復(fù)雜環(huán)境下框剪高樓拆除爆破技術(shù)研究

張耀良,梁曉國(guó),單寶來,武 哲,夏云鵬

(1.江蘇長(zhǎng)江爆破工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.湖南省長(zhǎng)沙市公安局，長(zhǎng)沙 410000)

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

待爆樓房位于長(zhǎng)沙市開福區(qū)，東側(cè)(倒塌方向)56 m處為基坑支護(hù)和懸臂剪力墻；西側(cè)8 m處為長(zhǎng)沙市的主要交通干道芙蓉中路；南側(cè)33 m處是地下停車場(chǎng)的出入口，72 m處為富興金融大樓；北側(cè)70 m處為好來登酒店(見圖1)。

圖1 待爆大樓周邊環(huán)境Fig.1 Environmental of the building to be blasted

待爆大樓附近地上地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，主要集中位于待爆樓房西側(cè)人行橫道以及輔道處，共有電力、燃?xì)?、自來水、路燈供電線路、通信、軍用光纜、城通管線等10種不同類型的管線及重要設(shè)備，距離弱電線路(最近)為1.5 m(見圖2)。

圖2 待爆大樓周邊管線Fig.2 Pipeline around the building to be blasted

1.2 樓房結(jié)構(gòu)

樓房屬于鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地面以上18層，地面以下1層，地面以上建筑高73 m，主樓長(zhǎng)48.85 m，寬17.075 m，高73 m，裙樓寬4.4 m，高8.6 m，大樓總面積13 707.9 m2。大樓東西向4排鋼筋混凝土承重立柱自東向西分別編號(hào)為A、B、C、D軸，大樓外墻、電梯井及樓梯間均為剪力墻支撐。主樓中每層承重立柱尺寸分為3種：1 000 mm×1 000 mm、600 mm×600 mm和800 mm×800 mm，剪力墻厚度均為25 cm；墻柱鋼筋最大直徑為φ28 mm(見圖3)。

圖3 待爆大樓結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the building to be blasted

待爆大樓有2個(gè)電梯井，2個(gè)人行樓梯，分別在大樓的東半部的A、B軸之間。其中南側(cè)的電梯井只到10樓。大樓地下室層高4 m，1層層高4.5 m，2層層高3.6 m，3～8層層高4.0 m，9～14層層高3.6 m，15層層高6 m，16層層高5.7 m，17層層高3 m，18層層高5.8 m(見圖3b)。

樓內(nèi)10層以上的剪力墻主要分布在樓的東半部，西半部10～15層的C、D軸間為漏空(見圖3)；西側(cè)中部9～15層外墻為大面積玻璃幕墻，幕墻支撐為鋼結(jié)構(gòu)。

2 施工難點(diǎn)分析

1)倒塌場(chǎng)地受限。待爆大樓高73 m，其四周只有向東56 m的空?qǐng)龅?，其他方向均無倒塌場(chǎng)地。

2)環(huán)境十分復(fù)雜。待爆大樓東側(cè)的基坑支護(hù)及懸臂剪力墻不能承受較大的側(cè)向和正向沖擊荷載；西側(cè)的芙蓉中路車流量大；南側(cè)富興大廈有大面積玻璃幕墻以及地下停車場(chǎng)的出入口和地下通道幕墻頂棚；北側(cè)好來登酒店，除入住客人外，還有一月嫂會(huì)所，必須嚴(yán)格控制爆破飛石和爆破振動(dòng)。

3)管線特別豐富。在待爆大樓的西側(cè)有電力、燃?xì)?、自來水、通信、軍用光纜等10條管線通過，距離大樓最近的管線僅有1.5 m，其中電力電纜為芙蓉中路沿線主要供電線路，因此待爆大樓的后坐不得損壞任何管線。

4)結(jié)構(gòu)比較異樣。樓內(nèi)10～15層西半部樓板漏空，剪力墻集中于東半部，所以整個(gè)大樓“偏重”東側(cè)，且剪力墻的厚度較厚，東側(cè)相當(dāng)堅(jiān)固。

