等長寬比全剪力墻結(jié)構(gòu)高層樓房定向爆破拆除

陳鵬，鄭文富，楊志紅，張文龍，鄭文輝

（1 廣東中人爆破工程有限公司，廣東廣州 510640；2 湛江市礦大爆破有限公司，廣東湛江 524000）

1 工程概況

1.1 環(huán)境概況

昆明市某待拆樓房地塊內(nèi)有11棟全剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑需進(jìn)行爆破拆除，其中，A4-1、A4-2樓為長寬比近似相等的平面尺寸結(jié)構(gòu)。場地內(nèi)A4-1、A4-2樓的西南側(cè)39.3 m處為新售樓部，需進(jìn)行保護(hù)控制，其北側(cè)51.6 m處為待拆樓房A4-10，41.3 m處為待拆樓房A4-11，西側(cè)45.9 m處為待拆樓房A4-3，東側(cè)為空地。具體周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 樓房周邊環(huán)境

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

A4-1樓、A4-2樓為22層全剪力墻結(jié)構(gòu)樓房，長27.39 m，寬25.54 m，高77.6 m，層高均為3.5 m，樓房內(nèi)無磚砌體，未進(jìn)行裝修。樓房整體混凝土強(qiáng)度等級(jí)高，完整性好，其樓層標(biāo)高對(duì)應(yīng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)如表1所示。

表1 樓層標(biāo)高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)

樓房內(nèi)剪力墻主要為20墻、25墻及30墻，其約束邊緣轉(zhuǎn)角墻及約束邊緣暗柱鋼筋配比高，箍筋密集，樓層轉(zhuǎn)角墻及邊緣暗柱分布如圖2所示，典型尺寸剪力墻鋼筋配筋如圖3所示。

圖2 樓層轉(zhuǎn)角墻及邊緣暗柱分布

圖3 典型尺寸剪力墻鋼筋配筋

1.3 難點(diǎn)分析

1）周邊環(huán)境復(fù)雜，距新售樓部較近，需嚴(yán)格控制爆破危害效應(yīng)造成的影響。

2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，定向倒塌難度較高。

3）鉆孔施工難度大，轉(zhuǎn)角處及邊緣暗柱鋼筋及箍筋密集，需加大單耗，才能使轉(zhuǎn)角墻及邊緣暗柱內(nèi)混凝土脫籠。同時(shí)，因剪力墻體為薄壁長條狀結(jié)構(gòu)，在其短邊處鉆孔容易出現(xiàn)鉆孔偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)孔底自由面過小或過大的情況，造成偏炸的現(xiàn)象。

2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)周邊環(huán)境特點(diǎn)，考慮到待拆樓房南向處有新售樓部需要保護(hù)，選擇樓房平面結(jié)構(gòu)中心線北向作為定向倒塌方向，通過開設(shè)單切口方式，對(duì)切口范圍內(nèi)預(yù)處理后剩余的剪力墻進(jìn)行鉆爆，以實(shí)現(xiàn)定向倒塌的目的[1]。

2.1 爆破切口

由于待拆樓房平面尺寸為長寬比近似的結(jié)構(gòu)，因此，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，需要增大爆破切口高度，取切口高度h為14 m，切口高度為4層，定向倒塌切口閉合角為45°，倒塌距離估算為52 m左右。爆破切口示意圖如圖4所示。

圖4 爆破切口

為簡化爆破作業(yè)，更直觀地進(jìn)行鉆眼、裝藥及網(wǎng)路的連接，將樓層內(nèi)平面區(qū)域剪力墻進(jìn)行劃分，分為①②③④四個(gè)塊域，爆破切口塊域分段如圖5所示。

圖5 爆破切口塊域分段

2.2 預(yù)處理

拆除爆破預(yù)處理是在爆破實(shí)施前，通過機(jī)械或人工對(duì)待拆建筑物進(jìn)行一些必要的處理，以降低鉆孔工作量，提高爆破施工效率，減少火工品的消耗，節(jié)約成本，還可以提高定向爆破拆除的準(zhǔn)確性與安全性。

本次爆破預(yù)處理范圍為4層，通過長臂炮機(jī)從北側(cè)破碎開口進(jìn)入，拆除電梯井部分結(jié)構(gòu)和一側(cè)梯段，并對(duì)樓房外圍剪力墻非約束邊緣或轉(zhuǎn)角暗柱部分進(jìn)行破碎，化墻為柱，同時(shí)通過人工風(fēng)鎬將步行樓梯梯段打斷兩處，以形成三鉸鏈結(jié)構(gòu)，樓梯梯段處理范圍為1—5層。預(yù)處理后樓層平面結(jié)構(gòu)如圖6所示[2]。

