擴建條件，是首臺60萬等級側煤倉塔式爐。項目于2015年04月開工，計劃2017年04月、2017年06月各投產(chǎn)一臺。工程由山東電力工程咨詢院有限公司設計，北京中城建建設監(jiān)理有限公司監(jiān)理。廠址位于福建省羅源縣碧里鄉(xiāng)將軍帽村區(qū)域，場地東、南、西三面臨海，北面與半島相連，自然地形復雜，土石方工程量大。土石方開挖量達549萬m3，石方爆破量超過450萬m3，需外運土石方505萬m3。建（構）筑物基礎的持力層為微風化花崗巖?，F(xiàn)場場平及基坑爆破施工從2013年12月開始，至2015年05月現(xiàn)場只有#1鍋爐建筑工程、#1前煙道支架、側煤倉基坑移交土建施工，集中控制樓、#1主廠房、GIS配電裝置樓等基坑及#2機區(qū)域正在場平和基坑爆破開挖，爆破作業(yè)工程量任然很大，爆破作業(yè)施工仍需10個月左右時間。我公司承建主廠房及部分BOP建筑工程（14號標段），主要包括主廠房、側煤倉、鍋爐建筑工程、送（一次）風機基礎及支架、汽機房A排外構筑物及架構、及水務中心等建筑工程。工程質量目標為確保整體工程質量獲國家電力優(yōu)質工程（高排序），爭創(chuàng)國家優(yōu)質工程金獎。二、小組概況1、小組概況小組名稱源動力QC小組課題名稱關于控制基坑石方爆破對臨近基礎混凝土質量安全影響的探索小組成立時間2015.05課題類型創(chuàng)新型小組活動時間2015年05月20日～2015年10月31日課題注冊編號YEJ-KT-2015-02-01小組活動人數(shù)9人小組注冊編號YEJ-2015-02-01制表人：王智慧制表日期：2015年05月20日2、小組成員簡介序號姓名學歷職稱組內分工QC教育時間1張俊峰本科高級工程師指導顧問60小時2高志強大專工程師組長60小時3王智慧大專工程師副組長60小時4朱華本科助理工程師組員60小時5閆紅輝本科助理工程師組員60小時6任釗華本科助理工程師組員60小時7張超凡本科助理工程師組員60小時8劉振博大專技術員組員60小時9任海大學工程師組員60小時制表人：王智慧制表日期：2015年07月01日三、選擇課題本期工程#1機組基坑開挖已大部分完成，#2機組、附屬工程基坑及區(qū)域外場平正在爆破開挖。場地爆破開挖過程中，#1鍋爐建筑工程部分基礎已進行了混凝土澆筑作業(yè)，且主廠房個別部位邊坡較大。爆破是個特殊作業(yè)，爆破震動的影響也比較復雜，后續(xù)爆破開挖震動勢必會對低齡期混凝土造成一定程度的影響。加之工程質量目標較高且業(yè)主高度重視，如果能處理好爆破震動對混凝土施工的影響，就可以優(yōu)化施工順序，縮短施工工期，并將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益和社會效益。為此小組明確確定把《關于控制基坑石方爆破對臨近基礎混凝土質量安全影響的探索》作為本期活動課題。項目部相關技術人員以爆破試驗為基礎，以爆破監(jiān)測信息為指導，采取合理有效的措施，再保證基坑爆破開挖和土建施工正常進行下，確保爆破開挖過程中不同齡期混凝土的質量安全，并取得良好的效果。四、設定目標1、目標值確認：①基礎混凝土外觀無明顯缺陷，混凝土表面裂縫寬度小于1mm，且長度不大于1000mm；②臨近基坑爆破完成后基礎沉降量不超過5mm。2、目標可行性分析：針對我們設定的目標，結合現(xiàn)場實際情況，小組對QC課題的可行性進行分析，分析如下：不不利因素 工期緊、交叉作業(yè)多是電力工程的特點，爆破震動對相近基礎混凝土的影響有多大，并無成熟的施工經(jīng)驗可借鑒，處理稍有不慎，就會造成基礎混凝土“內傷”，造成質量事故或財產(chǎn)損失的嚴重后果。有利有利因素1、本小組擁有技術全面，善于總結經(jīng)驗和具有開拓精神的優(yōu)秀工程技術管理人員及1、本小組擁有技術全面，善于總結經(jīng)驗和具有開拓精神的優(yōu)秀工程技術管理人員及經(jīng)驗豐富的施工工人22、本公司企業(yè)管理基礎工作好，員工質量意識較強，質量保證體系健全并為小組活動提供充足的人力、物力、財力。