公路施工爆破對臨近民房的影響及安全防護研究

韋程元，劉 涌

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

目前，我國的公路施工大量用爆破施工方法，而隨著鎮(zhèn)鎮(zhèn)通高速目標的推進，項目施工的周邊環(huán)境也越來越復雜。其中，最具挑戰(zhàn)性的就是對施工周邊臨近民房的處理問題，此類問題容易引發(fā)糾紛，影響工程工期和經(jīng)濟效益，因此施工過程中必須保證爆破施工的安全性和合理性。如何確定合理的爆破施工方法和安全防護方法是現(xiàn)在公路爆破施工中需要重點研究的問題，筆者根據(jù)實際工程對該問題進行了研究，具有較強的現(xiàn)實意義。

爆破施工產(chǎn)生的有害效應主要包括五大類：爆破振動、爆破沖擊波、爆破飛石、爆生有害氣體、爆破噪聲[1]。爆破施工的有害效應中會對房屋產(chǎn)生實質(zhì)影響的有爆破振動、爆破沖擊波、爆破飛石。在正常的爆破施工中，爆破沖擊波和爆破飛石都可以通過技術手段處理，因此爆破沖擊波和飛石引起的糾紛對比爆破振動而言屬于極少數(shù)。爆破振動因其獨特性質(zhì)大多無法避免，這就使得因其產(chǎn)生的建（構）筑物損壞現(xiàn)象時有發(fā)生。過去，對于爆破振動的研究多集中于爆破振動對于不同巖層和地形條件的響應機制和特性上，而對農(nóng)村中民房因振動出現(xiàn)的損傷現(xiàn)象的研究相對較少。廣西多為喀斯特地貌，巖層多為石灰?guī)r，適合采用爆破施工方法。為了更好地保護施工區(qū)域周邊民房，避免糾紛，保證施工周期和經(jīng)濟效益，在爆破施工區(qū)域附近有民房的情況下，應當提前對爆破施工可能對民房產(chǎn)生的危害進行預評估。這就需要針對廣西特殊地形地貌環(huán)境下爆破振動導致民房損傷的特性研究，針對性地采取安全措施。通過對爆破施工完工后附近民房的損傷情況進行統(tǒng)計和分析，本研究總結了爆破振動對桂中地區(qū)農(nóng)村磚混結構民房的損傷特點和損傷部位的分布特點，并提出了安全防護建議。

1 工程概述

本研究以建設中的新柳南高速為依托，選取問題較為典型的新柳南七標段平陽鎮(zhèn)古風新村為研究對象。在建的新柳南高速公路，路線向南布線，途經(jīng)平陽鎮(zhèn)，七標合同段K95+250～K95+700段位于來賓市興賓區(qū)平陽鎮(zhèn)古風新村西側約80 m山坡處。設計公路采用整體式路基以路塹的方式從山坡下段通過，右側切坡，形成高邊坡，該路段內(nèi)路基設計高程為108．826～116．070 m，挖方長度約450 m，路基中心形成邊坡最大高度約43．44 m（K95+360），中線最大挖深約 20．39 m，地層巖性主要以第四系溶蝕堆積層和二疊系上統(tǒng)石灰?guī)r為主，巖石堅硬，巖體較破碎，裂隙發(fā)育，采用爆破施工方式開挖。

古風新村共有民房92棟，該村房屋全部為磚混結構，多為2．5層樓房，主要建造于2015年前后。在進行爆破施工的過程中進行了較為完善的防護措施，爆破飛石和爆破沖擊波問題都得到了良好的解決，但是因爆破區(qū)域距離村莊最近民房僅有80 m，最遠民房也僅有200 m，爆破振動不能完全消除，雖然振動范圍滿足《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）[2]所給定數(shù)值，但是從房屋調(diào)查和村民反映中可知，此類爆破振動對民房產(chǎn)生了一定程度的影響。

2 工程爆破振動監(jiān)測

2.1 測點布置

根據(jù)該爆破工程施工區(qū)域和村莊位置的特點，每次爆破時在村中布置兩個測點，這兩個測點位于村中部且為一頭一尾布置，能較科學合理地反映爆破振動對村莊整體民房的影響。具體測點布置情況如圖1所示。

圖1 振動測試點布置圖

2.2 測試設備及參數(shù)

為科學合理地量化爆破振動情況，在工程施工期間采用專業(yè)的爆破振動測試設備（如圖2所示）對爆破振動所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集。為精確地采集振動數(shù)據(jù)和過濾不必要的干擾信號，將儀器信號采集觸發(fā)值設置為0．03 cm/s，信號采集時長設置為5 s。

