15層全剪力墻結(jié)構(gòu)居民樓定向爆破拆除

董文峰， 孟祥棟， 龔 敏， 凌三紅， 汪 龍， 支文超

(1.國核工程有限公司， 上海 201100； 2.北京科技大學 土木與環(huán)境工程學院， 北京 100083；3. 重慶市爆破工程建設有限責任公司， 重慶 400020； 4. 四川省宜賓威力化工有限責任公司， 四川宜賓 644600)

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15層全剪力墻結(jié)構(gòu)居民樓定向爆破拆除

董文峰1,2， 孟祥棟3， 龔 敏2， 凌三紅4， 汪 龍3， 支文超3

(1.國核工程有限公司， 上海 201100； 2.北京科技大學 土木與環(huán)境工程學院， 北京 100083；3. 重慶市爆破工程建設有限責任公司， 重慶 400020； 4. 四川省宜賓威力化工有限責任公司， 四川宜賓 644600)

摘要：介紹了復雜環(huán)境下15層居民樓的定向爆破拆除案例，根據(jù)工程特點及周圍環(huán)境制定了向西南方向倒塌的爆破方案。對1層～5層非承重墻、樓梯進行局部預拆除；采用重心移出的方法計算爆破高度；計算了樓房的質(zhì)量，用來確定預留墻體的面積；采用多重閉合電-非電復式起爆網(wǎng)路。通過合理的方案設計和參數(shù)選取，取得了良好的爆破效果，塌落振動未對周圍建筑產(chǎn)生影響，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：復雜環(huán)境； 爆破拆除； 剪力墻結(jié)構(gòu)； 預拆除； 定向爆破； 塌落振動

1工程簡介

待拆樓房位于重慶市繁華的觀音橋商圈。樓房東面4m處有天然氣管線和城市供水管線，24.5m處是建新北路，地下38.3m為輕軌三號線，與待拆樓房水平距離為38.8m；南面73m范圍內(nèi)為空壩，空壩南面為停車場；西面52m為建北六支路，路西為建北二村民房；北面距外貿(mào)大廈57m，中間為建北八支路，距拆除房屋13.5m處有地下人行通道。樓房為全剪力墻結(jié)構(gòu)，所有外墻、承重墻及樓梯過道電梯井均為20cm厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻，樓板為15cm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，層高為3m。

待拆樓房是兩個獨立單元，一單元15層加樓梯帽廳共16層；二單元地下兩層，地上15層，加樓梯帽廳共18層。周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1　周圍環(huán)境示意圖Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

2爆破拆除方案

2.1傾倒方向的選擇

根據(jù)類似工程經(jīng)驗〔1〕，有以下三種傾倒方案可供對比選擇。

方案一：一、二單元共同向南面空地傾倒。缺點：①二單元東邊4m處為天然氣管線和城市供水管線，有較大風險；②爆破切口形成后，由于重心偏移，可能會導致樓體傾倒過程中向東偏轉(zhuǎn)。

方案二：一單元先起爆向南倒塌，之后二單元向西倒塌。缺點：一單元傾倒后，一、二單元連接處爆破防護難度大，且會妨礙二單元的傾倒。

方案三：一、二單元均向西南方向倒塌，見圖2。該方案避免了前面兩種方案中提及的問題，確定為最終方案。

圖2　方案三傾倒方式Fig.2　Collapse pattern of the third scheme

2.2爆破高度的確定

將待拆樓房簡化為圖3所示模型，其中H 為重心高度，L為樓房寬度，h為爆破切口高度。

圖3　爆破高度計算示意圖Fig.3　Calculation of blasting height

在樓體傾倒瞬間平衡時，即結(jié)構(gòu)上部重心正好在通過支點B的垂直線上，由幾何關系得，若要樓房傾倒，只要α≥α1，應用三角形相似原理有〔2〕：

(1)

整理得切口最小高度：

(2)

為了保險起見，實際施工的爆破切口高度乘以系數(shù)K1=1.5～3.0。待拆樓房：H=22.5m，L=14m；代入計算得hmin=5.9 m；K1取2.5，爆破高度約為15m。

