內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層樓房拆除爆破

謝錢斌

(宏大爆破有限公司,廣州510623)

1 工程概況

待拆樓房為汕頭市面粉廠,其位于汕頭市金平區(qū)中山東路與金環(huán)南路交叉處,處于鬧市區(qū),周邊環(huán)境復(fù)雜。面粉廠南面約42 m處有圍墻,300 m處有一造船廠,樓頂有1萬伏高壓線,距樓面高度約5 m;北面約100 m處為中山東路,車流量大,人員密集,西北角約8 m處為一廠用電房(爆破前拉閘停電);西面約8.5 m有一高壓線塔,70 m處有多棟8層居民樓;東面約30 m處為倉庫(見圖1)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙可知,待拆樓房高約32 m,長約80 m,寬度介于8～10 m之間,總建筑面積約3 385 m2;有7種尺寸的立柱,3種規(guī)格的鋼筋。根據(jù)待拆樓房的結(jié)構(gòu),由北向南劃分為6個(gè)軸線(A、C、D、E、G、H),對(duì)每個(gè)軸線上的立柱由東向西依次用數(shù)字進(jìn)行標(biāo)號(hào),A軸為A1～A15,C軸為C1～C6,D軸為D13～D15,E軸為E1～E6,G軸為G1～G15,H軸為H1～H15。

圖1 樓房周邊環(huán)境Fig.1 Building surrounding environment

2 拆除爆破方案

2.1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)待拆樓房結(jié)構(gòu)復(fù)雜,炮孔布置參數(shù)呈現(xiàn)多樣化,施工難度較大;結(jié)構(gòu)力學(xué)分析難度較大,預(yù)拆除的難度較大。

2)安全要求極高,待拆樓房距離周邊居民區(qū)和鬧市區(qū)較近,有眾多建(構(gòu))筑物需重點(diǎn)保護(hù)。爆破時(shí),交通管制工作和噴灑降塵工作需要精心組織。

3)需采取專業(yè)的安全防護(hù)措施,將各種爆破危害(爆破振動(dòng)、沖擊塌落振動(dòng)、爆破沖擊波、爆破飛石等)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)[1-2],以減少對(duì)2條交通主干道和周圍建(構(gòu))筑物的影響。

2.2 預(yù)處理及安全穩(wěn)定性校核

電梯井位于H8～H9間,斷面大小為4 m×3 m,樓梯間位于A12～A13間,用油炮機(jī)進(jìn)行拆除;為減少鉆孔裝藥量,在爆破前用油炮機(jī)對(duì)位于爆破切口內(nèi)2層及以下的剪力墻進(jìn)行預(yù)拆除,使其露出立柱;鑿除A軸立柱鋼筋表面的混凝土,用乙炔焊切割鋼筋;對(duì)H3、H4,E1～E6立柱用油炮機(jī)以開鑿的方式拆除;通過有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行立柱拆除爆破的數(shù)值模擬[2]。預(yù)拆除后立柱全截面受壓,最大應(yīng)力為8.0 MPa,據(jù)建筑設(shè)計(jì)文件可知,立柱采用C30混凝土澆筑,其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于8.0 MPa,故立柱受力安全。此外,2層及以下的剪力墻預(yù)拆除后對(duì)整棟建筑的受力影響可忽略不計(jì),故樓房預(yù)處理后是安全的。

2.3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,待拆樓房采用向南定向爆破的倒塌方式,其爆破方案借鑒高寬比的建(構(gòu))筑物爆破設(shè)計(jì)模式。為了防止樓房爆破后出現(xiàn)“坐而不倒”和“樓體后坐”現(xiàn)象,采用大炸高和支座鉸鏈技術(shù)[3],將A、C、D軸立柱作為后支座鉸鏈,增加鉸鏈極限承載力,嚴(yán)格控制樓房后坐。在倒塌范圍內(nèi)提前堆載高度1.5 m的緩沖墊層,觸地時(shí)以獲得較小的觸地沖能以減小觸地振動(dòng)。

待拆樓房為非對(duì)稱鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),立柱較多,高寬比較小,樓板內(nèi)預(yù)埋鋼板等機(jī)械基座后整體澆筑混凝土,質(zhì)量較大,因此,設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮這些因素。

