高層建筑爆破拆除技術(shù)綜述

孫 宇 蘇凱凱 車曉潔 張澤華

(山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 山東科技大學(xué)， 山東青島 266590)

高層建筑爆破拆除技術(shù)綜述

孫 宇 蘇凱凱 車曉潔 張澤華

(山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 山東科技大學(xué)， 山東青島 266590)

通過理論分析與工程實踐結(jié)合，系統(tǒng)的闡述了高層建筑爆破拆除的基本原理及傾倒條件要點，以建筑邊界與場地邊界的水平距離為分類依據(jù)，概括歸納了爆破拆除高層建筑的方案選擇，針對爆破振動、空氣沖擊波、粉塵及飛石等爆生危害，分類總結(jié)提出了預(yù)防措施。

爆破拆除；高層建筑；傾倒條件；方案選擇；安全設(shè)防

1 引言

隨著改革開放的深入推進，社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，為滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)需要和大型企業(yè)的改造，許多高層建筑物需要拆除。由于技術(shù)水平的限制，拆除高層建筑物主要有人工、機械拆除方法和爆破拆除方法。人工、機械拆除方法在拆除30m以上的高層建筑時，要面臨長期的噪聲、粉塵污染以及拆除廢料的擴散、掉落帶來的安全問題。與人工、機械拆除方法相比，爆破拆除方法除了經(jīng)濟、快速的優(yōu)點，還可以通過一系列方案設(shè)計、爆破模擬和措施保護等途徑有效控制爆生危害，降低危險發(fā)生概率。因此，無論是國內(nèi)還是國外，一段時間以來高層建筑的拆除主要采用爆破拆除方法。

2 .爆破拆除基本原理及傾倒條件

高層建筑物爆破拆除的基本原理是：利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量破壞承重構(gòu)件（梁、柱、墻），令其失去承載能力，使建筑物處于失穩(wěn)狀態(tài)，在其上部建筑自重作用下，圍繞爆破產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動鉸鏈，完成自由下落或轉(zhuǎn)體傾倒、空間解體和倒塌沖擊地面解體。

立柱失穩(wěn)是框架結(jié)構(gòu)傾倒的必要條件。控制爆破拆除的技術(shù)關(guān)鍵是用爆破的方式將立柱基礎(chǔ)以上一定高度的混凝土破碎，箍筋拉斷，受主應(yīng)力縱筋屈曲，使鋼筋骨架不能組成抗彎截面，在上部建筑荷載的作用下骨架失穩(wěn)，從而引起建筑的整體失穩(wěn)傾倒。為使建筑物整體按照設(shè)計希望的方向可靠傾倒，立柱爆破破碎形成的爆破缺口高度，還應(yīng)滿足建筑在傾倒過程中，在傾倒方向上始終保持足夠的傾覆力矩。

2.2 傾覆力矩條件

高層建筑物傾倒必須滿足傾覆力矩條件。只有當(dāng)建筑傾覆部分觸地瞬間，傾覆力矩在傾倒方向的數(shù)值大于零，才能保證建筑物順利傾倒。當(dāng)建筑物越高，自重越大，爆破缺口越高，傾覆力矩越大，建筑物越容易傾倒；建筑物框架跨度越大，傾覆力矩越小，越不容易傾倒。

2.3 轉(zhuǎn)動鉸鏈的設(shè)置

結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)動鉸鏈的設(shè)置也十分關(guān)鍵。轉(zhuǎn)動鉸鏈必須始終為建筑物的傾倒提供可靠支點。在某些情況下，轉(zhuǎn)動鉸鏈由于太過脆弱，難以承受傾覆力矩而產(chǎn)生脆斷，從而引起建筑物后座，倒塌方向偏離預(yù)定方向或上部建筑物觸地翻滾等情況，不但達不到預(yù)期爆破效果，而且容易導(dǎo)致工程事故。

3 爆破拆除方案選擇

高層建筑的拆除爆破方案大體可以劃分為：定向傾倒方案、原地坍塌方案、單向連續(xù)折疊方案、雙向交替折疊方案、內(nèi)向折疊坍塌方案。

3.1 定向傾倒方案

再觀察涉及英語語篇名物化現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，近20年來國內(nèi)外對英語語篇的名物化現(xiàn)象研究興趣均不斷升溫，發(fā)文量節(jié)節(jié)攀升，國內(nèi)的發(fā)文總量略高于國外。不過從百分比來看，國外英語語篇名物化研究在名物化研究總量中的占比卻高于國內(nèi)(見表1)。

采用定向傾倒方案時，傾倒一側(cè)場地要比較開闊，建筑邊界與場地邊界水平距離應(yīng)大于2/3～3/4的建筑高度。定向傾倒方案是將上部結(jié)構(gòu)底層立柱延傾倒方向，由低到高設(shè)置不同炸高，通過同時起爆或順序起爆的方法，形成一定角度，并使該層立柱失穩(wěn)，利用建筑物上部自重，繞轉(zhuǎn)動鉸轉(zhuǎn)動形成傾覆力矩，建筑在傾覆力矩的作用下發(fā)生整體失穩(wěn)，并向預(yù)定方向傾倒，沖擊地面解體。

3.2 原地坍塌方案

當(dāng)拆除建筑物與周圍保護對象的水平距離介于1/3～1/4拆除建筑物高度時，原地坍塌是最常用的爆破拆除方案。對于高層結(jié)構(gòu)的建筑物，采取原地坍塌方案時，應(yīng)合理劃分單元，分層起爆，在四周和內(nèi)部承重柱的底部設(shè)置相同高度的炸高，并在梁、柱連接部位布設(shè)炮孔，以切斷梁、柱的連接，同時起爆，在上部荷載作用下，建筑物將順勢原地坍塌。