圖2 TC-4850爆破振動測試儀

2.3 振動測試結果

在研究的過程中對該爆破工程進行了多次的爆破振動監(jiān)測，單次最大振動為測點1監(jiān)測到的振動速度峰值為1．11 cm/s，測點2監(jiān)測到的振動速度峰值為 1．00 cm/s。該次爆破的炮孔孔徑為115 mm，炮孔深度為5～6 m，單孔裝藥量為12～16 kg，填塞長度約3．5 m，最大單段藥量約66 kg。爆破點距離測點1約130 m，距離測點2約160 m?，F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)及波形圖如表1和圖3、圖4所示。

表1 單次爆破振動測試結果匯總表

圖3 測點1波形圖

圖4 測點2波形圖

圖3、圖4是將3個方向波形單獨顯示的結果。其中，X通道表示延爆源至測點爆破振動波傳播方向的波形圖，Y通道表示垂直爆源至測點方向的波形圖，Z通道是垂直于測點平面的波形圖。

2.4 振動測試結果分析

對該次爆破施工進行測試時，所采用的測試儀器具備同時收集3個方向振動數(shù)據(jù)的功能，能夠精確地采集爆破振動數(shù)據(jù)。

《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）[2]中對各類常見保護對象的安全振動范圍做出了詳細規(guī)定，并將影響因素確定為振動峰值速度與振動主頻率。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）[2]規(guī)定，一般民用建筑物的爆破振動安全允許標準如下：當振動主頻小于10 Hz時，振動峰值速度的范圍為1．5～2．0 cm/s；當振動主頻在10～50 Hz時，振動峰值速度的范圍為2．0～2．5 cm/s；當振動主頻大于50 Hz時，振動峰值速度的范圍為2．5～3．0 cm/s。

該次爆破振動為該爆破工程施工過程中出現(xiàn)的最大的一次振動，依據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）[2]規(guī)定，振動頻率在10～50 Hz時，安全允許的振動范圍為2．0～2．5 cm/s，最小允許振動速度為1．5 cm/s。依據(jù)該規(guī)程，該爆破工程所進行的爆破施工不會對村莊中民房的主體結構造成損傷。

3 民房受損特點與原因分析

古風新村的民房建筑同廣西其他地區(qū)的民房建筑基本相同，磚混結構為其主要結構形式，從大門進去便是堂屋。農(nóng)村民房建設施工較為隨意，大部分民房未經(jīng)專業(yè)設計，存在一些結構性缺陷且施工質(zhì)量參差不齊，所以在爆破施工前，民房就因不均勻沉降及材料、結構和熱脹冷縮等問題而出現(xiàn)一些裂縫現(xiàn)象，這在農(nóng)村民房中表現(xiàn)非常普遍。在爆破施工前沒有對民房進行全面細致的房屋調(diào)查，雖然在爆破過程中進行了多次振動檢測，檢測結果符合《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）的要求，但是民房對振動的響應特性和振動累積損傷不能從單次的振動檢測中得到反映，這也就導致難以對爆破振動（符合《爆破安全規(guī)程》所規(guī)定的振動范圍）是否對民房產(chǎn)生損傷進行判斷。因此，在評判民房是否受到爆破損傷及損傷程度時，需要分析民房對振動的響應特性和損傷特征，以及爆破振動產(chǎn)生的累積效應可能加重已有裂縫作為參考依據(jù)。

3.1 爆破后民房損傷調(diào)查

在爆破施工后對古風新村的民房調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)裂縫為爆破前已有裂縫，只有極少數(shù)的裂縫是爆破施工產(chǎn)生的且這部分裂縫長度短（均不超過50 cm）、寬度窄（均不超過1 mm），產(chǎn)生的位置主要分布在門洞和窗洞附近，說明爆破施工產(chǎn)生的振動對民房的整體結構影響較小。

對于過去已有裂縫，爆破施工周期較長，產(chǎn)生的累積損傷效應比較明顯，造成的損傷情況比較嚴重。民房損傷分布特征主要包括以下4種情況（如圖5所示）：①房屋的門洞上角，主要表現(xiàn)為沿門洞上角的水平裂縫[如圖5（a）所示]；②房屋的窗洞口附近，主要表現(xiàn)為沿窗洞口附近的水平裂縫[如圖5（b）所示]；③房屋上墻角附近，主要表現(xiàn)為在接近樓板處的水平裂縫[如圖5（c）所示]；④房屋墻面靠近樓板處產(chǎn)生的水平裂縫[如圖5（d）所示]。