1)大尺寸立柱較多,孔深較大,鉆孔位置要求嚴(yán)格,應(yīng)確保鉆孔后仍能保證足夠的抵抗線。

2)合理確定預(yù)拆除位置,保證預(yù)拆除后樓房結(jié)構(gòu)的安全,并盡量減少鉆孔裝藥量。

3)在待拆樓房西側(cè)2 m處開挖深1.5 m的減振溝,將觸地振動(dòng)減小到最低值,以保護(hù)周圍建(構(gòu))筑物的安全。

4)需要爆破的炮孔數(shù)量多,使用非電毫秒延時(shí)起爆技術(shù)進(jìn)行爆破可確保爆破質(zhì)量[2]。

5)施工緩沖墊層時(shí)工作量大,必須精心組織,保證施工質(zhì)量。

6)需要爆破的立柱多,必須采取可靠的防護(hù)措施,將爆破飛石距離控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

2.3.1 爆破切口

根據(jù)大型高層建(構(gòu))筑物拆除爆破的經(jīng)驗(yàn),承重立柱破壞高度計(jì)算公式如下[3,5]:

式中:H為承重立柱破壞高度,m;K為與建筑物倒塌有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般取1.5～2.0;B1為立柱截面的長邊長,m;Hmin為承重立柱的最小破壞高度,m。

經(jīng)式(1)計(jì)算可得:H軸、G軸、E軸炸高都為7.2 m,D軸炸高為3.8 m,C軸炸高為2.0 m,A軸炸高為1.0 m,經(jīng)比較采用梯形復(fù)式爆破切口和大炸高的設(shè)計(jì)(見圖2)。

圖2 爆破切口Fig.2 Blasting notch

2.3.2 爆破參數(shù)

待拆樓房的立柱規(guī)格尺寸較多,根據(jù)配筋圖布置鉆孔(見圖3),選擇布孔直徑為φ40 mm,采用水鉆鉆孔。最小抵抗線W=φ/2(φ為立柱厚度),孔距a=(1.3～1.8)W,排距b=(0.7～0.8)W,孔深l=(0.5～0.6)φ,單孔裝藥量計(jì)算公式如下[2-4]:

式中:Q為單孔裝藥量,g;q為單位體積炸藥消耗量,g/m3(取值范圍:1 700～3 000 g/m3);V為單個(gè)炮孔所負(fù)擔(dān)的爆破體體積,m3。

圖3 炮孔布置Fig.3 Layout of blasting holes

爆破設(shè)計(jì)參數(shù)在理論公式計(jì)算后結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正[4],立柱參數(shù)如表1所示。

表1 立柱爆破參數(shù)Table 1 Column blasting parameters

2.3.3 試爆

為了檢驗(yàn)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理,選取位于第1層樓的G3、D13立柱進(jìn)行試爆。根據(jù)試爆效果,對(duì)單孔裝藥量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以取得較為理想的爆破效果。調(diào)整后的各項(xiàng)爆破參數(shù)如表2所示。

表2 爆破參數(shù)Table 2 Blasting parameters

2.3.4 爆破網(wǎng)路

采用簇聯(lián)和四通連接相結(jié)合的復(fù)式爆破網(wǎng)路。H軸炮孔內(nèi)采用MS5導(dǎo)爆管雷管,E軸、G軸炮孔內(nèi)采用MS10導(dǎo)爆管雷管,A軸、C軸、D軸炮孔內(nèi)采用MS13導(dǎo)爆管雷管;炮孔外統(tǒng)一使用MS2導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行延時(shí),使用四通和導(dǎo)爆管將1～2層樓連成閉合復(fù)式網(wǎng)路[1-2,6]。

嚴(yán)格控制各軸立柱間的起爆時(shí)間,使待拆除樓房起爆后在空中解體,將A軸、C軸、D軸立柱作為鉸鏈。同時(shí)起爆可有效避免因單排立柱極限承載力能力不足,爆破后無法支撐切口以上樓層的重量,導(dǎo)致樓房后坐嚴(yán)重或下坐等不良現(xiàn)象。

