小高寬比多跨承重立柱樓房定向爆破拆除*

林從謀，陳連進(jìn)，王志全

(1.福建省禎安爆破工程有限公司，漳州363100；2.華僑大學(xué) 巖土工程研究所，廈門372021；3.泉州市爆破行業(yè)協(xié)會，泉州362000)

近年來隨著城市的發(fā)展，需要進(jìn)行爆破拆除的高大樓房和建筑物數(shù)量逐步增加，與本世紀(jì)初期及以前爆破拆除的樓房相比，影響爆破效果的關(guān)鍵因素劇增，如樓房的長(高)寬比、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性質(zhì)等均已發(fā)生明顯變化，使得爆破拆除理念與技術(shù)需要不斷地更新發(fā)展[1-4]。本文在高寬比小的違建樓房爆破拆除中，依據(jù)精心設(shè)計(jì)、精心施工和精心管理的科學(xué)方法和理念，采用開挖減震溝、鋪設(shè)緩沖層等防振措施、主動與被動防護(hù)相結(jié)合防飛石措施，取得了良好的爆破效果。成果對今后類似樓房的爆破拆除具有借鑒意義。

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

待拆除樓房位于福州市長樂區(qū)金峰鎮(zhèn)，為一座違章建筑。樓房正面(東側(cè))緊挨著一條水渠(距離約為1.5 m)、高壓線1和高壓線2(最近距離分別約為15.68 m和44 m)和西環(huán)路(距離約為17.44 m)，穿過西環(huán)路后與幾家工廠廠房及辦公樓的最近距離：福建省長樂市合興針紡廠圍墻和廠房(51.79 m和76.94 m)、旭升樓(84.96 m)。西北側(cè)距離約95 m有一土地廟(需重點(diǎn)保護(hù))。南側(cè)距離約186 m為卡德龍化纖公司。爆破環(huán)境復(fù)雜，但西側(cè)為空地和山體(山體距離樓房約為150 m)。詳見圖1。

圖 1 爆破環(huán)境(單位：m)Fig.1 Blasting environment(unit:m)

1.2 樓房結(jié)構(gòu)

待拆除違章建筑樓房為鋼筋混凝土框架整體結(jié)構(gòu)。占地面積約為：主體2297.12 m2、樓外側(cè)一樓梯間73.8 m2，總占地面積約為2370.2 m2。樓層為7～9層(7層4跨，9層3跨)，高度約32～40 m(第1層高7.65 m，其余層高4.0 m)，建筑面積約為18 623 m2。目前，樓房的主體結(jié)構(gòu)施工已完成(詳見圖2和圖3)。

圖 2 樓房正面(東側(cè))Fig.2 Building facade(east)

圖 3 樓房立柱布置(單位：m)Fig.3 Plan of the building column arrangement(unit:m)

2 爆破方案

2.1 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

(1)不允許有發(fā)生后座現(xiàn)象：周邊建筑較多且距離較近，尤其是樓房正面(東側(cè))緊挨著一條水渠(距離約為1.5 m，不允許有發(fā)生后座現(xiàn)象)、高壓線(距離約為18 m)和西環(huán)路(距離約為22 m)。

(2)振動與飛石需嚴(yán)格控制：土地廟(需重點(diǎn)保護(hù))及廠房是主要控制保護(hù)的對象，需采用整體定向傾覆、優(yōu)化爆破參數(shù)、控制藥量、多重覆蓋防護(hù)飛石、開挖減震溝減震和對水渠強(qiáng)覆蓋等措施，確保周邊環(huán)境安全。

(3)樓房立柱截面大、長度方向不對稱且高寬比接近1：樓層為7～9層(7層4跨，9層3跨)、高寬比1.08～1.35。

(4)由于事先未能獲得結(jié)構(gòu)的配筋，故需要對爆破的部分構(gòu)件要先行試爆，測算選定炸藥單耗，做到對承重立柱藥量“破碎、脫籠”，對“切梁斷柱”藥量既能破碎但又不能產(chǎn)生飛石。