5)預(yù)處理工作量大。樓房向東單向折疊倒塌的剪力墻、電梯井均分布在東側(cè)的切口內(nèi)，必須提前預(yù)處理，且上部切口機(jī)械無法展開，只能人工處理，其預(yù)處理工作量較大。

6)高空防護(hù)較難。上部切口開設(shè)在10～12層，且周邊有大面積玻璃幕墻，切口部位的遮擋防護(hù)工作量及防護(hù)難度都比較大，還要做好防風(fēng)、防雨的措施。

7)警戒清場(chǎng)任務(wù)重。由于待爆大樓周邊有密集的商鋪、酒店、寫字樓和居民小區(qū)，并有交通流量較大的城市干道，還有建筑工地施工現(xiàn)場(chǎng)，清場(chǎng)、警戒任務(wù)較重。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 單向折疊爆破技術(shù)

如采用底部單切口定向爆破的方式，73 m高的樓房按2/3倒塌長(zhǎng)度計(jì)算近50 m，而從樓邊到基坑邊緣只有56 m，樓內(nèi)剪力墻不會(huì)在倒塌過程中解體，整體壓向基坑邊緣會(huì)對(duì)基坑支護(hù)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊。為確?；影踩什捎秒p切口向東單向折疊的爆破技術(shù)，即在10～12層及底部1～3層分別開設(shè)切口(見圖4)。

圖4 單向折疊Fig.4 Unidirectional successive folding

3.2 預(yù)處理

1)電梯井、樓梯間。2個(gè)電梯井及2個(gè)樓梯間正好位于倒塌方向一側(cè)，如處理不利索，在倒塌過程中將會(huì)形成新的支撐“剪力筒”，出現(xiàn)樓房炸而不倒的現(xiàn)象。因此，必須對(duì)切口范圍內(nèi)的電梯井和樓梯踏步進(jìn)行徹底處理。為確保折疊倒塌的可靠性，對(duì)下部切口的電梯井處理至1～4層，上部切口的電梯井處理10～12層，人行樓梯每跑橫向打斷2個(gè)踏步(見圖5)。

圖5 預(yù)處理Fig.5 Pretreatment

2)剪力墻。剪力墻的存在，尤其是與倒塌方向一致的剪力墻，將阻礙切口的閉合，影響樓房爆破后的倒塌和解體，剪力墻的預(yù)處理如圖6所示。

圖6 剪力墻預(yù)處理Fig.6 Shear wall pretreatment

3)樓內(nèi)管線。樓內(nèi)有多道鑄鐵或鋼制的上下水管以及消防水管，必須切斷切口范圍內(nèi)的所有管線，否則它將影響樓房的倒塌。

4)外立面玻璃幕墻。外立面玻璃如不處理，在樓房倒塌過程中，會(huì)被“抖”在樓內(nèi)的“壓縮氣體”沖擊飛出，對(duì)周邊造成幕墻的損傷。因此必須在爆破前將“密閉”的玻璃幕墻敲碎，讓爆后樓內(nèi)的氣體自由釋放出來。

5)南側(cè)路燈桿和樹木。在倒塌方向的反方向(西側(cè))的11 m處有5棵樹和3個(gè)路燈桿，爆后樓房的后座會(huì)造成樹木和路燈桿的損壞，在爆前將其移走。

3.3 防護(hù)措施

1)爆破部位的多次覆蓋防護(hù)。在需要裝藥的立柱和預(yù)處理后余留下的剪力墻外側(cè)用5層高強(qiáng)度安全網(wǎng)、1層塑料骨骼網(wǎng)和1層地毯外包門板的組合覆蓋防護(hù)，組成“第1道防線”，防止個(gè)別飛石的溢散(見圖7)。

圖7 覆蓋防護(hù)Fig.7 Covered protection

2)切口外側(cè)的近體防護(hù)。在切口部位的外側(cè)外掛2層抗拉密目遮陽(yáng)網(wǎng)全切口近體覆蓋，在網(wǎng)的外側(cè)再用鐵絲拉緊，與樓房“捆為一體”，形成“第2道防線”。個(gè)別飛石即使突破“第1道防線”后，觸碰“第2道防線”后，被“柔性反彈”而“跌落”。

