爆破拆除設(shè)計中重要參數(shù)的計算分析

汪小艷

（重慶市爆破工程建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 400020）

1 工程概況

某擬拆除爆破工程位于重慶市渝北區(qū)統(tǒng)景鎮(zhèn)，待拆建筑地面以上部分共有18層。建筑結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)，墻厚200mm，板厚100mm，電梯井墻厚200mm,樓梯為現(xiàn)澆樓梯。所有樓層均已完成墻體填充工作，填充墻材料為多孔頁巖磚，墻厚200mm。

待拆建筑的周邊關(guān)系為：待拆建筑總體呈坐東向西的走向，西面正對河道，距河道最遠(yuǎn)13.0m，最近8.0m，低于待拆建筑（標(biāo)高±0m）7.0m的河岸埋有一處沿河岸布置的天然氣管線，河道寬40.0m左右，河對岸100.0m處建有民房；東面是一棟四層樓房，最小間距10.0m，待拆建筑與樓房之間存有施工圍墻，墻高2.5m，施工圍墻與樓房之間留有人行通道；南面為該項目已停工工地，施工圍墻外為統(tǒng)黃路，待拆建筑距統(tǒng)黃路24.0～63.0m，統(tǒng)黃路鄰施工圍墻側(cè)立有民用電線桿，桿上附有通信光纜，貫穿停工工地通向河對岸；北面為岸坡，岸坡東側(cè)建有一棟四層樓房，距待拆建筑最近處為5.0m（圖1）。

圖1 爆破區(qū)域總平面圖

2 工程重難點

（1）待拆建筑周圍環(huán)境復(fù)雜，特別是與居民樓的最近距離僅有5.0m。由于待拆建筑位于人口密集區(qū)，車流與人流量大，且周邊建筑環(huán)境非常復(fù)雜，因此必須嚴(yán)格控制爆破有害效應(yīng)[1]。

（2）拆除高度大。需拆除的建筑物18層樓高，約60.0m左右，為A級爆破。

（3）工程量較大。本次擬拆除的建筑約16000m2，在爆破前要對樓體非承重墻進(jìn)行預(yù)拆除工作；將樓體沿L軸切割分為A、B棟的作業(yè)量大 （具體分割部位見圖2）；承重墻（剪力墻）、柱的打眼工作量同樣較為龐大。

圖2 樓房主體切割平面圖

（4）待拆建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該樓為18層核心筒框剪薄壁結(jié)構(gòu)，整體構(gòu)成要素較多。

3 總體拆除方案

3.1 爆破總體方案設(shè)計

為最大程度減小爆破施工造成的不利影響，特別是出于對待拆建筑東、北側(cè)最近距離僅5.0m民房的保護考慮，要求爆破倒塌方向為南側(cè)的御臨河方向，且應(yīng)解體充分，防止后坐損壞被保護建筑[2]。因此在進(jìn)行爆破設(shè)計時，先將樓體確定為沿L軸人工預(yù)先切割成獨立的A、B兩個部分，如圖3所示；再分別設(shè)計兩部分爆破缺口，爆破時先起爆距離被保護建筑較遠(yuǎn)的B棟部分，讓出倒塌空間后再起爆A棟部分。

圖3 框架結(jié)構(gòu)爆破傾倒缺口高度計算示意圖

3.2 爆破預(yù)處理

在確保待拆除建筑物穩(wěn)定的前提下，為達(dá)到預(yù)期的爆破效果，減少鉆孔工作量，保證待爆建筑按照設(shè)計方向倒塌，必須在爆破前對建筑物進(jìn)行預(yù)處理：

（1）將整棟樓沿樓梯L軸預(yù)切割成A、B兩棟獨立建筑；

（2）非承重墻預(yù)處理。第1—8層非承重墻用人工配合小型機械預(yù)拆除；

（3）樓梯預(yù)處理。第1—8層樓梯預(yù)先拆分成多個小段，破壞其剛性，便于爆破時解體充分；

（4）樓板預(yù)處理。采用風(fēng)鎬或人工作業(yè)在樓板上鑿出多條垂直于倒塌方向的小槽，保證樓體解體充分。

3.3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.3.1 炸高的確定

在樓體倒塌過程中，當(dāng)爆破缺口上部與地面完全閉合時樓體重心正好在經(jīng)過觸點B＇的垂直線上。由幾何關(guān)系得，若要樓體失穩(wěn)倒塌，就要求a≥a1，根據(jù)三角形相似原理可得：

代換得：

解得缺口最小高度：

式中：H為樓體重心高度；L為樓體寬度。

待拆建筑的樓高為54m，其重心高度H=27m。

①L軸到S軸的距離L=12.1m

故A部分的爆高N定為5m。

②B軸到J軸的距離L=17.4m

故B部分的爆高N定為12m。

3.3.2 爆破缺口底邊長的計算

待拆建筑墻體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其比重約為2551kg/m3，墻體長度1m、厚度0.2m、高度3m的任一墻體積為1m×3m×0.2m=0.6m3，故計算得出1m墻的質(zhì)量為M=2551×0.6=1531kg。