33、本公司近年來與多所大學和科研機構合作，是施工現(xiàn)場技術創(chuàng)新的后盾，同時公司領導給予了充分的支持。通過以上可行性分析，我們QC小組確定的目標是可以實現(xiàn)的。五、提出多種方案并確定最佳方案1、方案提出QC小組針對該問題進行了多次討論,并廣泛征集了集團公司內部及業(yè)主和監(jiān)理單位現(xiàn)場技術人員的意見，提出了以下幾種方案：方案一：先進行未完成的場平和基坑爆破作業(yè)，待完成后再進行基礎混凝土施工。此方案能有效避免爆破作業(yè)和土建施工的交叉作業(yè)，能保證爆破作業(yè)和土建施工的最大工作效率，減少組織協(xié)調工作量，但是施工工期較長，不能滿足電廠的施工工期要求。同時土建施工人員按建設單位要求已經(jīng)進場，等待爆破作業(yè)完成會造成土建施工人員窩工和已進場材料及設備的費用增加。方案二：已開挖完基坑的先施工基礎混凝土，待混凝土強度滿足要求后，再進行爆破作業(yè)。此方案能部分縮短施工工期，并部分減少土建施工人員窩工。但降低了爆破作業(yè)效率，增加了爆破作業(yè)工期。同時組織協(xié)調工作量大幅增加，土建及爆破施工人員均出現(xiàn)窩工和已進場材料及設備的費用增加。方案三：根據(jù)爆破作業(yè)的爆心距、單響最大藥量、相對高差及地形條件和混凝土齡期的關系，統(tǒng)一協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的先后順序，確定爆破時間。此方案能大幅縮短施工工期，減少土建及爆破施工人員窩工和已進場材料及設備的費用。但協(xié)調爆破作業(yè)和土建施工的工作量加大，同時對爆破作業(yè)的施工要求提高。2、方案選定基坑爆破對相近基礎混凝土影響采取三種方案綜合評價得分表序號方案評價原則評價綜合得分是否選用張俊峰高志強王智慧朱華閆紅輝任釗華張超凡劉振博任海1方案一組織協(xié)調

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128不選施工工期△

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2方案二組織協(xié)調?△△?○△△??95不選施工工期?△?△△???△經(jīng)濟性

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△預計成效

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注：?5分

4分△3分?2分○1分制圖人：王智慧制表日期：2015年06月09日通過對所提出來的三種方案進行比較，由于根據(jù)爆破作業(yè)的爆心距、單響最大藥量、相對高差及地形條件和混凝土齡期的關系，統(tǒng)一協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的先后順序，確定爆破時間的方案在現(xiàn)場組織協(xié)調、施工工期、經(jīng)濟性和預計成效上表現(xiàn)出經(jīng)濟合理安全性，最終確定選用方案三，即統(tǒng)一協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的先后順序，確定爆破時間。3、方案進一步分析和細化小組為了有效達成目標，對方案三進行了分解，制定出方案分解圖（圖1）。統(tǒng)一協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的先后順序統(tǒng)一協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的先后順序，確定爆破時間控制爆破作業(yè)的質點振動速度控制爆破作業(yè)時間與混凝土澆筑的時間間歇控制爆破作業(yè)時間與混凝土澆筑的時間間歇圖1方案分解圖制圖人：王智慧制圖時間：2015年06月20日3.1控制爆破作業(yè)的質點振動速度鑒于場地環(huán)境復雜，開挖部位分布廣泛。