3)周邊排架的遮擋防護(hù)。在距待爆大樓的兩側(cè)10 m，倒塌方向53 m處搭設(shè)懸掛雙層安全網(wǎng)的雙排高位遮擋防護(hù)排架，組成“第3道防線”，防止突破“第2道防線”的個(gè)別飛石和著地飛濺對(duì)周邊幕墻的損壞(見圖8)。

圖8 待爆大樓防護(hù)Fig.8 Protection of the building to be blasted

4)對(duì)重要目標(biāo)的主動(dòng)防護(hù)。在距離待爆大樓南側(cè)33 m處，有富興廣場(chǎng)地下車庫(kù)的出入口，其上部有平面覆蓋著大面積玻璃幕墻，而上部切口位于36 m的高處，爆后個(gè)別飛石的拋射極易損壞此處的幕墻。因此，在此玻璃頂蓋的西、北及頂部采用全覆蓋離空懸掛安全網(wǎng)，主動(dòng)防護(hù)預(yù)防個(gè)別飛石的“直擊”(見圖9)。對(duì)東北角上的56 m處的配電柜，采用四周及頂部全覆蓋的腳手架與安全網(wǎng)，確保配電柜的安全(見圖10)。

圖9 地下車庫(kù)防護(hù)Fig.9 Underground garage protection

圖10 配電箱防護(hù)Fig.10 Distribution box protection

5)開挖減振溝。在倒塌方向與在建大樓基坑懸臂剪力墻之間開挖一條寬2 m，深度大于基坑底的減振溝，防止爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)對(duì)基坑的影響。

6)堆筑防沖堤。為防止待爆大樓倒塌著地時(shí)，頂部水箱、樓頂活動(dòng)頂蓋的“沖、滾”，在待爆大樓東側(cè)的52 m處堆筑了一道高2.5 m，底寬3.5 m，頂寬2 m的防沖堤，確?；觾?nèi)懸臂剪力墻不受損壞(見圖11)。

圖11 防沖堤Fig.11 Fending groin

7)設(shè)置減振“墻”。在倒塌方向一側(cè)距待爆大樓30 m處，設(shè)置1道由2道3層輪胎疊加并鐵絲相互固定的減振墻，以減小樓房著地時(shí)的塌落振動(dòng)(見圖12)。

圖12 輪胎減振墻Fig.12 Tire damping wall

8)在管線部位鋪設(shè)鋼板。在待爆大樓西側(cè)的10 道管線上鋪設(shè)厚2 cm的鋼板，以防止后坐沖擊管線，確保管線的安全(見圖13)。

圖13 待爆大樓管線防護(hù)Fig.13 Pipeline protection of the building to be blasted

為防止爆后二次事故的發(fā)生，爆前30 min關(guān)閉大樓西側(cè)的水、電、氣等易燃易爆的管線，并組織水、電、氣、通信、醫(yī)療、消防等多行業(yè)的應(yīng)急搶險(xiǎn)分隊(duì)，在距爆區(qū)不遠(yuǎn)的指定地點(diǎn)待命。一旦發(fā)生意外情況可立即前去搶險(xiǎn)，把可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。爆后15 min檢查確認(rèn)安全后再進(jìn)行通氣、通電、通水。

3.4 合理精確的技術(shù)設(shè)計(jì)

1)精確計(jì)算爆破參數(shù)。本次爆破的參數(shù)是根據(jù)樓房的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)條件結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)而確定的，具體參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)

2)爆前試炮調(diào)整參數(shù)。在正式裝藥前要選取不同類型的立柱、剪力墻進(jìn)行爆前試炮，摸清其砼強(qiáng)度、內(nèi)部配筋，判別裝藥是否合理，防護(hù)是否有效，試炮時(shí)應(yīng)按正常設(shè)計(jì)時(shí)1∶1的裝藥和防護(hù)進(jìn)行，爆后根據(jù)效果調(diào)整參數(shù)。

