復雜環(huán)境下樓房縱向逐跨坍塌爆破技術(shù)應用*

王洪剛，姚穎康，王 威，劉昌邦，錢 坤

(1.江漢大學 湖北(武漢)爆炸與爆破技術(shù)研究院，武漢 430056；2.爆破工程湖北省重點實驗室，武漢 430056； 3.武漢爆破有限公司，武漢 430056)

近年來，逐跨坍塌爆破方案已經(jīng)廣泛的應用于各類高寬比不大的建筑物拆除中，相對于傳統(tǒng)的定向傾倒和原地坍塌，逐跨坍塌可有效地減小爆破時最大單響藥量、爆破振動和塌落振動的峰值，并且能促進建筑物的結(jié)構(gòu)破壞，改善爆破效果[1-3]。但是對于復雜環(huán)境下高寬比大的高樓，國內(nèi)外學者還是更傾向于采用傳統(tǒng)的定向爆破手段來實施拆除爆破施工，而較少的采用逐跨坍塌爆破技術(shù)。

查閱逐跨坍塌技術(shù)相關(guān)的研究動態(tài)，李勇，汪浩結(jié)合一主體高33 m，長軸方向30跨，短軸方向3跨的框架結(jié)構(gòu)大樓的爆破拆除實踐，闡明了如何在復雜環(huán)境下對多跨框架不規(guī)則高樓進行逐跨坍塌[4]；劉昌幫，賈永勝，黃小武等人通過“凸”字形結(jié)構(gòu)樓房爆破拆除實踐，結(jié)合高速攝影觀測、三維模型重建分析了異形建筑物爆破拆除失穩(wěn)垮塌的運動過程，對比了樓體爆破前后的形態(tài)，驗證了縱向逐跨爆破拆除技術(shù)的科學性[5]。為了進一步驗證縱向逐跨坍塌技術(shù)的實用性，以武漢市江漢四橋拓寬項目虹錦公寓房屋爆破工程為例，介紹了縱向逐跨爆破拆除技術(shù)的使用情況，為城市復雜環(huán)境下建(構(gòu))筑物的爆破拆除提供了新的設(shè)計施工思路。

1 工程概況

擬拆除樓房位于武漢市中山大道與沿河大道之間的硚口路東側(cè)，為11層框架結(jié)構(gòu)樓房，長42.0 m，寬16.5 m，高51.0 m，總建筑面積為6950 m2。樓房橫向4排立柱，縱向8排立柱，設(shè)有2個電梯井，2個樓梯間。主要立柱截面尺寸為400 mm×400 mm、600 mm×600 mm、600 mm×1000 mm、700 mm×800 mm、800 mm×800 mm，主梁尺寸為500 mm×250 mm，電梯及樓梯部分設(shè)有剪力墻，剪力墻厚度250 mm，樓板為現(xiàn)澆板，板厚120 mm。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

大樓東側(cè)有大量磚混結(jié)構(gòu)民房，經(jīng)過遷改后待拆樓房距民房最近23.8 m，距7層居民樓12.0 m；南側(cè)為長堤路，距民房最近25.0 m，距新建月湖橋引橋樁基22.0 m；西側(cè)緊鄰硚口路，距新建月湖橋引橋工地13.0 m，距引橋樁基礎(chǔ)16.5 m，距新建橋墩34 m，距保留的月湖橋引橋44.8 m，距越秀星匯云錦大樓92.4 m；北側(cè)為拆遷后的空地。具體環(huán)境圖見圖2所示。

2 爆破方案

2.1 總體方案選擇

待拆樓房東側(cè)、北側(cè)多為磚混結(jié)構(gòu)民房，抗震性能差，西側(cè)有需保護的月湖橋新建橋墩和樁基礎(chǔ)，只有南側(cè)可為樓房倒塌提供場地，但是南側(cè)22 m處有新建月湖橋引橋樁基礎(chǔ)，25 m處有需要保護的磚混結(jié)構(gòu)民房，因此樓房倒塌堆積范圍需嚴格控制。綜合樓房結(jié)構(gòu)特征和周邊環(huán)境條件，擬采用“向南縱向逐段倒塌”的總體方案[5,6]。

2.2 爆破切口

結(jié)合待爆樓房的結(jié)構(gòu)特征，本次爆破切口設(shè)置在1～4層、6層和8～9層。為了改善爆破效果，降低樓房爆破后的堆積高度，電梯井爆破區(qū)域設(shè)置在1層～8層；～軸作為支撐區(qū)，僅對1層進行松動爆破[7,8]。爆破切口示意圖如圖3所示。切口高度見表1。

表1 切口高度(單位：m)Table 1 Incision hight(unit:m)