相對于鍋爐房、電除塵、煙囪基礎等部位高程，可將現(xiàn)場開挖區(qū)域分為三類：廠區(qū)東南部位高邊坡開挖、循環(huán)水及汽機房部位臺階開挖、鍋爐房基坑負挖等，分別就不同情況做了相應爆破試驗?？傮w情況如下：距離及藥量大致相同的條件下，廠前區(qū)山頭及東南側山包爆破時在澆筑混凝土各部位引起的質點振速比與混凝土結構基礎同高程的部位低，且各部位對負挖爆破響應最為強烈。部分爆破試驗，起爆網(wǎng)絡分段不明顯或未采用微差起爆網(wǎng)絡。比如，高程為26m的臺階爆破時，采用的單響最大藥量為72kg，在距離其95m高程為13m的煙囪部位測得最大振速為2.29cm/s，其如圖2所示。高程為13m的臺階深孔爆破時，采用相同的爆破參數(shù)及爆破總藥量，在距離爆源105m煙囪同一部位處測得最大振速為4.91cm/s，其波形如圖3。圖2典型波形圖1、圖3典型波形圖2由典型波形圖1可知，出現(xiàn)最大振速部位在中部，根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡連接情況可以判定網(wǎng)絡中有若干段同時起爆現(xiàn)象。由典型波形圖2可知，爆破過程中各段位起爆順序清晰明了，但仍有部分疊加現(xiàn)象。綜上，爆破作業(yè)的質點振動與單響藥量、爆心距、相對高差及相應的地形地質條件有關。為了有效控制爆破振動的影響，通過咨詢相關專家，在臨近區(qū)域的場平及基坑爆破根據(jù)距離的不同劃分成三個控制區(qū)域：（1）特別控制區(qū)在距離基礎混凝土邊界R=10m~30m的周邊開挖范圍，采用淺孔爆破法；由于單響藥量在幾公斤內，而且一次爆破范圍較小，不僅能夠將爆破振動量控制在安全范圍內，也有利于進行爆體覆蓋；（2）嚴格控制區(qū)在30m~70m范圍，采用中深孔鉆爆方法。單孔藥量控制在25kg以內；隨著距離增加，視振動預估和實際振動監(jiān)測情況，選擇采用二孔或三孔一響；（3）一般控制區(qū)在70m以外的更廣大區(qū)域，可采用臺階高度10~12m的深孔梯段爆破方法。單孔藥量一般控制在60~80kg。在振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋下，可以逐步采用二孔一響，以實現(xiàn)更高開挖效率的施工。3.2控制爆破作業(yè)時間與混凝土澆筑的時間間歇對于水電工程的新澆筑大壩混凝土，已經(jīng)具有較為成熟的控制標準和方法，并且將其編入了相應的開挖規(guī)范和國家標準《爆破安全規(guī)程》；同時，近年來廣泛采用地下廠房巖錨吊車梁的設計，作為一種混凝土結構，不同齡期的巖錨梁有不同的抗震能力，具體的控制方法是：對各齡期段的巖錨梁的爆破安全標準參照《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）中規(guī)定的新澆混凝土允許質點峰值振動速度確定，在具體執(zhí)行時，鑒于巖錨梁是地下廠房中關鍵建筑物之一，巖錨梁的安全是保證電站正常運行的前提條件，不同于一般的新澆混凝土，應從嚴控制質點峰值振動速度，預防爆破振動對巖錨梁產(chǎn)生不利影響。新混凝土允許爆破質點峰值振動速度表（2003）齡期（d）0～33～77～28安全質點峰值振動速度（cms-1）2～33～77～12在2011年編的新爆破安全規(guī)程修訂征求意見稿中，針對爆破振動作用下的不同齡期新澆筑大體積混凝土的安全質點峰值振動速度值，提出了考慮頻率因素的更為細化的控制標準爆破振動安全允許標準（2011，待頒布）序號保護對象類別安全允許質點振動速度V,(cm/s)f≤10Hz10Hz＜f≤50Hzf＞50Hz1一般民用建筑物1.5～2.02.0～2.52.5～3.02工業(yè)和商業(yè)建筑物2.5～3.53.5～4.54.2～5.03運行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設備0.5～0.60.6～0.70.7～0.94新澆大體積混凝土（C20）：齡期:初凝～3d齡期:3d～7d齡期:7d～28d1.5～2.03.0～4.07.0～8.02.0～2.54.0～5.08.0～10.02.5～3.05.0～7.010.0～12.0注1:表中質點振動速度為三分量中的最大值；振動頻率為主振頻率。