3.3 單向連續(xù)折疊方案

該方案適用于坍塌方向建筑物與場地邊界的水平距離不小于樓房高度的1/2。其原理與定向傾倒方案相同，其主要區(qū)別是此方案在每層結(jié)構(gòu)的承重柱基底，皆順傾倒方向，由低到高設(shè)置不同炸高，利用雷管延期技術(shù)，自上而下順序起爆，使每一結(jié)構(gòu)層朝同一方向傾倒。

3.4 雙向交替折疊方案

該方案適用于坍塌方向建筑物與場地邊界的水平距離不小于H/n（H為建筑物高度，n為建筑物層數(shù)）的情況。與單向連續(xù)折疊方案相似，利用雷管的延期，自上而下順序起爆，但每層爆破缺口呈雙向布置，爆破后每一結(jié)構(gòu)層交替倒塌，倒塌破壞更為徹底，倒塌范圍進一步縮小，但堆置高度有所增加。

3.5 內(nèi)向折疊坍塌方案

該方案對場地要求很小，框架結(jié)構(gòu)建筑四周場地有1/3～1/2倍的建筑物高度的水平距離就可以滿足要求。其爆破工藝是，自上而下將建筑物內(nèi)部承重的柱、墻、梁等充分破壞，外部承重立柱爆破形成轉(zhuǎn)動鉸鏈，在傾覆力矩的作用下使框架上部結(jié)構(gòu)向內(nèi)折疊倒塌。

4 爆破安全設(shè)防

4.1 爆破振動的安全設(shè)防

采用爆破方法拆除建筑物時，爆破振動效應(yīng)的產(chǎn)生主要有兩方面原因，一方面是因為藥包的爆破作用，另一方面是因為被拆建筑物塌落時對地面的撞擊所產(chǎn)生的震動。眾多工程實測結(jié)果說明：高層建筑拆除爆破時，高大集中質(zhì)量物體塌落撞擊震動往往大于炸藥爆破產(chǎn)生的震動強度。

為了減小爆破振動對爆區(qū)周圍建筑的影響，可以采取以下幾種措施：（1）控制被拆建筑物的解體尺寸可以減少塌落撞擊震動強度。（2）預(yù)估高大集中質(zhì)量物體塌落撞擊震動對保護物的影響。必要時可在倒塌范圍內(nèi)鋪設(shè)煤碴等緩沖層或采取挖防震溝隔離等有效措施。（3）確定保護物的地面質(zhì)點安全允許震動速度；限制最大一段的爆破藥量。（4）多分段，少裝藥。盡量采取多段毫秒延時起爆，減小炸藥用量，爆破振動越小，對周圍建筑物的影響越小。

4.2 爆炸空氣沖擊波的安全設(shè)防

空氣沖擊波是由爆破產(chǎn)生的，在空氣中傳播的一種壓縮波。具有比空氣更高的壓力，常會造成爆區(qū)附近建筑物的損壞、人類器官損傷和心理反應(yīng)。

對空氣沖擊波的防治，一般我們采取以下幾種措施：（1）保證堵塞質(zhì)量，必須有足夠的堵塞長度。（2）在設(shè)計中要考慮避免形成波束，形成更大危害。（3）在爆破點與爆區(qū)周圍建筑之間構(gòu)筑障礙物，阻擋空氣沖擊波的傳播，削弱沖擊波對爆區(qū)周圍建筑的破壞能力。

4.3 爆破飛石、粉塵的安全設(shè)防

為防止爆破飛石、粉塵的危害，可以采取以下措施：（1）通過爆破設(shè)計，控制建筑傾倒方向，使倒塌方向和飛散物主要拋擲方向偏離防護目標(biāo)，控制殘墟塌散距離。（2）多打孔，少裝藥，加強堵塞。打孔越多，每孔的裝藥量越小，盡量趨近兩者的最優(yōu)配合比，以達到經(jīng)濟實用，科學(xué)預(yù)防的效果。加強炮孔的堵塞，也可以有效防止沖炮，減少飛石。（3）在倒塌范圍內(nèi)土質(zhì)應(yīng)盡量松軟，或加鋪柔性墊層，減小飛石粉塵危害。（4）爆破拆除建筑施工時，應(yīng)對爆破部位進行覆蓋和遮擋防護，覆蓋材料和遮擋設(shè)施應(yīng)選用不易拋散和折斷，并能防止碎塊穿透的材料。（5）在拆除物表面及附近地面灑水，以起到降塵作用（6）對保護物采用重點覆蓋和屏障。

5 結(jié)語

本文對爆破拆除原理及要點進行了歸納總結(jié)；結(jié)合以往的工程經(jīng)驗闡述了爆破拆除方案的選擇條件，并對各方案優(yōu)缺點進行了系統(tǒng)分析；著重對爆破安全設(shè)防進行了分類闡述。

使用爆破拆除方法拆除高層建筑，在現(xiàn)階段仍是一種應(yīng)用較廣，適用性較強的拆除方法。其經(jīng)濟快速，拆除徹底的優(yōu)勢，很好地適應(yīng)了當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。在爆破作業(yè)中，能夠綜合分析建筑物的外形、荷載、位置關(guān)系、周邊環(huán)境等因素，合理選擇爆破方案，制定出科學(xué)適用的施工設(shè)計，采取切實可行的設(shè)防措施，對爆破作業(yè)的安全控制，質(zhì)量控制，成本控制起著至關(guān)重要的作用。

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