高層框架樓房單向折疊爆破拆除

郭 進， 公文新

(1. 黑龍江省公安廳治安總隊，哈爾濱 150000；2. 哈爾濱恒冠爆破工程有限公司，哈爾濱 150070)

高層框架樓房單向折疊爆破拆除

郭 進1， 公文新2

(1. 黑龍江省公安廳治安總隊，哈爾濱 150000；2. 哈爾濱恒冠爆破工程有限公司，哈爾濱 150070)

以哈爾濱市一座17層框架-剪力墻結構樓房的成功爆破拆除為例，介紹在復雜環境下，由于高層框架樓房倒塌距離受限，運用單向折疊控制爆破技術，有效控制高大樓房倒塌范圍和實現最佳解體破碎效果的方法和措施，同時介紹有效控制高層樓房爆破飛石、爆破振動和塌落振動的具體方法和措施。重點剖析了爆破切口部位、角度、起爆順序、起爆延時時間等因素對高大樓房倒塌距離產生的影響，為復雜環境下對高大框架-剪力墻結構樓房實施單向折疊倒塌爆破提供參考。

復雜環境；高層建筑；框架-剪力墻結構；單向折疊爆破

1 工程概況

1.1 周邊環境

黑龍江省電視臺原辦公大樓位于哈爾濱市中心。西南方向30 m處地下有水、電、通信管線，42 m處為中山路，路對面即是哈爾濱市工人文化宮和多個大型酒店、商場(保護建筑)，該路為哈爾濱市最繁忙的道路之一，除維修和擴建外，從未被封阻過。西北方向120 m處為一小學校；東北方向25 m處為需保留的變電所和辦公樓；東南側110 m處為酒店；其他方向50 m范圍內均有八九十年代的老舊居民樓(見圖1)。

圖1 爆破現場平面示意圖Fig.1 Schematic plane of blasting site

1.2 樓房結構

該樓長13 m、寬10 m、高69 m，地上17層、地下2層，是我國高寒地區第一座框架-剪力墻結構的高層建筑。樓房由3排立柱組成，每排8根立柱，東側設有電梯井和管道井、樓梯間，西側局部設有剪力墻(見圖2)。

圖2 待爆破樓房結構平面結構示意圖Fig.2 Schematic graph of building structure

1.3 工程特點與難點

(1)爆破對象所處環境復雜。該樓所在區域為老城區，四周不僅有眾多建筑物，還有各種地上、地下管線，尤其是東側30 m的一組通往龍塔(新電視臺)的通信光纜，一旦發生意外將切斷電視信號傳輸。

(2)爆破對象構件尺寸較大。該樓為省內第一個“滑模”建筑，兩端鋼筋混凝土墻體的厚度為0.5 m，遠遠超出了正常剪力墻的厚度。

(3)爆破對象整體性非常好。框架-剪力墻結構是建筑結構中整體結構最穩定的一種，所有立柱、墻體、圈梁、橫梁、縱梁均澆筑成一體。

(4)爆破對象的預處理工作量極大。根據設計要求，部分剪力墻、電梯井等鋼筋混凝土墻體均須預拆除或削弱處理，尤其在高樓層作業難度極大，既要保證進度、又要保證安全。

2 爆破方案

該樓主體高度為69 m，短軸方向：倒塌距離均受限，其中北側必須控制在25 m內，南側應控制在30 m以內；長軸方向：西側允許倒塌距離不超過20 m，東側允許倒塌距離在80 m以上。從外部環境上不難看出，東側是最佳方向，其他方向倒塌均非常困難。

然而，該樓的東端為電梯井、管道井和樓梯間，結構十分復雜，無論預拆除還是爆破切口的確定，難度都非常大。若在長軸方向定向爆破時，前排必須倒塌徹底，為后排結構倒塌創造空間，否則就會造成爆破失敗，因而該樓不易向此方向倒塌。

短軸方向倒塌相對容易，該樓的電梯井和管道井均在樓房的北側，南側僅有樓梯間。相對來講，南側更容易預拆除和形成爆破切口，且允許倒塌距離相對大些。因此，選擇南方向倒塌相對較安全，操作難度較小。但由于倒塌距離只有30 m，所以必須采取折疊爆破的方式。

2.1 總體方案

經綜合分析，最終確定爆破方案為向南單向折疊倒塌，爆破期間臨時切斷中山路交通和樓房倒塌范圍內的水、電管線。

2.2 預處理

爆破前進行必要的預處理，將門窗全部拆除，切斷該樓的水、電、氣等金屬管線，破壞電梯井、管道井、樓梯間的強度和剛性，完全切斷電梯井內的電梯軌道。

2.3 爆破切口

(1)爆破切口位置。爆破切口位置的高低決定了倒塌距離的長短，爆破切口后樓房的剩余高度不應大于允許倒塌長度，并要保留1/3的前沖距離。該方案允許倒塌距離為30 m，故爆破切口之上最多可保留22 m的未爆破樓體，共計5層樓房高度,即自上而下每5層樓房作為一個折疊段。