2.3爆破預留面積的確定

一、二單元樓體內(nèi)所有承重墻的長度合計為200.3m，墻體寬度為200mm，故承重墻的底面積合計為40m2。墻體為鋼筋混凝土，其密度約為2 551kg/m3，層高為3m；每層樓的底板面積為537.6m2，厚度為150mm。經(jīng)計算，樓房總重約7 677t。

剪力墻作為支撐結(jié)構(gòu)采用C25混凝土澆筑，即其所能承受的軸壓為25MPa。若爆破切口過大，保留的支座面積過小，混凝土達到其極限強度后會被壓碎，導致爆破時樓體的整體下坐和后坐。為了避免這種情況的發(fā)生，每單元需保留1.5m2才能保證爆破后樓體不會壓碎預留的支座。

2.4爆破參數(shù)

剪力墻的壁厚δ=0.2m，設計孔距a=0.25m，排距b=0.2m, 炮孔直徑d=40mm，孔深L1=0.15m，底排炮孔距樓板0.3m，采用梅花形布孔方式。根據(jù)類似工程經(jīng)驗及局部試爆結(jié)果確定炸藥單耗q=2.5kg/m3，從而得單孔藥量為25g，采用孔底集中裝藥結(jié)構(gòu)，每個炮孔內(nèi)放置1發(fā)導爆管雷管。

2.5起爆網(wǎng)路

采用多重閉合電-非電復式起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)采用半秒延時導爆管雷管，每30發(fā)非電雷管簇聯(lián)成束，每束用2發(fā)瞬發(fā)非電雷管和1發(fā)瞬發(fā)電雷管反向連接。每個房間雷管簇聯(lián)束上的導爆管通過四通連接形成小單元閉合網(wǎng)路；之后將每個“小閉合”用四通多次串聯(lián)，形成每一層的“中閉合”；再將每一層用四通多次串聯(lián)，形成“大閉合”，即多重閉合網(wǎng)路；最后從每一層閉合網(wǎng)路中各引出2～4根導爆管至地面相互匯總，再將這些導爆管并聯(lián)在主起爆雷管上。另外鋪設電起爆網(wǎng)路，并將每個簇聯(lián)束上的電雷管并聯(lián)入電起爆網(wǎng)路，從而實現(xiàn)起爆雙保險。爆破切口內(nèi)雷管分布如圖4所示。

圖4　雷管分布示意圖Fig.4　Sketch of detonator distribution

2.6預處理

為了保證切口順利形成，樓體向預定方向倒塌，降低爆破公害，爆前拆除了爆破切口范圍內(nèi)全部非承重墻，剪斷了全部樓體，保證樓房倒塌時易于折斷。

3爆破安全

3.1爆破振動

周圍建筑物的爆破振動速度v按下式計算〔3〕：

(3)

式中：Q為一次齊爆藥量，本工程為50kg；R為爆區(qū)中心與建(構(gòu))筑物的距離， m；K為受地形、地質(zhì)條件影響的系數(shù)，取150；α為與地形有關的地震波衰減指數(shù)，取1.8；K′為減振系數(shù)，K′=0.3～0.7，取0.7。經(jīng)計算，周邊建(構(gòu))筑振速見表1。

表1　爆破振動值

由上述數(shù)據(jù)可看出，此次爆破對周邊建(構(gòu))筑物的振動，均在《爆破安全規(guī)程》允許范圍內(nèi)〔4〕。

3.2塌落振動

爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿設計方向倒塌，所引起的塌落振動按下式計算〔5〕：

(4)

式中：vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s；M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，為6層～15層質(zhì)量，約2 560t；g為重力加速度，9.8m/s2；H為構(gòu)件的高度，為6層～15層高度，H=30m；σ為地面介質(zhì)的破壞強度，取10MPa；R為觀測點至沖擊地面中心的距離，m。建筑物沖擊地面中心到輕軌的距離R=38.8m。Kt為塌落振動速度衰減系數(shù)，Kt取1.1～2.1，參考類似工程取1.1；β為塌落振動速度衰減指數(shù)，一般取-1.80～-1.66，參考類似工程取-1.66。