注2：頻率范圍根據(jù)現(xiàn)場實測波形確定或按如下數(shù)據(jù)選取:硐室爆破f<20Hz；露天深孔爆破f=10～60Hz；露天淺孔爆破f=40～100Hz；地下深孔爆破f=30～100Hz；地下淺孔爆破f=60～300Hz。注3：爆破振動監(jiān)測應同時測定質點振動相互垂直的三個分量。本電廠多數(shù)相關建筑物及設施采用現(xiàn)澆鋼筋砼框排架結構體系，梁柱之間均為剛性連接框架，樓板采用鋼梁-混凝土組合樓板結構；主廠房基礎為現(xiàn)澆鋼筋混凝土單獨基礎，汽輪發(fā)電機機座基礎采用大板基礎，鍋爐房采用獨立基礎或局部的聯(lián)合基礎。結構構件混凝土強度等級：C30～C50；設備基礎混凝土強度等級：C25～C30；素混凝土：C15～C30；基礎墊層：C20。為此，在依據(jù)爆破安全規(guī)程對大體積混凝土安全振速的基礎上，參考地下廠房巖錨吊車梁的控制標準，結合實際采用的鉆爆基本方案，提出本工程如下的爆破振動安全控制標準：（1）在混凝土結構和基礎混凝土澆筑的24個小時內，要求不得進行爆破；（2）在混凝土1~3齡期內，淺孔爆破按[V]=3.0cm/s，深孔爆破按[V]=2.5cm/s；（3）在混凝土3~7齡期內，淺孔爆破按[V]=4.0cm/s，深孔爆破按[V]=3.5cm/s；（4）在混凝土7~28齡期內，淺孔爆破按[V]=5.0cm/s，深孔爆破按[V]=5.5cm/s。4、確定最佳方案經(jīng)過對方案的深入分析，小組確定了協(xié)調爆破作業(yè)和混凝土施工的最佳方案：（1）特別控制區(qū)（30m范圍內）距離混凝土澆筑邊界R<10m的開挖范圍對于7天以上齡期混凝土當爆源位置比混凝土基礎高3m以上時，采用小孔徑（d=45mm）孔深2～4m的淺孔爆破法，單孔藥量控制在（1～1.5）kg內，單孔單響；若采用大孔徑（d=110mm），孔深控制應在2～3m內，裝藥量可控制在（1.5～2.0）kg內。對于3～7天齡期混凝土，應采用更小藥量的爆破方案。例如，采用大孔徑（d=110mm）裝藥時，孔深控制在1～1.5m內，將單孔藥量控制在0.8～1kg。在此范圍，混凝土澆筑后的3天內，不要進行鉆爆施工。對于該范圍的高差3m以下部位特別是低開挖部位的鉆爆，要特別謹慎施工，鉆孔深度和單孔藥量減為80%。距離混凝土澆筑邊界R=10～20m的開挖范圍對于7d以上齡期混凝土，爆源位置比混凝土基礎高3m以上時，采用小孔徑（d=45mm）孔深3～4m的淺孔爆破法，單孔藥量控制在2～2.5kg內，兩孔一響時單孔藥量不得高于2kg；采用大孔徑（d=110mm）時，孔深控制在3m內，單孔裝藥量為2.0～3.0kg。對于其他更低部位的爆源，相應藥量減為前者的60%～70%。對于3～7天齡期混凝土，爆源位置比混凝土基礎高3m以上時，采用小孔徑（d=45mm）孔深2～3m的淺孔爆破法，單孔藥量控制在1～1.5kg內，單孔單響；采用大孔徑（d=110mm），孔深在1.5～2m內，裝藥量可增加至1.5～2.5kg。1～3天齡期混凝土，不要進行此區(qū)域的爆破施工。若必須爆破施工，應采用更謹慎的爆破方案，如采用大孔徑（d=110mm）裝藥，將孔深控制在2.0m以下，單孔藥量控制在0.8～1kg內。必須結合監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調整裝藥量，當開挖成本較高時，建議提前挖除近距離部分。當開挖部位較低或高差較小時，相應距離部位藥量減為原來的70%～80%。距離混凝土澆筑邊界R=20～30m的開挖范圍孔深控制在2～4m內，采用小孔徑或大孔徑（d=110mm），單孔裝藥量控制在3kg以內。比建筑物基礎高4m以上，可考慮采用兩孔一響或三孔一響的爆破方案。（2）嚴格控制區(qū)（30m至70m范圍）采用孔徑90mm或110mm、臺階高度5～7m的中深孔鉆爆方法。