73 m高三角形框架剪力墻水塔定向拆除爆破

姬震西，夏春鵬，李 濤

(漢通控股集團(tuán)有限公司，廣州 510000)

待拆除水塔呈穩(wěn)定三角形鋼混結(jié)構(gòu)，所處環(huán)境位于鬧市中央，周邊環(huán)境復(fù)雜，單純采用定向傾倒爆破方案很可能傾倒不充分，解體不完全，爆破危害后果難以控制。同時(shí)，水塔周邊地塊基坑已開(kāi)挖，水文及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑邊坡穩(wěn)定性較差，恰逢南方雨季即將來(lái)臨，水塔樓面臨隨時(shí)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。為盡快完成水塔樓拆除，即時(shí)消除安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，采用預(yù)處理技術(shù)將水塔結(jié)構(gòu)先行簡(jiǎn)化成框架架構(gòu)，再通過(guò)控制爆破技術(shù)將三角形水塔進(jìn)行定向拆除。

1 工程概況

1.1 周?chē)h(huán)境

佛山市原彩管廠區(qū)內(nèi)水塔樓位于佛山市禪城區(qū)季華路24號(hào)大院內(nèi)，東側(cè)10 m為綠地璀璨天城售樓部(已拆除)，90 m處為本項(xiàng)目臨時(shí)工棚；南側(cè)距A3、A4地塊建筑及基坑100～110 m；西側(cè)距離佛山市彩管廠宿舍小區(qū)106 m，北側(cè)距季華六路南側(cè)人行道50 m，周?chē)h(huán)境如圖1所示。

圖1 水塔周?chē)h(huán)境

1.2 結(jié)構(gòu)特征

待爆破拆除水塔樓為三角形框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，邊長(zhǎng)約為13.6 m，樓高73 m，首層層高為4.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3 m，每邊有4根墻柱(800 mm×400 mm)，樓體從上至下在三個(gè)頂角處均有方形剪力墻結(jié)構(gòu)與之相交(見(jiàn)圖2)。

圖2 主體結(jié)構(gòu)

2 爆破方案

2.1 切口設(shè)計(jì)

考慮到場(chǎng)地情況及建筑物的特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用定向控制爆破方法，倒塌方向?yàn)榻ㄖ锏臇|南方。切口位置布置在1～2層。

1)切口范圍。將爆破切口范圍內(nèi)建筑主體結(jié)構(gòu)中的所有非承重墻體全部拆除，只保留墻柱，將水塔樓的建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成框架結(jié)構(gòu)。1～2層垂直于倒塌方向可分為A～E的5條軸線(見(jiàn)圖3)。

圖3 爆破部位平面

2)切口預(yù)處理。①對(duì)A～D軸所有非承重墻體全部拆除，只保留立柱。②并對(duì)E軸進(jìn)行一定程度的弱化，確保建筑物順利倒塌，同時(shí)在切口形成前具有一定承載能力。③將1、2層電梯井全部拆除。

將水塔簡(jiǎn)化為框架結(jié)構(gòu)，對(duì)切口范圍內(nèi)所有立柱進(jìn)行爆破，達(dá)到將水塔安全放倒的目的。

3)切口高度。切口高度是建筑物失穩(wěn)倒塌的先決條件，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的關(guān)鍵是承重立柱的失穩(wěn)。立柱的炸高按公式H=K(B+Hmin)計(jì)算。其中：K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1.5～2，取1.5；B為立柱截面的長(zhǎng)邊，取0.8 m；Hmin為立柱最小破壞高度，Hmin=(30～50)d，d為鋼筋的直徑，得Hmin=1.12 m。

代入算得：H=3.18 m，取3.5 m。

取炸高為：1層炸高取4.0m；2層炸高取2.0 m。

表1 爆破參數(shù)

圖4 炮孔布置

2.2 起爆網(wǎng)路

將炮孔的導(dǎo)爆管每10～20根集束為1把，然后每把用2發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管簇連作過(guò)橋；再將過(guò)橋雷管尾部導(dǎo)爆管接入網(wǎng)路；最后將整個(gè)網(wǎng)路由擊發(fā)針擊發(fā)起爆，用起爆器1次點(diǎn)火起爆。具體起爆網(wǎng)路如圖5所示，延時(shí)分段如表2所示，爆破材料參數(shù)如表3所示。

圖5 爆破網(wǎng)路

表2 延時(shí)分段

表3 爆破材料參數(shù)

