某高層建筑物拆除爆破實(shí)踐

劉洪憶　管學(xué)銘

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

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某高層建筑物拆除爆破實(shí)踐

劉洪憶管學(xué)銘

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

摘要目前，大多數(shù)高層建筑物采用爆破拆除，由于被拆除建筑物大多處于繁華地段，因此安全性要求越來越嚴(yán)格。以某拆除爆破工程為例，根據(jù)工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，在定向傾倒支座支承力及倒塌距離驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，采用塔樓和裙樓整體做大切口，裙樓部分保留①、②軸梁柱結(jié)構(gòu)作為防后坐的支撐結(jié)構(gòu)，然后整體傾倒的爆破拆除方案，爆破振動(dòng)符合安全規(guī)程，未發(fā)生后坐和偏移，爆破效果良好，對(duì)此類工程有很大的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞高層建筑物拆除爆破大切口定向傾倒

在很多的城市拆除工程中，控制爆破以其快速、安全、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在的拆除爆破理論和技術(shù)是在過去被拆建筑物高度小，爆破的場(chǎng)地較為開闊，建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單的條件下歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)得來的[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)今的拆除對(duì)象變的越來越復(fù)雜，拆除的空間越來越狹窄，環(huán)保意識(shí)日益高漲，因此，更加需要分析塌落過程的傾倒機(jī)理，精確計(jì)算及完善爆破參數(shù)，驗(yàn)證塌落振動(dòng)是否符合要求，不斷完善爆破方案設(shè)計(jì)，以保證爆破工程的安全。

1工程概述

1.1工程簡(jiǎn)介

某工程位于重慶市涪陵區(qū)兩江廣場(chǎng)東北側(cè)，共27層，地下1層，地上26層，總高84 m。其中，裙樓地下1層，地上4層，高18 m，占地面積1 250 m2；第5層起為塔樓，每層面積為850 m2，第25、26層為躍層，27層為頂層，高70 m。

待拆建筑西南面緊鄰兩江廣場(chǎng)通往中山路的玻璃罩樓梯，距離為0.2～2.8 m；廣場(chǎng)下是2層框架結(jié)構(gòu)商鋪，東面是中山路主干道，路對(duì)面是御錦江都A區(qū)，距離為21.5 m；南面45 m是廣場(chǎng)附屬建筑(4+2)；西側(cè)41 m為廣場(chǎng)配套建筑(4+2)；北面距施工圍墻76 m，距影劇院95.5 m，該方向有一個(gè)拆遷后留下的空地，由東、西、北面2.5 m高磚砌圍墻合圍，是理想的倒塌空間。待拆建筑物周邊環(huán)境見圖1。

1.2工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)待拆建筑位于涪陵主城區(qū)，緊鄰中山路和兩江廣場(chǎng)，周邊建筑物高大密集，車流、人流大，特別是離廣場(chǎng)樓梯間最近僅20 cm。

圖1　待拆建筑物周邊環(huán)境示意

(2)需拆除的建筑物共27層，高達(dá)84 m，為A級(jí)爆破。

(3)擬拆除的建筑面積大，約24 950 m2，工程量較大。

2拆除爆破方案

2.1方案的確定

國投大廈的-1～4層為裙樓部分，第4層為轉(zhuǎn)換層，第5～27層為塔樓部分。待拆建筑北側(cè)空地為塔樓部分唯一的倒塌空間；需保護(hù)距待拆建筑僅20 cm的廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)；在兩江廣場(chǎng)一側(cè)裙樓與塔樓之間有7.2 m的空間，若發(fā)生塔樓后坐，該空間可起到保護(hù)作用；同時(shí)，利用高強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換層作為承重平臺(tái)，可有效減小后坐。為保護(hù)廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)，裙樓部分整體保留倒塌反方向的第一排和第二排的軸柱結(jié)構(gòu)作為裙樓部分倒塌時(shí)防后坐的支撐結(jié)構(gòu)，爆后再機(jī)械拆除[2-3]。在此原則下，決定采用塔樓和裙樓做大切口，然后整體傾倒的爆破拆除方案。

2.2爆破前預(yù)處理

在保證待爆建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，為了獲得比較理想的爆破效果，減少鉆孔工作量，保證待爆建筑的順利倒塌，必須在爆破施工前對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理：

(1)非承重墻預(yù)處理。爆破缺口部分的非承重墻用人工配合小型機(jī)械預(yù)拆除，剩余框架結(jié)構(gòu)。

(2)樓梯的預(yù)處理。剪斷爆破缺口部分樓梯，破壞其整體性，以免影響整個(gè)樓體的傾倒。

(3)電梯井用小型機(jī)械預(yù)拆除，化墻為柱，處理高度為裙樓底層到塔樓第二層。

3爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1定向傾倒支座支承能力

填充墻部分是磚混結(jié)構(gòu)，其密度約1 600 kg/m3，而長(zhǎng)1 m厚200 mm的任一樓層的墻體積為0.6 m3，故1 m墻的質(zhì)量為960 kg。樓板厚100 mm，梁、柱、底板均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其密度大致為2 551 kg/m3。