沿L軸切割墻體，A棟樓體墻的總長度約為85m，樓板的面積為286m2；B棟樓體墻的總長度為228m，樓板面積為592m2（圖4）。

圖4 截面柱面積示意圖

A棟樓體總重MA=（85×1531+286×0.1×2551）×18=3656t；

B棟樓體總重MB=（228×1531+592×0.1×2551）×18=9002t；

A棟樓體柱的截面積總和為8.63 m2，所受軸壓為4152kPa；

B棟樓體柱的截面積總和為17.93 m2，所受軸壓為4920kPa。

待拆建筑支撐體結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土均為C25，所能承受的軸壓為25MPa。當(dāng)爆破切口過大，保留的支撐體柱面積過小時，混凝土達(dá)到極限強度后會被壓碎，導(dǎo)致樓體下坐或后坐。為避免發(fā)生此情況，需計算被保留支座總截面積，結(jié)果如下：

A棟SA=（3656×9.8）/（25×103）=1.39 m2；

B棟SB=（9002×9.8）/（25×103）=3.53 m2。

分析樓體的結(jié)構(gòu)平面圖并計算可得，A棟樓體設(shè)計支座截面積總計為2.69 m2，大于SA=1.39 m2，滿足支座承載力要求，據(jù)此A棟樓體爆破梯形缺口底部長度為10.0m；B棟樓體設(shè)計支座截面積總計為5.03 m2，大于SB=3.53 m2，滿足支座承載力要求，據(jù)此B棟樓體爆破梯形缺口底部長度為14.3m。

3.3.3 其他爆破參數(shù)

（1）鋼混立柱炮孔布置和爆破參數(shù)設(shè)計：20cm×20cm、20cm×25cm、20cm×30cm鋼混立柱布—排 孔 ，22cm×40cm、24cm×40cm、20cm×40cm、20cm×45cm鋼混立柱布兩 排 孔 ，20cm×50cm、20cm×55cm鋼混立柱布三 排 孔 ，20cm×60cm、20cm×65cm鋼混立柱布四 排 孔 ，20cm×70cm、20cm×80cm鋼混立柱布五排孔（圖5）。

圖5 立柱炮孔布置圖（炸高2m）

（2）剪力墻炮孔布置和爆破參數(shù)設(shè)計：厚度=0.20 m的剪力墻采用梅花形布孔方式，底排距地坪0.30m，孔距a=0.25m，排距b=0.20m，炮孔直徑d=ф40mm，孔深L=0.15m（圖6）。

圖6 厚20cm墻炮孔布置圖(炸高2m）

（3） 梁炮孔布置： 梁采用20cm×40cm、20cm×45cm、20cm×50cm、20cm×55cm、20cm×60cm、20cm×65cm、20cm×70cm、20cm×80cm和15cm×30cm、15cm×40cm等幾種斷面類型。

3.3.4 爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

沿建筑物倒塌方向，爆區(qū)由西向東分布。B棟先爆破，選用非電雷管段別為HS1、HS2、HS3；3秒鐘后，A棟爆破，選用非電雷管段別為HS10、HS11和HS12（圖7）。

圖7 爆破切口及雷管分布示意圖

4 爆破安全校核

拆除爆破施工過程中，藥包數(shù)量多、分散，設(shè)置在建筑物的柱、墻及梁上，爆破產(chǎn)生的震動先通過建筑物傳向大地再由地面?zhèn)髦料噜徑ㄖ?，與集中裝藥近地表爆破引起的震動相比，其強度微乎其微。但高樓倒塌時對地沖擊引起的震動遠(yuǎn)大于爆破本身產(chǎn)生的震動，因此該工程主要考慮落地沖擊產(chǎn)生的震動值。

爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿設(shè)計傾倒方向倒塌，根據(jù)中國科學(xué)院力學(xué)所修正后的公式計算倒塌觸地沖擊震動值[3]：

經(jīng)計算得，該建筑物倒塌時對地沖擊引發(fā)的振動速度值為1.92cm/s，小于中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）[4]規(guī)定的一般磚房、大型非抗震砌塊建筑物質(zhì)點的安全振動速度最小允許值2.0cm/s（主振頻率＜10Hz時），不會對被保護樓體造成損壞。

5 結(jié)語

在進(jìn)行高樓爆破設(shè)計時精確設(shè)計爆破切口是保證爆破拆除成功的關(guān)鍵，在設(shè)計爆破切口參數(shù)值時，對炸高、爆破切口長度、支撐部分承載力的計算以及起爆網(wǎng)絡(luò)等要素的設(shè)計直接決定爆破拆除的成敗，因此在房屋的爆破方案設(shè)計中，這幾項參數(shù)的計算尤為重要。本文以重慶市某工程的爆破拆除為例，探討了復(fù)雜環(huán)境下爆破方案的設(shè)計重點，詳細(xì)計算并分析了爆破中的重要參數(shù)，可為同類工程的設(shè)計提供相關(guān)參考。