圖6 預(yù)處理范圍及位置

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

采用YT28氣腿鑿巖機(jī)鉆鑿炮孔，炮孔直徑為42 mm，在底板標(biāo)高+50 cm處向上，在剪力墻長邊處進(jìn)行布孔。垂直于倒塌方向的剪力墻，上下各布置3排炮孔，平行于倒塌方向的剪力墻，布置6～7排炮孔，炸高為1.8～2.1 m；倒塌后排鉸鏈部分布置2排炮孔，裝填φ32乳化炸藥藥卷，采用φ32型錨固劑進(jìn)行堵孔。

單孔藥量根據(jù)體積原理，對(duì)單孔藥量按式（1）確定[3]：

式中：Q—單孔裝藥量/g；q—單耗kg/m3；a—孔距/m；b—排距/m；B—剪力墻厚度/m；

各類型尺寸剪力墻參數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表2 各類型尺寸剪力墻參數(shù)匯總

2.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

由于拆除爆破雷管用量巨大，當(dāng)選用數(shù)碼電子雷管時(shí)，一次激發(fā)起爆全部雷管難度非常高，因此，本次采用普通導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)采用單發(fā)半秒延時(shí)雷管，孔外通過雙發(fā)Ms1段雷管簇聯(lián)，連接成復(fù)試起爆網(wǎng)路[4]。

1）層間起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

A4-1樓層內(nèi)①②③④四個(gè)塊域孔內(nèi)分別采用Hs2、Hs3、Hs4、Hs5半秒延時(shí)雷管，A4-2樓層內(nèi)①②③④四個(gè)塊域孔內(nèi)分別采用Hs3、Hs4、Hs5、Hs6半秒延時(shí)雷管，孔外通過雙發(fā)Ms1段雷管簇聯(lián)，通過四通連接件將層內(nèi)、層與層之間雷管腳線連接成多通道復(fù)試起爆網(wǎng)路。層間網(wǎng)路連接如圖7所示。

圖7 層間網(wǎng)路連接

2）樓間起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

在樓棟四角布置4個(gè)引出點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)引出2根導(dǎo)爆管，通過四通連接器接入雙導(dǎo)爆管主網(wǎng)路，連接成雙導(dǎo)爆管雙保險(xiǎn)起爆網(wǎng)路，最后通過兩個(gè)起爆器進(jìn)行激發(fā)起爆。樓間網(wǎng)路連接形式如圖8所示[5]。

圖8 樓間網(wǎng)路連接

3 爆破安全校核

3.1 預(yù)處理穩(wěn)定性校核

根據(jù)樓房平面尺寸結(jié)構(gòu)，對(duì)預(yù)處理后剩余剪力墻尺寸截面進(jìn)行抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定性安全校核，校核結(jié)果如表3所示。

表3 預(yù)處理穩(wěn)定性安全校核表

根據(jù)上表復(fù)核結(jié)果及相關(guān)拆除經(jīng)驗(yàn)，本次全剪力墻抗壓強(qiáng)度安全校核值為6.05 MPa，遠(yuǎn)小于45 MPa，符合C45混凝土抗壓強(qiáng)度要求，預(yù)處理不會(huì)影響樓房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

3.2 爆破振動(dòng)安全校核

根據(jù)常用的爆破振動(dòng)安全校核公式——薩道夫斯基公式[6]校核得：

式中：Q——最大單段爆藥量（kg）；R——爆心距（m）；V——校核安全振動(dòng)速度（cm/s）；k，ɑ——與地震波傳播地段的介質(zhì)性質(zhì)及距離有關(guān)的系數(shù)；k′——修正系數(shù)；本次校核?。簁=160，ɑ=2.0，k′=0.2。

根據(jù)最大單段藥量Q=52.6 kg，校核距爆破點(diǎn)最近39.3 m處新售樓部的爆破振速為0.29 cm/s。校核符合《爆破安全規(guī)程》中關(guān)于一般民用建筑物安全允許值2.0 cm/s。

3.3 塌落振動(dòng)校核

本次爆破拆除塌落振動(dòng)采用中科院力學(xué)所總結(jié)的公式[7]進(jìn)行核算：

式中：Vt——塌落振速（cm/s）；M——最先撞擊地面且最大塌落物質(zhì)量（t）；g——重力加速度，取10.0；H——塌落構(gòu)件位置高度，取45.8 m；R——構(gòu)件塌落中心至觀測點(diǎn)的距離（m）；σ——地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，為鋼筋混凝土地下室頂板，取10 MPa；Kt、β——衰減系數(shù)及衰減指數(shù)，一般為Kt=3.37，β=1.66。