根據(jù)樓體的結(jié)構(gòu)圖，計(jì)算出塔樓每層樓的填充墻體總長(zhǎng)度為236 m，柱子的截面積總和為9.8 m2，樓板面積為761 m2。因此，傾倒樓體總重為13 384 t，裙樓樓體柱的截面積總和為23.1 m2，所受軸壓為5.7 MPa。

待拆建筑支承結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土柱均采用C30混凝土，其所能承受的軸壓為30 MPa。為了避免由于支座面積過小造成樓體的整體下坐和后坐，計(jì)算保留的支座達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度時(shí)的面積為4.37 m2。經(jīng)分析樓體的結(jié)構(gòu)平面圖并計(jì)算可得，裙樓設(shè)計(jì)支座(①、②軸支座)截面積總計(jì)為9.1 m2，大于最小柱截面面積4.37 m2，因此，保留①、②軸的支座可以滿足支承能力的要求(圖2)。

圖2　樓體結(jié)構(gòu)及雷管分布示意

3.2倒塌距離估算

樓體最遠(yuǎn)落地點(diǎn)距裙樓外廓投影線的距離為倒塌距離[3]。倒塌時(shí)②軸支點(diǎn)位置作為鉸點(diǎn)，②軸到裙樓外廓的距離為31 m，塔樓1～12樓共36 m；13～22樓共30 m，塔樓上半部分的傾倒距離取其高度的一半，故從裙樓外廓投影線起，計(jì)算倒塌距離為35 m。

3.3爆破切口高度的確定

如圖3所示，在樓體切口閉合瞬時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)上部重心正好在通過支點(diǎn)E的垂直線上，若要樓房?jī)A倒，只要α≥α1，由幾何關(guān)系得[4]

(1)

式中，h為爆高，m；H為樓房重心高度，44 m；L為樓房寬度，22.2 m。

圖3　爆破切口高度示意

計(jì)算得出h≥6.6 m。

為了保險(xiǎn)，爆破缺口的高度需要乘以一個(gè)系數(shù)K(1.5～3)，同時(shí)，為了避免支撐，需要將⑤軸和⑥軸的柱子炸至轉(zhuǎn)換層，最終確定爆破切口高度為20 m。

3.4裝藥結(jié)構(gòu)

矩形立柱長(zhǎng)寬比A/B≤1.5，單節(jié)裝藥，即孔底集中裝藥；矩形立柱長(zhǎng)寬比A/B>1.5，則采用雙藥包間隔裝藥，爆破高度統(tǒng)一取2 m，立柱鉆孔及裝藥結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4　立柱鉆孔及裝藥結(jié)構(gòu)

3.5爆破網(wǎng)路

各軸起爆時(shí)差為⑤軸、⑥軸0.5s，④軸1s，③軸1.5s，②軸3.5s，段別為HS2、HS3、HS4、HS8(圖2)。采用非電導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)微差雙閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路?？變?nèi)采用非電半秒延期導(dǎo)爆管雷管起爆，孔外采用HS1段非電毫秒雷管簇聯(lián)，然后用導(dǎo)爆四通連接。

4爆破振動(dòng)安全

爆破時(shí)引起的建筑物地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度V可按下式計(jì)算：

(2)

式中,Q為一次齊爆藥量，45 kg；R為爆區(qū)中心離建(構(gòu))筑物的距離，m；K為受地質(zhì)、地形條件影響的系數(shù)，取145；α為與地形有關(guān)的地震波衰減指數(shù)，取1.8；K′為減振系數(shù)，0.3～0.7，取0.6。

為了保護(hù)周邊建筑物，在待拆建筑物周圍設(shè)置6處測(cè)點(diǎn)，布置TC-4850型測(cè)振儀，計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。可見，爆破振動(dòng)控制在安全規(guī)程允許范圍之內(nèi)[5]。

表1　測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)最大值

5結(jié)論

某拆除樓房高84 m，最近的建筑物距離僅為20 cm，爆破高度和爆破困難程度在國內(nèi)少有。在分析周邊復(fù)雜環(huán)境以及樓房結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，計(jì)算樓體重量，從而確定定向傾倒支座的支承力，根據(jù)樓高確定傾倒距離，用重心偏出方法計(jì)算爆高，采用孔底集中裝藥，各軸段分段起爆，最終取得了良好的爆破效果，建筑物按照設(shè)計(jì)方向傾倒，沒有發(fā)生后座以及偏移，振速控制在合理的范圍內(nèi)，對(duì)周邊建筑物起到了很好的保護(hù)作用，爆破拆除效率高。高聳建筑物裙樓和塔樓整體做大切口、整體傾倒拆除爆破實(shí)踐為類似工程提供了很好的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]周志強(qiáng),易建政,王波,等.控制爆破技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].四川冶金,2009,31(6):59-64

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[3]金驥良,顧毅成,史雅語.拆除爆破設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[4]周家漢,陳善良,楊業(yè)致,等.爆破拆除建筑物時(shí)震動(dòng)安全距離的確定[J].爆破,1993(S2):165-169，174.

[5]周家漢．爆破拆除塌落振動(dòng)速度計(jì)算公式的討論[J]．工程爆破，2009，15(1):1-4

(收稿日期2015-11-07)

劉洪憶(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào)