謝錢斌

(宏大爆破有限公司,廣州510623)

1 工程概況

待拆樓房為汕頭市面粉廠,其位于汕頭市金平區中山東路與金環南路交叉處,處于鬧市區,周邊環境復雜。面粉廠南面約42 m處有圍墻,300 m處有一造船廠,樓頂有1萬伏高壓線,距樓面高度約5 m;北面約100 m處為中山東路,車流量大,人員密集,西北角約8 m處為一廠用電房(爆破前拉閘停電);西面約8.5 m有一高壓線塔,70 m處有多棟8層居民樓;東面約30 m處為倉庫(見圖1)。根據設計圖紙可知,待拆樓房高約32 m,長約80 m,寬度介于8～10 m之間,總建筑面積約3 385 m2;有7種尺寸的立柱,3種規格的鋼筋。根據待拆樓房的結構,由北向南劃分為6個軸線(A、C、D、E、G、H),對每個軸線上的立柱由東向西依次用數字進行標號,A軸為A1～A15,C軸為C1～C6,D軸為D13～D15,E軸為E1～E6,G軸為G1～G15,H軸為H1～H15。

圖1 樓房周邊環境Fig.1 Building surrounding environment

2 拆除爆破方案

2.1 工程特點及難點

1)待拆樓房結構復雜,炮孔布置參數呈現多樣化,施工難度較大;結構力學分析難度較大,預拆除的難度較大。

2)安全要求極高,待拆樓房距離周邊居民區和鬧市區較近,有眾多建(構)筑物需重點保護。爆破時,交通管制工作和噴灑降塵工作需要精心組織。

3)需采取專業的安全防護措施,將各種爆破危害(爆破振動、沖擊塌落振動、爆破沖擊波、爆破飛石等)嚴格控制在設計范圍內[1-2],以減少對2條交通主干道和周圍建(構)筑物的影響。

2.2 預處理及安全穩定性校核

電梯井位于H8～H9間,斷面大小為4 m×3 m,樓梯間位于A12～A13間,用油炮機進行拆除;為減少鉆孔裝藥量,在爆破前用油炮機對位于爆破切口內2層及以下的剪力墻進行預拆除,使其露出立柱;鑿除A軸立柱鋼筋表面的混凝土,用乙炔焊切割鋼筋;對H3、H4,E1～E6立柱用油炮機以開鑿的方式拆除;通過有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA進行立柱拆除爆破的數值模擬[2]。預拆除后立柱全截面受壓,最大應力為8.0 MPa,據建筑設計文件可知,立柱采用C30混凝土澆筑,其抗壓強度遠大于8.0 MPa,故立柱受力安全。此外,2層及以下的剪力墻預拆除后對整棟建筑的受力影響可忽略不計,故樓房預處理后是安全的。

2.3 方案設計

根據現場環境,待拆樓房采用向南定向爆破的倒塌方式,其爆破方案借鑒高寬比的建(構)筑物爆破設計模式。為了防止樓房爆破后出現“坐而不倒”和“樓體后坐”現象,采用大炸高和支座鉸鏈技術[3],將A、C、D軸立柱作為后支座鉸鏈,增加鉸鏈極限承載力,嚴格控制樓房后坐。在倒塌范圍內提前堆載高度1.5 m的緩沖墊層,觸地時以獲得較小的觸地沖能以減小觸地振動。

待拆樓房為非對稱鋼筋混凝土框架結構,立柱較多,高寬比較小,樓板內預埋鋼板等機械基座后整體澆筑混凝土,質量較大,因此,設計應充分考慮這些因素。

1)大尺寸立柱較多,孔深較大,鉆孔位置要求嚴格,應確保鉆孔后仍能保證足夠的抵抗線。

2)合理確定預拆除位置,保證預拆除后樓房結構的安全,并盡量減少鉆孔裝藥量。

3)在待拆樓房西側2 m處開挖深1.5 m的減振溝,將觸地振動減小到最低值,以保護周圍建(構)筑物的安全。

4)需要爆破的炮孔數量多,使用非電毫秒延時起爆技術進行爆破可確保爆破質量[2]。

5)施工緩沖墊層時工作量大,必須精心組織,保證施工質量。

6)需要爆破的立柱多,必須采取可靠的防護措施,將爆破飛石距離控制在設計范圍內。

2.3.1 爆破切口

根據大型高層建(構)筑物拆除爆破的經驗,承重立柱破壞高度計算公式如下[3,5]:

式中:H為承重立柱破壞高度,m;K為與建筑物倒塌有關的經驗系數,一般取1.5～2.0;B1為立柱截面的長邊長,m;Hmin為承重立柱的最小破壞高度,m。

經式(1)計算可得:H軸、G軸、E軸炸高都為7.2 m,D軸炸高為3.8 m,C軸炸高為2.0 m,A軸炸高為1.0 m,經比較采用梯形復式爆破切口和大炸高的設計(見圖2)。

圖2 爆破切口Fig.2 Blasting notch

2.3.2 爆破參數

待拆樓房的立柱規格尺寸較多,根據配筋圖布置鉆孔(見圖3),選擇布孔直徑為φ40 mm,采用水鉆鉆孔。最小抵抗線W=φ/2(φ為立柱厚度),孔距a=(1.3～1.8)W,排距b=(0.7～0.8)W,孔深l=(0.5～0.6)φ,單孔裝藥量計算公式如下[2-4]:

