早龄期混凝土减震爆破技术研究.pdf
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1、水利水电技术第4 2卷2 0 1 1 年第 7期 早龄 期 混凝 土减 震爆 破 技 术 研 究 赵 洋 ,张玉浩 ,王振 宇 ,梁 旭 ,刘 国华 ( 1 浙江大学 水工结构与水环境研究所,浙江 杭州3 1 0 0 5 8 ; 2 绍兴市河道综合整治投资开发有限公司,浙江 绍兴3 1 2 0 0 0 ) 摘要 :在分析爆破震动对早龄期混凝土的破坏机理、强度影响的基础上,对比了早龄期混凝土的爆 破安全振动速度标准。以绍兴某引水工程隧洞爆破施工为例 ,通过布置减震孔 ,选择合适装药结构和 控制爆破 最大装药量的综合减震方法,对桩号 l 4+ 5 l 61 4+5 4 0段早龄期混凝土进行 了减震
2、保护。 经过工程现场监测数据分析 ,综合减震措施效果明显。 关键词 :隧洞 ;早龄期混凝土;安全震速 ;减震爆破 中图分类号 :T V 5 5 4+0 3 2 8 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 - 0 0 5 2 - 0 5 S t u dy o n v i b r a t i o n- da mpi n g b l a s ting t e c hn i q ue f o r e a r l y- a g e c o n c r e t e Z HAO Ya n g ,Z HA NG Y u h a o ,WANG Z h e
3、n y u ,L I ANG Xu ,L I U G u o h u a ( 1 I n s ti t u t e o f H y d r a u l i c S t r u c t u r e a n d Wa t e r E n v i r o n m e n t , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ,Z h e j i a n g , C h i n a ;2 S h a o x i n g Mu r h e i p a l R i v e r C h a n n e l C o m p r
4、 e h e n s i v e I m p r o v e m e n t a n d I n v e s t m e n t D e v e l o p m e n t C o ,L t d ,S h a o x i n g 3 1 2 0 0 0 , Z h e j i a n g , C h i n a ) Ab s t r a c t :Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o n ma d e t h e i mp a c t f r o m b l a s t i n g v i b r a t i o n o n t h e f a i l u
5、r e me c h a n i s m a n d s t r e n g t h o f t h e e a r l y a g e c o n c r e t e ,t h e s a f e t y c ri t e ria o f b l a s t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y f o r t h e e a r l y a g e c o n c r e t e a r e c o mp a r e d h e r e i n ;a n d t h e n t a k i n g t h e b l a s t i n g c o
6、 n s t r u c t i o n o f t h e t u n n e l o f a w a t e r d i v e r s i o n p r o j e c t i n S h a o x i n g a s a s t u d y c a s e ,t h e v i b r a t i o n d a mp i n g p rot e c t i o n i s ma d e o n t h e c o n s t r u c t i o n s e c t i o n s o f 1 4 +51 6 1 4 +5 4 0 t h r o u g h a c o mp
7、r e h e n s i v e me t h o d o f a r r a n g e me n t o f v i b r a t i o n- da mpi ng ho l e s,s e l e c t i o n o f s u i t a b l e p o wd e r c ha r g i n g s t r uc t u r e a n d c o n t r o l o f t he ma xi mu m ch a r g e q ua n t i t y On the b a s i s o f t h e a n a l y s i s o n t h e s i