2.2 總體爆破方案

本次爆破拆除的總體思路是對違章建筑樓房爆破拆除擬采用向西整體定向倒塌方案。選擇三角形切口，切口主要布設(shè)在1～3層，由西向東順序延時爆破。為了爆破拆除后樓房能充分解體，在樓房的第5層和第7層(僅在樓房南端9層高一側(cè))設(shè)置“切梁斷柱”炮孔。為了避免發(fā)生后座，需加快建筑物向倒塌方向的傾斜速度，同時還必須使保留的支撐部分形成“鉸鏈”而不會產(chǎn)生折斷，造成向預(yù)設(shè)傾倒方向的反向“滑塌”?？紤]違建樓房為新建建筑且承重立柱截面大，故選擇最后一排立柱作為承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全驗(yàn)算。

2.3 預(yù)拆除

本工程預(yù)拆除內(nèi)容為：違建樓房的樓梯間的樓梯及構(gòu)造柱。

預(yù)拆除程度為：(1)樓梯踏步全部拆除。(2)構(gòu)造柱預(yù)拆除高度與同排或?qū)?yīng)立柱的炸高。

3 爆破參數(shù)選擇

3.1 爆破切口

切口主要布設(shè)在1～3層，每層均選擇三角形切口(傾角約為15°～30°)[5]，組合成一個復(fù)合式切口(圖4)。切口各層高度：第一層為H=2.4 m(底層高度7.65 m，底層距地表0.5 m開始布孔)。第二層和第三層均為H=2.0 m。

圖 4 爆破切口(單位：mm)Fig.4 Blasting notch(unit:mm)

3.2 爆破參數(shù)計(jì)算

違建建筑的主要支撐立柱規(guī)格尺寸有：立柱A700×700 mm；立柱B800×800 m：立柱C700×600 mm；立柱D200×280 mm；立柱E600×320 mm和立柱F600×700 mm。下面以立柱B(800×800 mm)為例設(shè)計(jì)計(jì)算爆破參數(shù)。

炮孔布置：從樓板以上0.5 m開始雙排布孔(見圖5)。

圖 5 立柱B炮孔布置圖Fig.5 Layout of blastholes on column B

最小抵抗線W：W=300 mm。

炮孔間距a和b：a=mW(m=1.2～1.5)，取m=1.5,則a=mW=1.5×300=450 mm，b=200 mm。

炮孔深度L：L=0.7B=0.7×800=560 mm。

單孔裝藥量q：通過試爆取單耗k=1.8 kg/m3，則單孔裝藥量q：q=kV。

式中：V為單孔藥量所承擔(dān)的爆破體積，對于立柱B，q=1.8×0.45×0.8×0.8÷2=0.26 kg。為減少爆破飛石，將第二層以上立柱上炮孔的單孔裝藥量減少15%，對東側(cè)立柱及“切梁斷柱”上炮孔的單孔裝藥量減少25%。

本次爆破共鉆孔1207個，炸藥216 kg。

3.3 微差延時和起爆網(wǎng)路

采用孔內(nèi)分段的方法，考慮到建筑物的充分倒塌時間的要求，采取長微差起爆。起爆順序?yàn)椋簭奈飨驏|逐排起爆，采用的雷管段別分別為：1#、5#、9#和13#。第5層和第7層采用15#雷管。將每個炮孔的導(dǎo)爆管用四通連接成多路多點(diǎn)激發(fā)的起爆網(wǎng)路。最后將雷管束(簇)用瞬發(fā)雷管引爆。

4 爆破安全驗(yàn)算及防護(hù)措施

4.1 爆破與塌落振動

爆破振動按照常用的振動速度計(jì)算公式[6]