式中:Q為單孔裝藥量,g;q為單位體積炸藥消耗量,g/m3(取值范圍:1 700～3 000 g/m3);V為單個炮孔所負擔的爆破體體積,m3。

圖3 炮孔布置Fig.3 Layout of blasting holes

爆破設計參數在理論公式計算后結合實際施工經驗進行修正[4],立柱參數如表1所示。

表1 立柱爆破參數Table 1 Column blasting parameters

2.3.3 試爆

為了檢驗爆破參數設計是否合理,選取位于第1層樓的G3、D13立柱進行試爆。根據試爆效果,對單孔裝藥量進行適當調整,以取得較為理想的爆破效果。調整后的各項爆破參數如表2所示。

表2 爆破參數Table 2 Blasting parameters

2.3.4 爆破網路

采用簇聯和四通連接相結合的復式爆破網路。H軸炮孔內采用MS5導爆管雷管,E軸、G軸炮孔內采用MS10導爆管雷管,A軸、C軸、D軸炮孔內采用MS13導爆管雷管;炮孔外統一使用MS2導爆管雷管進行延時,使用四通和導爆管將1～2層樓連成閉合復式網路[1-2,6]。

嚴格控制各軸立柱間的起爆時間,使待拆除樓房起爆后在空中解體,將A軸、C軸、D軸立柱作為鉸鏈。同時起爆可有效避免因單排立柱極限承載力能力不足,爆破后無法支撐切口以上樓層的重量,導致樓房后坐嚴重或下坐等不良現象。

3 爆破安全防護與降塵措施

1)立柱使用水鉆鉆孔,嚴格控制鉆孔質量,并確保實際最小抵抗線不小于設計值。

2)近體防護。立柱裝藥完成后,柱腳位置用廢舊傳送帶包裹,立柱上部用竹排柵進行覆蓋。

3)被動防護。在樓房2 m處搭設密竹柵欄,柵欄外鋪蓋密目網,高度高于爆破位置2 m(見圖4)。

4)用混凝土封堵下水管道,裝藥前一天進行蓄水,爆破后隨著樓房的傾倒可起到除塵效果。

5)為了防止爆破煙塵影響周圍居民,協調4臺消防車配備高壓水炮對樓房進行噴水抑塵;協調4臺市政除霧霾車,爆破后分別沿中山東路和金環南路進行噴霧降塵。

圖4 防護措施Fig.4 Protective measures

4 振動監測與安全分析

4.1 爆破振動

爆破振動安全允許距離,采用《爆破安全規程》(GB 6722-2014)中的公式計算[1-4]:

式中:R為爆破振動安全允許距離,m;Q為延時爆破最大一段藥量,取52.5 kg;v為保護對象所在地質點振動安全允許速度,cm/s;K,α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數,一般取K=50,α=1.5。

此次爆破最大單響藥量Q=52.5 kg,根據施工技術文件要求,本次爆破最近的保護對象為西側70 m處居民樓和南側42 m處圍墻。經式(4)計算,爆破質點振動速度v=0.65 cm/s,現場實際測得最大值為0.42 cm/s,二者均小于《爆破安全規程》(GB 6722-2014)中允許的安全質點振動速度2.0 cm/s。爆破產生的地震波衰減快,因此,能夠保證被保護建筑物的安全[5]。

4.2 塌落振動

建筑物在塌落倒地瞬間對地面的沖擊也會產生振動,現廣泛應用的塌落振動計算公式為[1-4]

式中:vt為振動速度,cm/s;kt、β為衰減參數,取Kt=3.37,β=1.66;m為建筑物質量,t;H為建筑物質心高度,m;σ為介質的破壞強度,MPa,取10.0 MPa;R為沖擊地面中心到建筑物的最近距離,m;g為重力加速度,m/s2,取9.8。

因為預拆除后待拆樓質量為1 925 t,質心高度為16.0 m,落地點到其西側需要保護的居民樓距離為70 m。由式(5)計算可得最大塌落振動速度vt=0.838 cm/s。本次爆破現場共布置5個測點,監測到實際最大振動速度vt=0.21 cm/s。由于面粉廠為非對稱鋼筋混凝土框架全剪力墻樓房,爆破區域較為集中,觸地時間較短,故觸地所引起的振動較大。

爆破現場實際測得的爆破振動和塌落振動數值均小于《爆破安全規程》(GB 6722-2014)中對爆破振動安全允許標準值2.5 cm/s,因此,居民樓和周圍建(構)筑物是安全的。

5 爆破效果與體會

待拆樓房起爆后按設計的方式順利倒塌,樓體落在預先施工的緩沖墊層上,沒有出現前傾和后坐的現象;爆堆最高點的高度為6 m,周圍道路未見爆破飛散物,建(構)筑物未損壞;爆破效果如圖5所示。

1)支座鉸鏈技術有利于樓房爆破后按設計方向傾倒,嚴格控制了后坐現象。

2)開挖減振溝可有效削弱塌落振動,保護周圍建(構)筑物和交通主干道的安全,為今后類似工程提供參考。

3)本樓房爆破倒地后解體不充分,為破碎清除增加了難度,今后可用油炮機在剪力墻墻體上開鑿多條卸荷槽,有利于樓體觸地解體。

4)樓頂蓄水和高壓水炮噴水有利于爆破降塵效果,可利于實現環保爆破。

5)水鉆施工與風鉆相對比,既能有效控制施工中產生的粉塵對環境造成的污染,又可節約勞動力,實現精準定位,確保了施工質量。

圖5 爆破效果Fig.5 Blasting effect