取切口以上部位質(zhì)量8572.5 t校核距爆破點(diǎn)最近105.49 m（重心觸地中心與保護(hù)體之間的距離）處新售樓部的爆破振動(dòng)振速：1.83 cm/s，校核結(jié)果符合安全振速標(biāo)準(zhǔn)。

4 爆破安全防護(hù)

4.1 減振措施

根據(jù)待拆樓房周邊環(huán)境特點(diǎn)，爆破前通過地下室頂板既有的后澆帶作為爆破振動(dòng)的隔斷措施，頂板邊界處無后澆帶的，利用炮機(jī)對(duì)地下室頂板進(jìn)行破碎隔斷出一個(gè)1 m寬的長條形隔斷減振帶。地下室頂板隔斷及后澆帶如圖9所示。

圖9 地下室頂板隔斷及后澆帶

4.2 飛石防護(hù)措施

采用直接防護(hù)與近體防護(hù)相結(jié)合的雙重飛石防護(hù)措施，首先通過直接防護(hù)措施，對(duì)爆破剪力墻柱使用20層密目安全網(wǎng)進(jìn)行包裹，并用12號(hào)鐵絲捆扎結(jié)實(shí)[8]。然后通過近體防護(hù)措施，在爆破切口外側(cè)三個(gè)面懸掛20層密目安全網(wǎng)，同時(shí)對(duì)倒塌方向背面墻體及窗戶、陽臺(tái)空間進(jìn)行20層密目網(wǎng)封堵，以降低各方向飛石距離。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過雙重防護(hù)措施后，個(gè)別飛石一般不會(huì)超過20 m，直接掛網(wǎng)防護(hù)及陽臺(tái)、窗臺(tái)封堵如圖10、圖11所示，爆破切口范圍外側(cè)防護(hù)如圖12所示。

圖10 樓房內(nèi)剪力墻掛網(wǎng)防護(hù)

圖11 倒塌方向背面陽臺(tái)、窗戶封堵

圖12 爆破切口外圍正面及側(cè)面安全防護(hù)圖

5 爆破效果

爆破實(shí)施時(shí)，切口形成瞬間，樓房出現(xiàn)輕微下座，并形成鉸鏈，向北定向逐棟倒塌。樓房解體破碎較好，解體部分侵入地下室頂板，豎向倒塌距離為45 m左右。對(duì)新售樓部進(jìn)行的爆破振動(dòng)峰值振速為1.62 cm/s，符合設(shè)計(jì)要求，爆破飛石及二次飛濺控制合理，距離最近的新售樓部未受到損壞，爆破前后效果如圖13、圖14所示。

圖13 爆破前現(xiàn)狀

圖14 爆破后現(xiàn)狀

6 幾點(diǎn)體會(huì)

1）縱觀當(dāng)前樓房爆破拆除現(xiàn)狀，通常其周邊環(huán)境都非常復(fù)雜，包括：場地的限制、既有民房、各類型設(shè)施管線等，這大大增加了爆破拆除技術(shù)難度。同時(shí)，為保障爆破的安全順利實(shí)施，爆破實(shí)施還應(yīng)分別得到各有關(guān)部門和各設(shè)施、管線產(chǎn)權(quán)單位的批復(fù)及許可，并制定相關(guān)應(yīng)急處置措施，同時(shí)成立爆破指揮部，并組織實(shí)施。這類大體量的拆除爆破實(shí)施，對(duì)于企業(yè)在施工組織與協(xié)調(diào)上，是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

2）對(duì)于等長寬比全剪力墻樓層爆破拆除設(shè)計(jì)，提高爆破切口高度，能有效保證切口閉合時(shí)重心偏出樓房平面尺寸輪廓線，使其順利定向倒塌。

3）剪力墻結(jié)構(gòu)主要為抗側(cè)向力的結(jié)構(gòu)，在豎向的承載上，較于框架結(jié)構(gòu)樓房，其支撐穩(wěn)定性是相對(duì)較低的，因此在倒塌方向上用于形成鉸鏈結(jié)構(gòu)的后排剪力墻，可以采取后排部分剪力墻不進(jìn)行爆破的方式或增加預(yù)留剪力墻范圍，用以克服爆破切口形成瞬間樓體的下坐。