3)合理選擇延時(shí)時(shí)間。網(wǎng)路能否可靠起爆，是解決必須“響”的第一要素，而段間及切口間的時(shí)差是決定樓房倒的是否徹底，是否會(huì)產(chǎn)生前沖、后坐的關(guān)鍵。此次爆破，我們采用段間半秒，切口間1.5 s的延時(shí)時(shí)間。起爆延時(shí)時(shí)間如表2所示，起爆網(wǎng)路如圖14所示。

表2 起爆延時(shí)時(shí)間

圖14 起爆網(wǎng)路Fig.14 Detonation network

3.5 嚴(yán)密組織施工

裝藥前要根據(jù)設(shè)計(jì)將每柱、每墻、每孔的裝藥情況繪制成每層的裝藥圖，裝藥前對(duì)所有施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，進(jìn)行分藥、裝藥、填塞、網(wǎng)路連接的明確分工，并講清各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，便于施工人員明白地按圖施工。

按裝藥圖由上至下、由前至后、由右向左，每層、每段、每柱進(jìn)行分割裝藥，一柱二人領(lǐng)藥領(lǐng)雷管，簽字確認(rèn)，確保分裝藥準(zhǔn)確，填塞嚴(yán)密。

對(duì)每孔、每柱、每段、每層的藥量和雷管段別實(shí)行分藥組、裝填組、連接網(wǎng)絡(luò)組三級(jí)復(fù)核，確認(rèn)無誤后方可連接起爆網(wǎng)絡(luò)。

在待爆四周需要防護(hù)的重點(diǎn)目標(biāo)附近布置了24個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，并且專業(yè)檢測(cè)公司、監(jiān)理和爆破公司三方同時(shí)布置不同點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于周邊的“危房”等可能會(huì)引起爭(zhēng)議的建筑(設(shè)施)，爆前請(qǐng)專業(yè)的第三方鑒定和取證，避免爆后糾紛。

3.6 爆破安全計(jì)算

1)爆破振動(dòng)校核

(1)

式中：v為爆破允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q為單段最大起爆藥量，kg；R為保護(hù)對(duì)象至爆破點(diǎn)的距離，m；k、α分別為與爆區(qū)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；k′為修正系數(shù)，k′=0.25。

對(duì)最近的地下停車場(chǎng)入口(距待爆大樓33 m)，通過計(jì)算得出炸藥爆炸產(chǎn)生的爆破振動(dòng)速度為0.35 cm/s，根據(jù)爆破安全規(guī)程(GB 6722-2014)，爆破振動(dòng)速度不會(huì)對(duì)爆區(qū)建筑物及設(shè)施造成影響

2)觸地振動(dòng)校核

(2)

式中：vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，m；m為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；H為構(gòu)件的高度，m；σ、g、kt、β分別為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度、重力加速度、觸地振動(dòng)速度衰減系數(shù)、觸地振動(dòng)速度衰減指數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)取σ=10 MPa，g=9.8 m/s2，kt=3.37～4.09，β=1.66～1.80。

經(jīng)計(jì)算，在采取減振溝、緩沖墻等措施，衰減系數(shù)kt僅為原狀地面的1/4～1/3，因此計(jì)算的觸地振動(dòng)速度為1.81 cm/s，在允許范圍內(nèi)。

3)飛石距離校核

Rmax=KtqD

(3)

式中：Kt為與爆破方式、填塞長(zhǎng)度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，結(jié)構(gòu)物爆破一般取Kt=1.0～1.5；q為炸藥單耗,kg/m3；D為藥孔直徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，Rmax為101 m,此計(jì)算是在無任何防護(hù)措施下所達(dá)到的飛石距離，爆破時(shí)采取一系列的防護(hù)措施，完全可以將飛石控制在安全范圍內(nèi)。

4 結(jié)果與討論

4.1 爆破解體情況

2019年12月23日1時(shí)18分待爆大樓起爆，4.5 s完成，大樓定向折疊在預(yù)先設(shè)計(jì)的范圍，解體比較徹底。經(jīng)爆后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,密集坍塌長(zhǎng)度45 m，樓頂個(gè)別構(gòu)件拋至最遠(yuǎn)處50 m，密集坍塌寬度54.9 m，個(gè)別至59 m，爆堆最高12 m，后坐8 m，西側(cè)有3棵樹和2根路燈電線桿被擠倒(預(yù)先需拆的)。

