單向三折疊拆除爆破技術在復雜環境下的應用

劉士兵,賀攀,程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司,長沙410013)

1 工程概況

岳陽市友阿德賽商業廣場位于岳陽市區的中心地帶,巴陵西路南側,始建于2002年,因城市規劃需要拆除。友阿德賽商業廣場大樓有17層,屬于框架結構,高53.7 m,總建筑面積約18 280 m2(其中主樓17層,建筑面積12 240 m2,采用拆除爆破;輔樓5層,建筑面積6 040 m2,采用機械拆除)。第1層層高4.3 m,2～4層層高4.0 m,5～17層層高2.9 m(見圖1)。

圖1 待拆樓房現場Fig.1 Site of the buildings to be demolished

1)周邊環境。待拆大樓距離巴陵西路南側外沿18 m,北邊距離地下商場入口7 m,距離對面建筑物68 m;大樓西側為在建工地,西側外沿距離工地外沿14 m;大樓南側42 m及東側8 m均為在建工地深基坑,南距南輔街100 m,東距小區通道120 m(見圖2)。

圖2 周邊環境Fig.2 Surrounding environment

待拆大樓的周邊環境復雜,三面是在建工地深基坑且邊坡為臨時支護。大樓北側7 m有地下通道,大樓與通道間存在大量地下管網,稍有不慎,爆破振動就可能損害這些通道、管網。待拆大樓毗鄰巴陵西路,車、人流量大,商鋪密集,且臨近地下商場,必須嚴格控制爆破施工中的危害效應(如飛石、振動、空氣及路面的污染)。

2)樓房結構。待拆樓房的墻主要是24 cm磚墻和鋼筋混凝土剪力墻。立柱為鋼筋混凝土結構,截面為方形和圓形,其中方形截面立柱尺寸分別為800 mm×800 mm、600 mm×600 mm和1 000 mm×1 000 mm;豎筋直徑20 mm,每間隔18 cm布置1根(見圖3)。圓形截面立柱尺寸為φ1 000 mm。

圖3 1 000 mm×1 000 mm立柱豎筋分布Fig.3 1 000 mm×1 000 mm distribution of vertical ribs

2 爆破設計

2.1 倒塌范圍

因為待拆大樓最高為53.7 m,倒塌范圍42 m外有正在施工的深基坑,所以決定采用單向三折疊爆破技術[1]進行拆除,并將倒塌范圍控制在35 m以內。

2.2 爆破方案

為實現待拆大樓安全拆除爆破的總目標,決定采用以下技術:

1)合理確定切口形式和延時時間,使大樓朝指定方向倒塌;

2)控制大樓不同樓層構件的破壞范圍和程度,實現大樓整體爆破塌散范圍的控制;

3)采用預處理技術,實現對爆破振動強度的控制;

4)采用單向三折疊爆破技術,為大樓倒塌留出足夠空間。

2.3 預拆除

在保證待拆大樓結構絕對穩定的前提下,預先對可能影響拆除爆破的非承重和部分承重墻、樓梯、電梯井及門窗等進行機械和人工處理,以獲得比較理想的爆破效果[2]。同時,可以減少鉆孔工作量,實現大樓的順利倒塌。

1)門窗、非承重墻。將爆破切口內的門窗、非承重墻全部拆除。

2)樓梯。將待拆樓房爆破切口內及上2層的樓梯進行人工處理,處理時必須徹底破壞其整體剛性,以免影響整個樓體的傾倒(見圖4)。

3)管線。將待拆樓房內所有水電氣、供暖、通訊管線進行人工拆除或遷移。

4)電梯井。將爆破切口電梯及電梯井的非承重墻部分拆除,對倒塌方向的剪力墻進行破壞。

圖4 樓梯預處理Fig.4 Stair pretreatment

2.4 爆破參數

1)傾覆解體切口高度。在爆破實踐中,樓房傾覆解體切口高度h計算公式[3]如下:

式中:Bx為樓房寬度,m;α為倒塌角;n為爆破切口分布層數;hc為樓房層高,m。

對于倒塌角α的取值:抗震烈度6度以上的磚混結構樓房的倒塌角α≥25°;框架結構樓房的倒塌角α≥29°;框剪結構樓房,用框架結構α值計算傾覆解體切口高度,承重墻部分的切口高度應再提高1～2個樓層。根據現場查看,本次爆破倒塌角α取30°。樓房最寬處是13.596 m,Bx取13.6 m,得出h=Bx×tanα=13.6×tan 30°≈7.85 m。n=h/hc=7.85÷4=1.96≈2層。第1爆破切口高度提高1個樓層高度,設置在1～3層,取12.3 m。為了保證樓房倒塌后解體充分,具體的爆破切口設計如圖5所示。考慮到倒塌范圍不夠,增加第2切口,設置在7～8層,切口高度取5.8 m;增加第3切口,設置在12～13層,切口高度取5.8 m。