(2)爆破切口高度和角度〔1〕。爆破切口的破壞高度是爆破設計的主要參數，它對爆破后估算塌落范圍具有重要作用。

在框剪結構中，主要承重構件是立柱，剪力墻承擔橫向受力，因此，爆破前按照設計切口的大小和角度，將剪力墻預先切口。在切口范圍內，只保留立柱，從而簡化和弱化樓體結構強度。各切口高度見表1。

表1 樓房立柱(墻)炸高

(3)爆破切口起爆順序。爆破切口的起爆順序直接影響實際的倒塌距離，自頂部起爆，可以有效減小樓房倒塌或折疊長度，從而有效地縮短倒塌距離。因此，確定上部切口先行起爆，待樓房傾倒30°～45°后，再起爆中部和下部切口。

2.4 延時時間

根據樓房結構特點，采取爆破切口間延時與立柱(支點)排間延時相結合的方法，延時間隔時間為0.5 s；上部爆破切口采取齊爆方式，中部和下部爆破切口采取排間延時起爆方式〔1-2〕。具體延時時間見表2，延時起爆順序見圖3。

表2 爆破藥量統計

圖3 爆破切口及起爆順序示意圖Fig.3 Schematic of the blasting notch and initiation sequence

采用孔內分段延時、“大把抓”和四通相結合的爆破網路。將每根立柱上的孔內導爆管作為一組，捆綁上兩枚相同段別的導爆管雷管，作為孔外接力雷管。再將這兩枚雷管，分別用四通連接在不同立柱上的孔外連接雷管，從而組成復式交叉網路，見圖4。

圖4 起爆網路示意圖Fig.4 Schematic graph of initiation network

3 安全校核與防護

3.1 傾倒可靠分析

在滿足樓房的高寬比Hc≥1.4×(L/2)的條件下，爆破切口高度h的選取范圍〔3-4〕為

(1)

式中：L為兩外承重柱(墻)之間的跨度或爆破切口方向的水平長度，實取10 m；H為上部結構的重心高度，該樓層整體結構相同，近似為質量均勻的規則幾何體，由于該樓房總高度為69 m，故其幾何中心高度按34.5 m計算；h為爆破切口的相對高度，m。

計算得1.5≤h≤16.7，上部切口取3層樓房的高度、中部切口取2層樓房的高度，均能滿足上述條件。

3.2 單響起爆藥量校核

根據計算及試爆，確定單孔裝藥量及單響藥量(見表2)，其中最大單響段位在1～5層樓房的A軸立柱，延時時間為2.5 s，最大單響藥量為34.16 kg，根據薩道夫斯基公式〔5〕：

v=k′k(Q1/3/R)α

(2)

式中：Q為最大單響藥量，kg；R為與保護目標的距離，m；v為安全允許質點振速，cm/s；k、α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關系數和衰減指數，取k=150、α=1.5；k′為修正指數，取k′=0.2。

爆破部位距離需要保護的建筑物最近為25 m，經計算v=1.4 cm/s，符合GB 6722-2014 《爆破安全規程》〔5〕的規定。

3.3 塌落振動校核

樓房塌落會對地面產生強烈的沖擊而形成塌落振動，其強度比爆破振動大但頻率低，對周圍保護建筑危害更大。塌落振動根據下式〔4-6〕計算：

v=0.08(I1/3/R)1.67

(3)

式中：v為塌落引起的振動速度，cm/s；I為構件觸地沖量，I=m(2gh)0.5；R為保護物與沖擊點距離，m，主要塌落位置距離最近保護物為東北方向的變電所和辦公樓，估算R=45 m；m為塌落質量，估算解體后最大單體質量m=3 245 t；h為建筑物重心到地面的距離，m，解體后最大單體塌落距離為上切口以上部位，估算h上=58 m。