計算得建筑物塌落觸地對最近輕軌處引起的振速vt=1.3cm/s，且房屋塌落位置有堆積的棄渣，也可減輕塌落振動，因此樓房塌落觸地振動對周圍建(構(gòu))筑的影響在安全范圍以內(nèi)。

4爆破效果

本次爆破效果良好(圖5)，樓房按照預定方向傾倒且傾倒過程中無下坐和后坐；由于剪力墻結(jié)構(gòu)整體性較好，樓房傾倒后未破碎；爆破振動和塌落振動均在控制范圍內(nèi)，未影響周邊建(構(gòu))筑物的安全；爆破產(chǎn)生的飛石得到很好的防護；爆破時有小雨，且有消防車噴水除塵，爆后粉塵消散較快；市政管線和輕軌三號線隧道作為重點保護對象并未因此次爆破而產(chǎn)生損傷。

圖5　爆破效果Fig.5　Blasting effects

參考文獻(References)：

〔1〕 汪旭光，于亞倫. 拆除爆破理論與工程實例[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

WANG Xu-guang, YU Ya-lun. Blasting demolition theory and engineering examples[M]. Beijing: China Communications Press,2008.

〔2〕 金驥良. 高層建(構(gòu))筑物整體定向爆破倒塌的切口參數(shù)[J]. 工程爆破，2003，9(4):1-6.

JIN Ji-liang. The parameters of blasting cut for directional collapsing of highrise buildings and towering structures[J]. Engineering Blasting, 2003, 9(4):1-6.

〔3〕 葛勇，汪旭光，魏格平. 復雜環(huán)境下11層框架樓房拆除爆破[J]. 工程爆破，2014，20(3):13-15.

GE Yong, WANG Xu-guang, WEI Ge-ping. Demolition blasting of a 11-storey frame building under complicated environment [J]. Engineering Blasting,2014,20(3):13-15.

〔4〕 爆破安全規(guī)程 GB 6722-2014[S]. 北京：中國標準出版社，2014.

Safety regulations for blasting GB 6722-2014[S]. Beijing: China Standards Press,2014.

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

ZHOU Jia-han. Discussion on calculation formula of collasping vibration velocity caused by blasting demolition[J]. Engineering Blasting,2009,15(1):1-4.

Directional blasting demolition for a 15-storey residential building with shear wall structure

DONG Wen-feng1,2， MENG Xiang-dong3， GONG Min2， LING San-hong4， WANG Long3， ZHI Wen-chao3

(1. State Nuclear Power Engineering Co.,Ltd., Shanghai 201100， China；2. School of Civil and Environment Enginering, University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China；3. Chongqing Blasting Engineering Construction Co., Ltd., Chongqing 400020， China;4. Sichuan Yibin Weili Chemical Co., Ltd., Yibin 644600， Sichuan, China)

ABSTRACT：The directional blasting demolition of 15-storey residential building under complex environment was introduced. A blasting scheme of collapsing to southwest by the characteristics of the engineering and surrounding environment was designed. The 1～5 storey of nonbearing walls and stairs were partly demolished in previous. Blasting height was calculated by the method of shifting gravity centre and the weight of building was calculated in order to confirm the area of reserved wall. Multiple closing initiation network with digital and non-digital was used.The ideal effect was obtained by reasonable design of scheme and parameters.The surrounding buildings were not influenced by collapse vibration.It could provide a reference for similar engineerings.

KEY WORDS:Complex environment; Blasting demolition； Shear wall structure； Pre-demolition； Directional blasting； Collapse vibration

文章編號：1006-7051(2016)02-0074-03

收稿日期：2015-11-18

作者簡介：董文峰(1990-)，男，碩士，研究方向為工程爆破。E-mail：Dongwf@foxmail.com

中圖分類號：TD235； TU746.5

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.016