2.3 預處理

待爆樓房按照如下步驟進行預處理：拆除1～2層全部外墻與內(nèi)墻以及3層以上的切口范圍內(nèi)的內(nèi)墻；拆除1～3層全部樓梯，3層以上樓梯弱化處理；1～11層電梯井及樓梯間的剪力墻采取“化墻為柱”的方式進行處理，5～7、10～11層立柱倒塌方向反方向及兩側(cè)的鋼筋剝出并用氧割切斷。

2.4 爆破孔網(wǎng)參數(shù)

針對不同尺寸的立柱與剪力墻，按照1500～2000 kg/m3單耗設(shè)計單孔裝藥量，并根據(jù)現(xiàn)場試爆效果，調(diào)整主要構(gòu)件的裝藥量，于5樓及以上樓層，僅實施松動爆破，炸藥單耗1200 g/m3左右。具體裝藥量與裝藥結(jié)構(gòu)見表2。

2.5 爆破延期時間設(shè)計

起爆網(wǎng)路采用孔內(nèi)裝高段位非電導爆管雷管、孔外低段位非電導爆管雷管接力延時起爆網(wǎng)路。待爆樓房所有立柱和剪力墻均裝非電導爆管雷管MS19(1700 ms)，同排立柱同時起爆，A軸首先起爆，B、C(C1、C2)軸延遲A軸310 ms起爆，D、E軸延遲B、C(C1、C2)軸310 ms起爆，F(xiàn)軸延遲D、E軸310 ms起爆，G軸延遲F軸310 ms起爆，H(H1、H2)軸延遲G軸310 ms起爆，J、K軸延遲H(H1、H2)軸310 ms起爆。如表3所示。

3 爆破效果及體會

3.1 爆破效果

起爆后，樓房按照預定方向逐跨倒塌，從孔內(nèi)雷管開始起爆到樓房完全被爆破粉塵淹沒，整個過程歷時約5.0 s。起爆后約0.8 s，樓體A軸至B軸區(qū)間開始出現(xiàn)垂直向下運動，B和C軸間首先出現(xiàn)了明顯的剪切效果，由于H軸處存在電梯井，結(jié)構(gòu)堅固，G軸處剪切效果最為明顯，電梯井后部樓體立柱在前部梁柱的扯動下向南傾覆倒塌，后側(cè)主體未產(chǎn)生后座，未對側(cè)后方的7層樓房造成影響，爆破完全達到了預想效果。如圖4所示。

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

表3 爆破延期時間表(單位：ms)Table 3 Blasting delay-time(unit:ms)

通過無人機對樓房爆破后的姿態(tài)進行掃描，并運用Altizure三維重建技術(shù)建立樓房爆堆的三維模型[9,10]，如圖5。從模型中可以看到，樓體前半部分倒塌后解體效果非常好，電梯井后側(cè)樓體由于未裝藥爆破，在前部梁柱的扯動下向南傾覆倒塌后仍舊保持了較完整的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過測量，樓房爆堆長63.2 m，寬31.8 m，最大高度13.4 m，其中解體效果較好的爆堆高度約8.5 m左右，上部未解體框架結(jié)構(gòu)高度約5.0 m左右。爆堆占地面積為1632 m2，約是樓房占地面積的2.3倍。爆堆前沖17.2 m，東側(cè)外移9.7 m，西側(cè)外移5.6 m。爆堆長度是樓房高度的1.24倍，是樓房長度的1.50倍；爆堆寬度是樓房寬度的1.92倍。樓房倒塌后未對周邊建(構(gòu))筑物造成危害。

3.2 幾點體會

(1)采用縱向逐跨倒塌爆破技術(shù)，可使建筑物產(chǎn)生兩次比較充分的解體：第一次勢能以突加載荷形式轉(zhuǎn)化成彎曲破壞能，使建筑物框架各節(jié)點處產(chǎn)生彎矩而解體破壞；第二次為建筑物構(gòu)件坍塌觸地沖擊而解體，使框架整體得到理想的破壞效果。在實際施工中，可以通過在各區(qū)間設(shè)置合理的爆破延期時間來使建筑物框架各節(jié)點處產(chǎn)生彎矩，充分利用樓體結(jié)構(gòu)間剪切、拉伸來改善樓體的解體效果。

(2)采用縱向逐跨倒塌爆破技術(shù)和定向倒塌相比較，樓房破碎效果較好，爆堆堆積的范圍較??；和原地倒塌相比較，爆堆堆積范圍相似，但樓體的破碎效果要更好，爆堆的高度更低。

(3)采用縱向逐跨倒塌爆破技術(shù)，能使建筑物結(jié)構(gòu)在塌落過程中逐步觸地，減小塌落震動對周邊環(huán)境的影響。爆破中對起爆順序、單響藥量以及傾倒時間的合理控制，可以避免了樓房傾倒觸地引起的振動疊加效應。