高層框剪樓房控制爆破拆除

朱金華,孫向陽,梁錢福

(國防科學技術大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410072)

高層框剪樓房控制爆破拆除

朱金華,孫向陽,梁錢福

(國防科學技術大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410072)

介紹了兩棟分別為 10層和 13層框剪樓房一次爆破拆除的成功實例。針對兩棟樓房的結構和倒塌空間,設計合理的爆破參數、爆破切口和起爆網絡,并采取必要的減震措施來控制塌落震動和飛石,取得了良好的爆破效果。

框剪樓房;爆破拆除;爆破方案;安全措施

1 工程概況

1.1 工程環境

爆破拆除的實驗樓和博學樓位于長沙理工大學侯家塘校區內,博學樓位于校區中部,東西兩側為待拆除的建筑物,北側 40 m處為該校住宅樓,南側距實驗樓 70 m,中間為空地,適合向南側定向倒塌。

實驗樓位于校區的南端,其南側與圍墻相距 6 m,圍墻外為街道,街道南側為居民住宅區,實驗樓與最近的住宅相距 18 m,實驗樓東西兩側為待拆除建筑物,北側為空地,適合向該方向定向倒塌。

1.2 結構情況

實驗樓高 13層為框剪結構,該樓主要起承重和穩定作用的構件是立柱、梁、剪力墻、樓板等。承重立柱有 4排,每排 7～9根,立柱共計 31根,立柱斷面尺寸為 80 cm×50 cm,樓體東側為樓梯間,有兩個電梯井,四面墻體均為鋼筋混凝土剪力墻結構,壁厚 24 cm,如圖1所示。

圖1 實驗樓平面結構

博學樓高 10層,為鋼筋混凝土框架結構,起承重和穩定作用的構件是立柱、梁、樓板等,承重立柱有 4排,每排 9根,立柱共計 36根,立柱斷面尺寸為55 cm ×45 cm,如圖2所示。

2 爆破方案設計

2.1 爆破總體方案

根據 2棟待拆樓房周邊環境條件,實驗樓只有向北一個方向倒塌的條件,教學樓有多個方向倒塌條件;但為了便于倒塌后的二次解體施工,最為有利的倒塌方向為向南側。故 2棟均向中間的空地倒塌,2樓中間的空地有 80 m寬,可以滿足 2棟樓房定向倒塌所需要的場地。按樓房的結構尺寸、周圍環境和爆破安全要求,設計、施工時應重點把握以下幾點:

(1)2棟樓采用一次點火,教學樓向南定向倒塌,實驗樓向北定向倒塌,2樓起爆時間相差 300 ms;

(2)為減小樓體的落地沖擊振動,將樓房分解成若干個爆破段,依次塌落;

(3)采用微差爆破技術,減少一次齊爆最大藥量,減小爆破振動并能使樓房構件充分解體;

圖2 博學樓平面結構

(4)對爆破嚴密防護,將爆破產生的飛石控制在安全距離內。

2.2 爆破參數與爆破切口設計

經優化的爆破參數如表1所示,爆破切口設計見圖3。

圖3 爆破切口示意

2.3 預處理

(1)磚墻預處理。用機械和人工將爆破切口范圍內的非承重墻全部拆除。

(2)剪力墻預處理。樓梯間和電梯井系現澆的鋼筋混凝土墻 (24 cm)結構,爆破前采用人工和機械結合的方法在爆破切口內的剪力墻上開設與立柱炸高相同高度的孔洞,保留原有墻體的 30%～40%。

(3)樓梯預處理。用風鎬將 1～4層的樓梯從縱向中間切成 2段。

表1 爆破參數

3 起爆網絡設計

采用一次點火,分區逐段微差起爆,在縱向和層間分別劃分起爆區段。實驗樓同層縱向劃分為 4個區段,層間劃分 2個區段 (1層和 2層為一區段,3層和 4層為一個區段),共劃分 8個起爆區段;博學樓同層縱向劃分為 3個區段,層間劃分 2個區段 (1層為一個區段,2層和 3層為一個區段),共劃分 6個起爆區段,均由西向東依次間隔起爆。

根據待爆樓房的結構及設計倒塌方向和起爆區段的劃分,同層縱向起爆時差為 500 ms,層間起爆時差為 50 ms,同層同區段內的立柱同時起爆。采取孔內延期和孔外延期相結合的延期起爆方式,孔內用半秒延期,最小延期時間為 500 ms;孔外用毫秒延期,延期時間為 50 ms。

4 爆破安全設計

4.1 爆破振動驗算

為避免能量集中,采用多打孔、少裝藥和微差延期起爆技術,將能量合理分散,嚴格控制單孔藥量。控制一次齊爆的最大藥量。一次齊爆的最大藥量根據環境的具體要求按下式確定:

式中:Q安——安全允許單響齊爆藥量,kg;

R——爆源至保護物的距離,m;

V——安全允許質點振動速度,cm/s;

K——為與爆區地質有關的修正系數;

α——地震波衰減系數。

根據周邊環境分析,距爆源中心最近的為南側的住宅樓,距樓體邊緣 20 m,根據《爆破安全規程》(GB6722-03)要求,對磚混建筑物的質點振動速度按V=3 cm/s計算。根據拆除爆破經驗數據,K取34;α取 1.57。計算得到 Q安=77 kg。

設計方案中最大一次齊爆藥量為 20 kg,低于 Q安=77 kg,因此,爆破振動不會對周邊建筑物造成損壞。

4.2 塌落振動控制

根據計算樓體塌落時產生的振動小于爆破安全規程中的 3 cm/s振動值的要求,但為了確保周邊保護目標的安全,采取如下措施:

(1)把整個結構物劃成若干個爆破單元,即爆破時,使每次塌落的建筑物質量變小,通過延期爆破實現多個單元逐次失穩塌落,從而降低塌落振動;

(2)在建筑物坍塌范圍內,用建筑垃圾鋪設墊層,以達到較好的減振效果。

4.3 飛石控制措施

(1)在構造柱上爆破部位用草包、麻袋進行包扎;

(2)用竹笆片草袋、彩條布等將上述待爆樓房裝藥樓層的門窗口都封閉。

采用上述方法進行防護后,個別飛散物的飛散距離不會大于 20 m,對周圍建筑物不會造成危害。

5 爆破效果

(1)爆破后,2棟樓房都按照預定倒向完全坍塌解體,爆破飛石沒有對周圍造成任何破壞,住宅樓處實測的樓體塌落振動速度為 1.03 cm/s,爆破振動速度為 0.28 cm/s,均未超過國家標準規定的振動速度安全標準。

(2)由于實驗樓的電梯間預處理沒有完全達到要求,導致在該處產生了一定的后座。

[1] 張正宇.中國爆破新技術[M].北京:冶金工業出版社,2004.

[2] GB6722-2003.爆破安全規程[S].

[3] 劉殿中.工程爆破實用手冊 [M].北京:冶金工業出版社,1999.

2011-07-06)

朱金華 (1963-),男,副教授,主要從事爆破教學、科研及實際應用。