2.3 危害效應(yīng)控制

由于水塔所處環(huán)境復(fù)雜，為避免對(duì)周?chē)ㄖ?、居民造成有害影響，必須?yán)格控制拆除爆破過(guò)程中的飛石、振動(dòng)和沖擊波等危害效應(yīng)。本次拆除爆破主要危害效應(yīng)是爆破振動(dòng)和塌落觸地振動(dòng)。

2.3.1 爆破振動(dòng)校核

爆破振動(dòng)對(duì)周?chē)ㄖ锲茐挠绊懖捎盟_道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

(1)

式中：v為建筑物允許的地面振速；K′為地震波強(qiáng)度修正因子一般為0.3～0.5，取0.3；K、α為與地質(zhì)條件和地震波衰減有關(guān)的系數(shù)，分別取 200、1.5；R為爆源幾何中心到保護(hù)對(duì)象的距離，m；Q為一次起爆最大藥量，25.68 kg。

代入計(jì)算得：v= 0.36<2 cm/s。爆破振動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊建筑物造成影響。

2.3.2 塌落振動(dòng)校核

建筑物塌落倒地時(shí)對(duì)地面的沖擊也會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，目前建筑物塌落的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。

(2)

式中：vt為振動(dòng)速度，cm/s；Kt、β為衰減參數(shù)，分別取3.37、-1.66；m為水塔質(zhì)量，3 800 t；H為建筑物重心高度，取35 m；σ為介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；R為沖擊地面中心到建筑物的最近距離，取75 m；g為重力加速度，一般取9.8 m/s2；

代入公式計(jì)算得vt= 1.76 cm/s。

距離水塔樓倒塌中心最近的建構(gòu)筑物為售樓部、A3、A4地塊建筑及基坑，一般基坑支撐梁的抗震標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到5 cm/s。塌落觸地振動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊建筑物造成影響。

2.4 安全防護(hù)

1)飛石防護(hù)。對(duì)于爆破飛石擬采用直接防護(hù)和近體防護(hù)措施綜合進(jìn)行控制。直接防護(hù)措施：在爆破部位用竹排、2～3層鐵絲網(wǎng)等進(jìn)行直接包扎(見(jiàn)圖6)；近體防護(hù)措施：在爆破部位建筑物外側(cè)包裹多層密目式安全網(wǎng)(見(jiàn)圖7)。

圖6 直接防護(hù)效果

圖7 近體防護(hù)效果

2)減小觸地振動(dòng)措施。通過(guò)毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路控制倒塌和觸地時(shí)間，使之分段觸地，以減少觸地振動(dòng)，分段時(shí)間如表2所示。

3 爆破效果及體會(huì)

3.1 爆破效果

起爆后，立柱按延時(shí)順序起爆，大約2 s左右樓體開(kāi)始傾倒下坐，然后按照設(shè)計(jì)倒塌方向倒塌，總時(shí)長(zhǎng)約11 s。個(gè)別爆破飛石飛濺25 m；樓體頭部著地部位北側(cè)無(wú)飛濺，南側(cè)正南方及東南方有部分淤泥飛濺(30 m)，沒(méi)有造成破壞。觸地振動(dòng)速度0.85 cm/s，符合振動(dòng)控制范圍。

樓體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)固，倒塌后未發(fā)生解體。倒塌樓體總長(zhǎng)度約65 m(見(jiàn)圖8)。

圖8 爆破效果

3.2 體會(huì)

1)本次拆除對(duì)象結(jié)構(gòu)特殊，設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，各危害因素考慮全面，為今后此類(lèi)結(jié)構(gòu)的建(構(gòu))筑物拆除提供了參考。

2)通過(guò)預(yù)處理將水塔整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為框架結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)與施工。

3)整個(gè)水塔拆除施工過(guò)程僅用1.5 d，未對(duì)人員、被保護(hù)建筑物造成任何損傷。相比人工拆除方案，大幅縮短了施工時(shí)間、最大限度的保證了施工安全和經(jīng)濟(jì)效益。

4)在高聳建筑物拆除爆破時(shí)，對(duì)建筑物觸地范圍內(nèi)石塊、淤泥需清理干凈，避免產(chǎn)生過(guò)遠(yuǎn)飛石。

5)通過(guò)在預(yù)定倒塌位置開(kāi)挖緩沖工事，鋪設(shè)緩沖材料，塌落振動(dòng)控制在安全范圍之內(nèi)。