單孔藥量控制在25kg以內；隨著距離增加，若兩孔或三孔一響滿足振動要求，可以采用。（3）一般控制區(qū)（70m以外范圍）可采用孔徑90mm或110mm、臺階高度8～12m的深孔梯段爆破方法。單孔藥量一般控制在30～60kg。在主要部位進行混凝土澆筑后，特別控制區(qū)內一次淺孔爆破范圍不要過大，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調整爆破參數(shù)。對于嚴格控制區(qū)和一般控制區(qū)，依據(jù)現(xiàn)場測得的振動數(shù)據(jù)，對裝藥量進行控制。六、制訂對策QC小組成員對方案三的實施達成了共識，經(jīng)討論，認為方案實施過程中需重點控制3個主要方面的問題：一是爆破作業(yè)的爆心距及相對高差；二是爆破作業(yè)的單響最大藥量；三是混凝土不同齡期的爆破作業(yè)質點振動速度。對策表序號項目對策目標措施地點完成時間責任人1爆破作業(yè)的爆心距及相對高差控制安排專人控制爆破作業(yè)與新澆筑混凝土的相對高差及距離爆心距及相對高差在合理的爆破施工作業(yè)范圍內對爆破作業(yè)區(qū)域進行分區(qū)排序，排定爆破順序及進度計劃施工現(xiàn)場2015.08.20王智慧朱華閆紅輝2單響最大藥量控制安排專人跟蹤檢測單響最大藥量不超過方案確定的控制量加強過程控制，尤其對孔深、孔徑、裝藥量等指標進行控制施工現(xiàn)場2015.08.28任釗華劉振博3混凝土不同齡期的爆破質點振動速度的控制安排專人對每次爆破作業(yè)跟蹤監(jiān)測爆破質點振動速度控制在本工程的爆破振動安全控制標準內用爆破振動智能監(jiān)測儀監(jiān)測施工現(xiàn)場2015.09.10張超凡任海制表人：朱華制表日期：2015年09月20日七、按對策表實施根據(jù)制定的對策，小組全體成員在活動中及時、認真地進行了實施，嚴格落實各項對策：實施一：爆破作業(yè)的爆心距及相對高差控制根據(jù)圖紙設計及現(xiàn)場爆破情況，先將廠區(qū)內未施工的爆破作業(yè)進行分區(qū)編號，再根據(jù)混凝土的澆筑順序及分區(qū)控制爆破的原則排定爆破作業(yè)的順序及進度計劃。圖4主廠房區(qū)域場平及基坑爆破順序及進度計劃實施效果：通過對爆破作業(yè)進行分區(qū)排序并制作施工進度計劃，保證了特別控制區(qū)不進行爆破作業(yè)，嚴格控制區(qū)爆破作業(yè)不超過50%。實施二：單響最大藥量控制爆破施工作業(yè)中，小組成員對爆破作業(yè)的孔徑、孔深、單孔裝藥量進行檢查，保證爆破作業(yè)符合控制要求。圖5現(xiàn)場檢查孔徑實施效果：經(jīng)過現(xiàn)場檢查，單響藥量控制在安全范圍內。實施三：混凝土不同齡期的爆破質點振動速度的控制每次爆破作業(yè)過程中，安排專人采用爆破振動智能監(jiān)測儀檢測，保證爆破質點振動速度控制在本工程的爆破振動安全控制標準內。圖6爆破振動智能監(jiān)測儀圖7現(xiàn)場監(jiān)測爆破時質點振動速度實施效果：通過現(xiàn)場監(jiān)測，爆破質點振動速度均在本工程爆破振動安全控制標準內。八、效果檢查通過研究基坑爆破震動對相近基礎混凝土的影響，確?；炷临|量安全的實施，本次QC小組活動達到了預期目標，取得了良好的效果。我們從目標完成情況、經(jīng)濟效益、社會效益三個方面進行分析調查。1、目標值的檢查（1）小組成員對施工完畢的#1鍋爐基礎及#1前煙道支架基礎進行隨機抽查，共檢查50處，未發(fā)現(xiàn)基礎混凝土外觀質量有一般缺陷?；A混凝土無深層及貫穿裂縫，表面淺層裂縫5處，裂縫寬度均小于1mm且長度小于1000mm。（2）小組成員在#1鍋爐基礎及#1前煙道支架基礎周圍70m范圍內基坑爆破作業(yè)完成后對#1鍋爐基礎及#1前煙道支架基礎進行沉降觀測，基礎沉降量小于5mm。圖8基礎混凝土外觀效果1圖9基礎混凝土外觀效果22、經(jīng)濟效益通過開展本次創(chuàng)新型QC小組活動，優(yōu)化了施工順序，縮短施工工期，節(jié)省用工量，減少了窩