圖5 爆破切口Fig.5 Blasting notches

2)立柱破壞高度。因大樓為框架結構,立柱較多,故將大樓立柱由南向北方向編號為a、b、c軸,立柱由東向西依次編號為1～9(見圖6)。

圖6 立柱分布Fig.6 Column distribution

對于鋼筋混凝土框架結構,承重立柱破壞高度計算公式[4]為

式中:B為立柱截面邊長,m;Hmin為承重立柱失穩最小破壞高度,一般為31～50d[5],d為鋼筋直徑,mm;K為經驗系數,一般取K=1.5～2.0。

Hmin取0.66 m,K取1.5,將B取1.0、0.8、0.6分別代入式(3)計算,得承重立柱最小破壞高度分別為2.49、2.19、1.89 m;按此計算結果立柱可以被破壞,但為了保證樓房的倒塌可靠性,同時也為了使樓房充分解體,切口的立柱炸高部分增加到2.8 m,具體爆破切口立柱破壞高度參數如表1所示。

表1 爆破切口內立柱破壞高度參數Table 1 Parameters of column’s destruction height in blasting notches(m)

3)爆破參數設計。根據實際經驗,待拆樓房的立柱和磚墻都采取連續裝藥的方式,所確定的爆破參數如表2所示。

表2 爆破參數Table 2 Blasting parameters

2.5 起爆方式

1)起爆器材選擇。全部采用非電起爆系統對樓房進行拆除爆破。孔內起爆元件使用半秒導爆管雷管(HS3～HS5);第1、2切口“抓把”使用毫秒導爆管雷管(MS1,MS5)(見圖7a);第3切口“抓把”使用毫秒導爆管雷管(MS9,MS10)(見圖7b);擊發元件使用高能脈沖起爆器(CHA-2000)、起爆擊發針。延時時間如表3所示。

圖7 切口爆破分區Fig.7 Notches blasting zone

表3 起爆延時時間Table 3 Initiation delay time(ms)

2)起爆網路。根據拆除爆破方案,為確保起爆網路安全,準確傳爆,采用孔內高段延時、同層孔外毫秒延時、切口半秒延時及雙回路起爆網路(見圖8)。用四通連接件和導爆管把所有非電導爆雷管連接在一起,形成復式起爆網路。

圖8 起爆網路Fig.8 Initiation network

2.6 爆破振動控制

1)采用延時爆破技術,合理安排起爆次序,降低齊發藥量。

2)加大預處理拆除部分,減少爆破鉆孔數量。

3)在大樓倒塌位置設置3道厚1.5 m,長60 m,寬1.2 m的廢渣作緩沖層。

3 爆破效果及分析

爆破區域周邊200 m范圍內為警戒區域,巴陵西路進行交通管制120 min。從設計到實施起爆共歷時35 d,施工炮孔1 750個,使用乳化炸藥414 kg,雷管2 950發。

通過無人機航拍結果可知,樓房從失穩到坍塌歷時4.7 s,爆破后樓房充分解體,倒塌范圍控制在25 m以內,爆破效果符合設計要求(見圖9)。

圖9 爆破效果Fig.9 Blasting effect

施工過程中未出現安全事故,周邊建筑未受爆破飛石的損傷。聘請第三方檢測機構,采用Blast-UM型爆破測振儀在大樓周邊進行振動監測,其中距離建筑物最近7 m處的質點振速為1.02 cm/s(見圖10),符合《爆破安全規程》[6]規定。該點沉降速率小于0.04 mm/d,可認為建筑物處于穩定階段。

圖10 質點振動波形Fig.10 Particle vibration waveform

4 結語

1)單向三折疊破技術有利于控制高大建(構)筑物的倒塌距離和爆堆面積。

2)采用孔內高段延時、同層孔外毫秒延時、切口半秒延時及雙回路起爆網路,可靠程度高,有利于形成不同切口的梯次塌落,有助于控制塌落振動。

3)采用了無人機航拍爆破過程,有助于爆破效果的分析。