V=KK′(Q1/3/R)α

式中：V為保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s；K、α、K′為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=150，α=2.0，K′=1；Q為毫秒延時爆破中最大一段藥量，kg；R為藥包布置中心至保護(hù)建筑物的距離，m。

塌落觸地沖擊振動計(jì)算公式[7-9]

V=Kt[(Mgh/σ)1/3/R]β

式中：V為樓房倒塌觸地考察點(diǎn)最大塌落振動速度，cm/s；M為觸地時的最大質(zhì)量，支撐立柱每米按1600 kg、樓板和梁每平方米按260 kg計(jì)，樓房總重約為2.6×106kg；g為重力加速度，9.8 m/s2；h為構(gòu)筑物下落重心高度，取h=20 m；R為塌落觸地沖擊地面至保護(hù)建筑物的距離，m；σ為塌落地面介質(zhì)承載極限強(qiáng)度，σ=5～10 MPa，這里取σ=10 MPa；Kt為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Kt=3.3～3.8，一般取3.37；β為衰減系數(shù)，β=1.3～1.8，一般取1.66。

計(jì)算結(jié)果詳見表1。

表 1 爆破振動和塌落振動匯總表Table 1 Blasting vibration and collapse vibration

計(jì)算結(jié)果表明：上述幾處建(構(gòu))筑物處基礎(chǔ)地面爆破振動速度值均小于依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)選取的安全允許值，即此次爆破拆除由炸藥爆炸產(chǎn)生的爆破振動能夠保證周邊建(構(gòu))筑物除水渠外的安全。對于廠房及辦公樓基礎(chǔ)地面觸地振動速度值均小于依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)選取的安全允許值，但土地廟、西環(huán)路、水渠等建(構(gòu))筑物處則超過允許的安全值。

為了確保周邊所有建(構(gòu))筑物的安全，做到萬無一失，必須采取減震技術(shù)措施。即必須在違建樓房倒塌方向設(shè)置緩沖層，使得違建樓房塌落實(shí)現(xiàn)軟著陸。同時對水渠用土進(jìn)行全部充填，在違建樓房與土地廟之間開挖減震溝。

4.2 爆破飛石防護(hù)措施

為防止意外飛石對周圍建(構(gòu))筑物造成損害，必須有針對性地對其進(jìn)行防飛石防護(hù)，確保爆破意外飛石控制在廠區(qū)范圍內(nèi)。

(1)所有炮孔的孔口位置盡量避開東側(cè)。

(2)所有炮孔均用黏土堵塞嚴(yán)密，爆破時加強(qiáng)警戒。

(3)所有爆破部位包括立柱、主梁等必須有切實(shí)可行的近體防護(hù)措施，近體防護(hù)分兩層：第一道至第三道為柔性防護(hù)層：在裝藥部位綁扎濕透的帆布(地毯或草袋，第一道)并滿掛竹簾片(第二道)，并利用不小于8目的鋼網(wǎng)(一起到防護(hù)作用，二起到固定作用，第三道)。同時，在違建建筑三個方向(除面向山體的西側(cè)之外)的外墻搭設(shè)毛竹排架掛雙層竹簾片和大型安全網(wǎng)，形成第四道和第五道防線。

5 爆破效果及分析

2018年12月27日下午15時58分起爆，待拆樓房按設(shè)計(jì)預(yù)定方向倒塌，歷時約8 s(詳見圖6和圖7)。整幢樓房充分解體，實(shí)測爆堆高度7.8 m，降低率：80.5%。傾倒方向(西側(cè))向前延伸16.7 m，兩側(cè)(南側(cè)和北側(cè))4.1m，無后座。爆破振動監(jiān)測結(jié)果表明：在東側(cè)布置4個測點(diǎn)，vmax<0.62 cm/s，未對周圍建(構(gòu))筑物造成任何損害，本次拆除達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖 6 爆破效果Fig. 6 Blasting effect

圖 7 爆破過程Fig. 7 Blasting process