圖15 爆破過程Fig.15 Blasting process

大樓按預(yù)定方向倒塌，說明了①折疊效果明顯，對(duì)東側(cè)基坑絲毫沒影響；②多向閉合復(fù)式網(wǎng)路設(shè)計(jì)可行，起爆可靠；③防沖堤堅(jiān)固，阻擋了樓頂水箱等構(gòu)件的沖出，反沖效果明顯；④雖然后坐明顯，但在預(yù)計(jì)之中。

4.2 爆后周邊情況

待爆大樓折疊著地后，產(chǎn)生的強(qiáng)有力的“氣浪”將東、北兩側(cè)防護(hù)架吹倒，南側(cè)臨近樓房觸地中心處排架上懸掛的防護(hù)網(wǎng)部分被吹落，但周邊幕墻和門窗無損壞。說明3道防護(hù)強(qiáng)有力地阻擋了個(gè)別飛石的產(chǎn)生；盡管“氣浪”沖倒了排架，但排架上懸掛的安全網(wǎng)有效阻擋了個(gè)別飛石和“氣浪”中夾帶的保溫材料及二次飛濺，減少了對(duì)周邊環(huán)境的損壞和污染，防護(hù)效果明顯。

4.3 單向折疊效果結(jié)果

從現(xiàn)場(chǎng)和視頻中可以看到，起爆后，折疊“點(diǎn)頭”的效果非常明顯，大大縮短了倒塌距離，有效防止了前沖。但是現(xiàn)場(chǎng)折疊效果表明上下切口的時(shí)差略長(zhǎng)了一點(diǎn)，在上部結(jié)構(gòu)形成了明顯的“點(diǎn)頭”下落的趨勢(shì)后，下部切口才起爆。這樣下部切口起爆后形成的向東推力已“推不動(dòng)”上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)著地時(shí)，反而阻礙了下部結(jié)構(gòu)“向前運(yùn)動(dòng)”，因此只能向后“擠”，導(dǎo)致后坐加大。

上下切口的延時(shí)時(shí)間在1 s左右，但這要看切口范圍內(nèi)剪力墻、電梯井等影響切口閉合的“障礙”處理得是否徹底。如處理徹底，則切口閉合速度加快，上下切口的延時(shí)時(shí)間就要短些；如處理不是太徹底，上下切口的閉合速度就會(huì)慢些，延時(shí)時(shí)間就要略長(zhǎng)一些。

4.4 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

從爆后各點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果看，只有2個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有些異常，經(jīng)調(diào)查和分析，其中一個(gè)是設(shè)置在倒塌方向上防護(hù)堤外側(cè)的點(diǎn)，可能測(cè)點(diǎn)位置土質(zhì)較軟，被倒塌的排架砸到而出現(xiàn)異常；另一個(gè)是設(shè)置南側(cè)輔道管線上的點(diǎn)，可能是瀝青路面間隙較大而導(dǎo)致。其它各點(diǎn)測(cè)得的振動(dòng)數(shù)據(jù)都在2.5 cm/s以下，確保了周邊建筑物的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

1)在城市中心地帶場(chǎng)地受限的情況下，采用折疊爆破的方法可縮短倒塌長(zhǎng)度，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，方法可行。

2)3道防線防護(hù)可有效阻擋和防護(hù)個(gè)別飛石、著地飛濺以及壓縮氣體夾帶“產(chǎn)物”對(duì)周邊幕墻、門窗等建(構(gòu))筑物及設(shè)施的損壞，防護(hù)方法有效。

3)折疊爆破時(shí)，上下切口間的延時(shí)時(shí)間在1～1.5 s間較為適宜，內(nèi)部剪力墻處理干凈，則取最小值，留有部分剪力墻時(shí)，取最大值。

4)開挖減振溝，設(shè)置減振緩沖輪胎墻，堆筑防沖堤是減小爆破振動(dòng)、保護(hù)周邊建筑物和設(shè)置安全的必要措施。

5)爆前對(duì)周邊“危房”及重要保護(hù)目標(biāo)的取證以及爆中測(cè)振是避免爆后糾紛的必要措施。