圖5 房屋損傷的分布特點

3.2 已有損傷的影響程度

由于缺少前期調(diào)查，因此不能定量描述爆破振動對房屋已有損傷產(chǎn)生的影響程度，只能通過對村民的問答調(diào)查進行定性描述。通過對古風新村村民的問答調(diào)查得知，爆破施工對房屋已有損傷的確有影響，主要表現(xiàn)在已有裂縫長度和寬度有一定增加及裂縫附近的墻皮脫落。

通過問答調(diào)查和現(xiàn)場踏勘情況可以確認，爆破施工對房屋已有損傷確實有加重現(xiàn)象，但是不至于影響房屋整體結構的安全性。

3.3 房屋損傷原因分析

通過對古風新村所有92棟房屋的現(xiàn)場踏勘情況分析可知，村中房屋的損傷主要原因是房屋建設存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）結構設計缺陷：房屋的門窗洞口相對墻體過大[3]。

（2）當?shù)胤课荻酁?．5層，上部結構自重較大，并且沒有采用適當?shù)慕ㄖ牧稀?/p>

（3）房屋在建設時地基處理較為簡單，因此會發(fā)生不均勻沉降，從而導致房屋因不均勻形變產(chǎn)生裂縫。

以上3點為房屋產(chǎn)生損傷的主要原因。次要原因則是在近距離實施爆破施工產(chǎn)生的爆破振動。在進行爆破施工前，爆破施工單位僅以《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）中規(guī)定的振動校核公式進行設計，而沒有進行現(xiàn)場測試以確定當?shù)氐沫h(huán)境介質(zhì)系數(shù)和衰減系數(shù)，因此可能與實際情況并不相同，同時該工程也未全程進行爆破振動監(jiān)測，特別是項目早期，沒有針對性地進行振動監(jiān)測監(jiān)控，雖然在后續(xù)的施工中采取了振動監(jiān)測措施，但是不排除在此之前的爆破振動超出規(guī)程要求的可能性。

爆破施工時僅考慮了質(zhì)點振動峰值，并沒有考慮振動累積損傷和振動持時及振動頻率帶來的影響，因此僅采用《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）中規(guī)定的振動校核公式進行設計，沒有考慮建筑本身對振動的動力響應特性和材料性能[4]。因此，在實際施工中對房屋產(chǎn)生的影響可能與爆破設計時的初衷并不相同。在施工周期長、施工區(qū)域范圍大的情況下，因爆破持時和振動累積損傷效應帶來的影響不能有效避免。

4 減輕民房因爆破振動受損的安全防護建議

從以上的統(tǒng)計和分析中可知，爆破振動確實會對民房產(chǎn)生不利影響，尤其是對已有損傷的民房的影響表現(xiàn)更為明顯。這就導致在爆破施工中難免產(chǎn)生糾紛，影響工程進度和經(jīng)濟效益。為保護爆破施工區(qū)域的民房安全及避免糾紛，提出以下安全防護建議。

（1）在爆破施工正式開展前，進行試爆檢測所產(chǎn)生的振動，并據(jù)此推算出適合當?shù)氐沫h(huán)境介質(zhì)系數(shù)和衰減系數(shù)，確保爆破設計的準確性和科學性。

（2）在爆破設計時應考慮爆破持續(xù)時間和振動累積效應帶來的影響，盡量將爆破持續(xù)時間和一次齊爆藥量進行平衡。

（3）在鄰近民房的爆破工程施工過程中，建議在爆破施工全程進行爆破振動的監(jiān)測，既能保證施工方和村民的利益，又能隨時對爆破參數(shù)設計進行反饋。

（4）采取主動措施降低爆破振動，例如可以在爆區(qū)和民房之間開挖一條減震溝，從而截斷傳播路徑；在靠近民房一側采用預裂爆破的方式進行施工；在爆破施工時采用數(shù)碼電子雷管進行微差延時設計，采用微差爆破的方式施工。

（5）重視農(nóng)村自建房建造技術水平的提高，從對現(xiàn)場踏勘的情況分析可知，廣西這種典型的2．5層民房建筑抗震能力較差，因此需要提高農(nóng)村自建房建造技術水平。

（6）在爆破施工前對民房進行房屋調(diào)查，事先留證可以有效避免糾紛的產(chǎn)生。