經計算，v落=4.16cm/s，略大于允許速度。因此必須采取降振措施：

(1)通過排間延時起爆方式，使各排立柱塌落觸地時間不同步，從而減小觸地振動；

(2)在1層樓體內，用預拆除殘渣堆積出若干個2 m高的緩沖堆，減小樓體原地塌落產生的振動；

(3)在倒塌方向鋪設2 m厚土堆，減小解體后的樓房墜地產生的振動；

(4)在樓房四周開挖一條寬1.5 m、深4 m的減振溝，阻斷地震波向外傳輸。

3.4 安全防護

(1)對所有立柱爆破部位用5層草墊子進行第一道防護；對剪力墻所有的爆破部位用3層草墊子進行第一層防護。降低爆破噪音、減少沖擊波、降低爆破飛濺物的初始速度〔6〕。

(2)對所有爆破部位用兩層鐵篩網進行第二道防護。該道防護要求適當有些松弛度，緩沖、阻滯飛出的爆破物。

(3)用1層潮濕楊木板進行第三道防護，將沖破前兩道防護的大塊混凝土阻擋住。

(4)再用3層草墊子加2層鐵篩網進行第四道防護。要求用淬火線適當兜緊即可，盡可能將所有爆出的混凝土塊全部擋住。

(5)在所有爆破部位的外部防護，主要用1層高密度安全網，寬松地圍繞樓體防護1層。

(6)10～12層用1層木板和1層草墊子對所有窗口進行封堵。

4 爆破效果與體會

伴隨著4次連續的爆破聲，大樓按設計解體、傾倒、塌落。實際倒塌長度為19 m，最高爆堆8 m，無任何爆破飛濺物產生。全部倒塌歷時5 s，樓房解體充分、折疊過程明顯，達到了預期效果，見圖5。

圖5 爆破倒塌過程Fig.5 Collapsing process

(1)框架-剪力墻結構樓房的拆除爆破，采取預先拆除、預先弱化結構等處理措施，不僅能夠減小爆破量，降低大樓整體剛性，還可以使大樓解體更加充分，爆破效果更加理想。

(2)延時時間對倒塌距離影響較大。最佳的延時時間是使樓房傾倒30°～45°后，使解體部分大落差地垂直下落，更容易使樓房的梁、柱、墻體解體成片狀。

(3)通過緩沖帶和減振溝，可以使地震波有效衰減，從而保護周邊建筑和設施。

〔1〕 汪旭光. 爆破設計與施工[M]. 北京：冶金工業出版社，2011:201-203.

WANG Xu-guang. Blasting design and construction[M]. Beijing:Metallurgical Industry Press，2011：201-203.

〔2〕 李勇，汪浩. 復雜環境中三角形大樓的分區定向爆破拆除工程[M]//汪旭光. 中國典型爆破工程與技術. 北京：冶金工業出版社，2006:631-635.

LI Yong,WANG Hao. Zoning directional demolition of trangular buildings in complex environment[M]//WANG Xu-guang. Typical Blasting Engineering and Technology in China. Beijing: Metallurgical Industry Press,2006:631-635.

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XIN Zhen-kun, PAN Hong-xing, LUO Li-feng,et al. The controlled blasting technology in bidirection-3-times-folding of 18-storey building[J]. Engineering Blasting，2015，21(4)：33-36.

〔4〕 葛勇，汪旭光，魏格平.復雜環境下11層框架樓房拆除爆破[J].工程爆破，2014，20(3):13-15.

GE Yong, WANG Xu-guang, WEI Ge-ping. Demolition blasting of a 11-storey frame building under complicated engineering[J]. Engineering Blasting，2014，20(3)：13-15.

〔5〕 國家安全生產監督管理. 爆破安全規程：GB 6722-2014[S]. 北京：中國標準出版社，2014.

State Administration of Work Safety. Safety regulations for blasting：GB 6722-2014[S]. Beijing: China Standards Press, 2014.

〔6〕 顧毅成，史雅語，金驥良. 工程爆破安全[M]. 合肥：中國科技大學出版社，2009:542-543.

GU Yi-cheng, SHI Ya-yu, JIN Ji-liang. Engineering Blasting Safety[M]. Hefei: University of Science and Technology of China Press,2009:542-543.

Demolition of high-rise frame building by unidirectional folding blasting

GUO Jin1， GONG Wen-xin2

(1．Heilongjiang Provincial Public Security Bureau, Harbin 150001, China；2．Harbin Henguang Blasting Engineering Co.,Ltd., Harbin 150070, China)

Taking the successful blasting demolition of a 17-story frame-shear wall structure building in Harbin as an example, the collapsed distance of the high-rise frame building is limited under complicated environment and unidirectional folding control blasting technology using to effectively control the collapse extent of tall building is introduced. The methods and measures to achieve the best disintegration effect are introduced. At the same time, the concrete methods and measures to control the blasting fly rocks, blasting vibration and collapse vibration of the high-rise building are introduced. The influence of blasting incision location, angle, detonation sequence and delay initiation time on collapse distance of tall building is analyzed in detail, which could provide a reference for unidirectional folding blasting of tall frame-shear wall structure building in complex environment.

Complicated environment; High-rise building; Frame-shear wall structure; Unidirectional folding blasting

1006-7051(2016)06-0058-04

2015-12-25

郭 進(1965-)，男，從事爆炸物品的安全管理和研究工作。E-mail: gongwenxin@139.com

TU746.5

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.013