8、t e - mo n i t o ri n g d a t a ,i t i s d e mo n s t r a t e d t h a t t h e e f f e c t o f t h e r e l e v a n t v i b r a t i o n d a mp i n g me a s u r e i s q u i t e o b v i o u s Ke y wo r d s :t u n n e l i n g ;e a r l y a g e c o n c r e t e;s a f e t y v i b r a t i o n v e l o c i t y;
9、v i b r a t i o n d a mp i n g b l a s t i n g 1 引言 在土木工程施工 中,由于工作 面交 叉或进度要 求可能使得混凝土浇筑与爆破 开挖 同时进行。由于 早龄期混凝土强度低 ,爆破震动会使水泥浆与骨料 开裂 。甚至形成贯通性裂缝 ,影 响混凝 土后期强度 增长 。早龄期混凝 土强度受龄期 、配合 比、养护 条件、荷载等因素影 响,尚无统一 的爆破安全振动 速度标准。朱传统等 通过对工程现场的早龄期混 凝土进行监测 ,并 以其非破损检查结果 为依据制定 了早 龄期混凝 土的安全振动速度 ;H u l s h l z e r 对新 浇筑混凝土柱 、梁
10、 和墙进行室外试验 ,得 出新浇筑 混凝土 在 不 同类 型 振 动荷 载 下 的强度 变 化 规律 ; C h a n g s u o Z h a n g ,F e n g H u等 通过室内模 型试验来 验证爆破对新浇筑混凝 土衬砌 的影响 ;卢文波用 R a y l e i g h波从理论上计算新 浇筑混凝土 的爆破安全 振动速度 。当早龄期混凝土抗爆破能力不足或爆破 震动较强时,必须采取一定措施来减少爆破震 动对 其的影响 J 。 本文在介绍 爆破震 动对 早龄期混 凝土 的影 响 、 破坏机理 的基础上 ,对 比了早龄期 混凝土 的爆破安 全振动速度选择 方法 ,并 以绍兴某引水 隧
11、洞 工程 为 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 1 4 基 金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 5 0 9 0 2 1 ,5 1 0 7 9 1 2 ) 。 作者简介 :赵洋 ( 1 9 8 7 一 ) ,男,浙江诸暨人 ,硕士研究生 。 W a t e rRe s o u r ce s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e n n g V o 1 4 2 No 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 例 ,讨论了在实际工程 中的爆破减震措施及其 减震 效果 ,可供 同类工程参考 ,并为进一步深入研 究打 下 了
12、基 础 。 2 爆破震动对早龄期混凝土的影响 2 1 爆破震动对早龄期混凝土的破坏机理 混凝土是 由水泥、砂、石子加水拌和而成 的人工 石材 。水泥水化后经凝结、硬化形成水泥石。在水泥 石初凝的过程 中,由于水泥石的收缩 、沁水及骨料下 沉等原因造成水泥石与骨料接触的微裂缝 ,同时 ,在 水泥石的内部也具有微裂缝 ,这些统称为混凝土内部 的微裂缝 J 。高鸣安 、吴新 霞 认 为混凝土受爆 破 作用而破坏的类型主要有以下 3种 :( 1 ) 混凝土与岩 石胶结面受拉伸或剪切破坏 ;( 2 ) 混凝土原有微裂缝 扩张,降低 了混凝 土后期 强度 ;( 3 ) 混凝 土直 接破 坏 。 对于第一
13、种破坏 ,陈 明、卢文 波等 认为 ,取 决于混凝土与基岩胶结面的剪应力 O z x =c +o r t a n 咖 ( 1 ) 式中,c 为胶结面的凝聚力 ; 为胶结面内摩擦角。 当 O z x 大于混凝土与基岩凝聚力时 ,胶结面发生 剪切破坏。为防止发生拉伸破坏 ,胶结面要同时满足 极限拉应力准则和极限拉应变准则 o r z= ( 2 ) = 占 ( 3 ) 式中, 为胶结面容许拉应力 ; 8 为胶结面的容许 拉应 变 。 对于第二 、第 三种破 坏 ,陈 明_ 9 认为 ,在线 弹 性模型下 ,可以用最大拉应力准贝 和极限应变准则来 判断混凝土是否破坏 。根据最大拉应力准则 ,当混凝 土