3 爆破安全防護(hù)與降塵措施

1)立柱使用水鉆鉆孔,嚴(yán)格控制鉆孔質(zhì)量,并確保實(shí)際最小抵抗線不小于設(shè)計(jì)值。

2)近體防護(hù)。立柱裝藥完成后,柱腳位置用廢舊傳送帶包裹,立柱上部用竹排柵進(jìn)行覆蓋。

3)被動(dòng)防護(hù)。在樓房2 m處搭設(shè)密竹柵欄,柵欄外鋪蓋密目網(wǎng),高度高于爆破位置2 m(見圖4)。

4)用混凝土封堵下水管道,裝藥前一天進(jìn)行蓄水,爆破后隨著樓房的傾倒可起到除塵效果。

5)為了防止爆破煙塵影響周圍居民,協(xié)調(diào)4臺(tái)消防車配備高壓水炮對(duì)樓房進(jìn)行噴水抑塵;協(xié)調(diào)4臺(tái)市政除霧霾車,爆破后分別沿中山東路和金環(huán)南路進(jìn)行噴霧降塵。

圖4 防護(hù)措施Fig.4 Protective measures

4 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與安全分析

4.1 爆破振動(dòng)

爆破振動(dòng)安全允許距離,采用《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)中的公式計(jì)算[1-4]:

式中:R為爆破振動(dòng)安全允許距離,m;Q為延時(shí)爆破最大一段藥量,取52.5 kg;v為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度,cm/s;K,α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),一般取K=50,α=1.5。

此次爆破最大單響藥量Q=52.5 kg,根據(jù)施工技術(shù)文件要求,本次爆破最近的保護(hù)對(duì)象為西側(cè)70 m處居民樓和南側(cè)42 m處圍墻。經(jīng)式(4)計(jì)算,爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度v=0.65 cm/s,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得最大值為0.42 cm/s,二者均小于《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)中允許的安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度2.0 cm/s。爆破產(chǎn)生的地震波衰減快,因此,能夠保證被保護(hù)建筑物的安全[5]。

4.2 塌落振動(dòng)

建筑物在塌落倒地瞬間對(duì)地面的沖擊也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),現(xiàn)廣泛應(yīng)用的塌落振動(dòng)計(jì)算公式為[1-4]

式中:vt為振動(dòng)速度,cm/s;kt、β為衰減參數(shù),取Kt=3.37,β=1.66;m為建筑物質(zhì)量,t;H為建筑物質(zhì)心高度,m;σ為介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,MPa,取10.0 MPa;R為沖擊地面中心到建筑物的最近距離,m;g為重力加速度,m/s2,取9.8。

因?yàn)轭A(yù)拆除后待拆樓質(zhì)量為1 925 t,質(zhì)心高度為16.0 m,落地點(diǎn)到其西側(cè)需要保護(hù)的居民樓距離為70 m。由式(5)計(jì)算可得最大塌落振動(dòng)速度vt=0.838 cm/s。本次爆破現(xiàn)場(chǎng)共布置5個(gè)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)到實(shí)際最大振動(dòng)速度vt=0.21 cm/s。由于面粉廠為非對(duì)稱鋼筋混凝土框架全剪力墻樓房,爆破區(qū)域較為集中,觸地時(shí)間較短,故觸地所引起的振動(dòng)較大。

爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得的爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)數(shù)值均小于《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)中對(duì)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)值2.5 cm/s,因此,居民樓和周圍建(構(gòu))筑物是安全的。

5 爆破效果與體會(huì)

待拆樓房起爆后按設(shè)計(jì)的方式順利倒塌,樓體落在預(yù)先施工的緩沖墊層上,沒有出現(xiàn)前傾和后坐的現(xiàn)象;爆堆最高點(diǎn)的高度為6 m,周圍道路未見爆破飛散物,建(構(gòu))筑物未損壞;爆破效果如圖5所示。

1)支座鉸鏈技術(shù)有利于樓房爆破后按設(shè)計(jì)方向傾倒,嚴(yán)格控制了后坐現(xiàn)象。

2)開挖減振溝可有效削弱塌落振動(dòng),保護(hù)周圍建(構(gòu))筑物和交通主干道的安全,為今后類似工程提供參考。

3)本樓房爆破倒地后解體不充分,為破碎清除增加了難度,今后可用油炮機(jī)在剪力墻墻體上開鑿多條卸荷槽,有利于樓體觸地解體。

4)樓頂蓄水和高壓水炮噴水有利于爆破降塵效果,可利于實(shí)現(xiàn)環(huán)保爆破。

5)水鉆施工與風(fēng)鉆相對(duì)比,既能有效控制施工中產(chǎn)生的粉塵對(duì)環(huán)境造成的污染,又可節(jié)約勞動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位,確保了施工質(zhì)量。

圖5 爆破效果Fig.5 Blasting effect