14、中任一点的强度达到混凝土的单轴抗拉强度 时, 混凝土即发生破坏 ;根据极限应变准则 ,混凝土中最 大主 应变 1 占 1 =寺 o r 1 一 ( o r 2 + o r 3 ) ( 4 ) 当 g 大于混凝 土的极限拉应变时 ,混凝 土发生 脆性 破坏 。 2 2爆破 震 动对早 龄期 混凝 土强 度 的影响 在混凝土初凝前 ,爆破震动不会对混凝土造成破 坏,因为爆破震动相 当于对新 浇筑混凝土 的二次振 捣。对于已经初凝 ,但 龄期小 于 2 4 h的超早期混凝 土,爆破震动对强度的影响也较小。Hu l s h i z e r 经过 对龄期在 2 4 h以内的混凝土柱 、梁 、墙 的爆破试
15、验 , 得出爆破震动对早龄期混凝土后期强度增长 的影响。 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第7期 赵洋, 等早龄期混凝土减震爆破技术研究 其中 ,混凝土柱受爆破震动荷载后其抗压强度变化如 图 I所示 。从图 I可以看出超早期混凝土在受到爆破 震动后 ,经过养护 ,其强度与未受震混凝土强度变化 在 8 以内。考虑超早期混凝土的 自愈能力 ,其安全 振动速度在 5 c m s以上。 厂圆柱体峰值振动速度 q 2 4 h广一 1 4 h 一 s 萨 8 h n 一一 一8 0 60 - 4 0 20 0 2 0 4 0 6 0 8 0 圆柱体抗压强度变化 图 1 受震早龄期混凝土经 2 8 d
16、养护后的强度 。 3 早龄期混凝土安全振动速度标准 对于新浇筑的混凝土 ,采用保护对象所在地的质 点峰值振动速度作为爆破震动安全判 据 。在有条 件的情况下可以在施工现场对爆破时的混凝土振动速 度进行监测 ,并判 断是否破坏。F r a n k J L u c c a “ 提 出早龄期混凝土的安全振动速度如表 1 所列。 表 1 F r a n k J L u c c a提出的早龄期混凝土安全振动速度 龄期 允许最大振动速度 m m s O 4 h 1 O 2DF 4 hl d 1 5 2 XDF 13 d 2 2 9 XDF 3 7 d 3 O 5D 7 1 O d 3 8 1DF 1 02
17、 8 d 5 O 8 xDF 注 :D F为距离 因数 ,爆破 点离混 凝土距 离为 01 5 Irn时 D F:1 ; 1 5 4 6 n l 时 ,DF= 0 8 。 卢文波通过 R a y l e i g h波来计算新浇筑混凝土的 安全振动速度 ( ) c R v E e l i , Ul i m 2 - ( ) 2 i v 。 = 1 二 _ =( = cz = c = Cp 二) = 2 _ 2 # = 1 = _ = ( c= R = c 二 s = ) 2 - V , E ( 5) 式中,c 为 R a y l e i g h波 的波速 ;c 和 c 分别为岩土 介质的纵波和横波
18、波速 ; 和 E分别为基岩的泊松 比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵洋, 等 早龄期混凝土减震爆破技术研究 和弹性模量 ; 和 E 分别为混凝土的泊松比和弹性模 量 ;8 1 i ra 为混凝土允许拉伸应变。 对于密度为 2 6 0 0 k g m 的基岩 ,弹性模 量为 4 0 G P a ,l , =0 2 5,c c P 、C s分 别 为 2 2 8 3 m s 、 4 3 0 0 m s 、2 4 8 2 m s ,龄期 为 1 d的混凝 土 l , = 0 1 6 7 ,E =5 3 G P a , l i m=1 4 61 0 I ,计算得到
19、; = 2 4 c m s 。同样 ,可 以计算得到不 同龄期 的安 全振动速度如表 2所列。 表 2 混凝土的安全振动速度 龄期 d 1 3 7 1 4 安全振速 c m B 2 8 l 8 4 4 2 2 6 2 7 与现有 爆破安全规程( G B 6 7 2 2 -2 0 0 3 ) ( 见表 3 ) 相比,当龄期较大时表 2计算 的安全振动速度大 于规范值 ,表 2计算值与 F r a n k J L u c c a提出的安全 振速 比较接近。 表 3 早龄期混凝土爆破安全振动允许标准 龄期 d 0 3 3 7 72 8 安全振 c r a s 2 O 3 O 3 O 7 O 7 01
20、 2 4 工程实例 4 1 工程概 况 绍兴市某引水工程全长 2 6 k m,东西向横穿上虞 市 、绍兴县和越城区,至绍兴市区。工程 自流引水量 为 1 0 m 。整个引水工程可分为河道 、进 口闸站、输 水隧洞 、箱涵、河道和下游配水节制闸等六部分 ,其 中输水隧洞总长为 1 4 6 5 7 I n 。隧洞桩号 1 4+6 0 2 0 0 一 l 4+5 7 0 2 5段的地质情况较差 ,基岩破碎 ,以水 平节理和层理为主 ,倾角 8 。 倾 向洞里。输水隧洞开 挖过程中,在隧洞桩号 l 4+ 5 1 6处发生冒顶 ,大量土 石塌落,洞身被塌方土石堵塞 ,并在地表形成一个长 约 8 m,宽约
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