11 層框架結構樓房爆破拆除

羅 偉,王明明,劉治兵

(1.深圳市地健工程爆破有限公司,廣東 深圳518040;2.深圳市城投爆破工程有限公司,廣東 深圳518040;3.中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司,安徽 淮北235000)

1 工程概況及結構特點

某大學科研教學服務中心樓原為社區(qū)的行政樓,根據規(guī)劃需要,須進行拆除。 由于樓房高度較高,用人工和機械的方法拆除危險性大,為確保安全,決定對其采用定向控制爆破的方法予以拆除。

待拆樓為11 層的鋼筋混凝土框架結構,高度約45 m,建筑面積約8 200 m2,如圖1 所示。 樓房呈西北-東南走向,設有2 個樓梯間和1 個電梯井,長度為39.8 m,5 跨6 排立柱;寬度為20 m,2 跨3 排立柱,主要立柱截面尺寸為65 cm×105 cm,配筋不詳,平面結構如圖2 所示。

圖1 待拆樓側面照

圖2 待拆樓平面結構

待拆樓東南側為學苑大道,距離學苑大道主道105 m,距離學苑大道一側的居民樓135 m;西南側為校園內綠化用地,西北側為行政樓,距離110 m;東北側為空地,東側為教工樓,距離92 m。 周邊環(huán)境如圖3 所示。

圖3 待拆樓周邊環(huán)境

2 總體方案設計

根據待拆樓的結構特點、周邊環(huán)境及業(yè)主對工程施工的安全要求,對爆破方案的技術性、經濟性和安全性進行了評估與分析,決定采用定向控制爆破技術予以拆除,對室內影響倒塌的樓梯、電梯井、轉角等部位進行預拆除,樓房倒塌方向確定為東北方向。

3 爆破參數設計

3.1 爆破缺口高度

爆破缺口形式采用“三角形缺口”形式,通過倒塌角理論計算傾覆解體的缺口高度,計算公式為:

式中:H1為爆破缺口高度,m;L為建筑結構倒塌方向寬度,m,現場勘查L=20 m;α為倒塌角,一般取25° ～40°。

樓房為框架結構,整體性好,考慮施工安全、方便和保證建筑物充分解體,選取較大的倒塌角34°。經計算,缺口高度為H1=13.50 m,即爆破3.5 層。爆破缺口如圖4 所示。

圖4 爆破3.5 層的爆破缺口

3.2 爆破參數設計

1)炮孔參數

最小抵抗線W:立柱短邊長65 cm,取W=32.5 cm;

炮孔間距a:a=(1.0 ～2.0)W,取a=40 cm;

炮孔深度L:L=(0.58 ～0.8)B=45 ～70 cm;

2)單孔裝藥量計算公式[1]為:

式中:q為單孔裝藥量;K為單位體積用藥量系數(單耗);a為炮孔間距;b為炮孔排距;H為構件的破壞高度。

根據以上公式和現場試爆效果,前排和中間排立柱炸藥單耗選用1 000 g/m3,后排立柱選用800 g/m3。 樓房一層到三層中間4 柱布置2 排孔,其他為單排孔,且一層后排柱子采取減弱爆破,具體參數見表1。

表1 爆破參數

4 起爆網路

起爆網路采用電-非電起爆網路,孔內全部采用毫秒延期導爆管雷管,按倒塌方向設計延期時間,前排柱采用MS-3 段雷管,中間排柱采用MS-5段雷管,后排柱采用MS-9 段雷管,孔外采用MS-1段雷管傳爆。 孔內雷管與孔外傳爆雷管采用簇聯(lián),毎組捆綁2 發(fā)導爆管雷管。 各樓層先進行分區(qū),各區(qū)獨立連接成復式交叉網路,再接入2 發(fā)電雷管引爆。 起爆網路如圖5 所示。

圖5 起爆網路

5 安全核算

5.1 振動驗算

1)爆破振動采用下式計算:

式中:V為質點爆破允許振動速度,cm/s;Q為單段最大藥量,kg;R為保護物與爆破中心的距離,m;K為與地震波傳播地段巖土特性等有關的系數,取200;α為地震波衰減指數,取1.8;K′為高差系數,取0.4;K″為離散系數,取0.7。

樓房爆破拆除時單段最大藥量為38.13 kg,代入式(3)計算,距離92 m 的教工樓爆破允許振動速度為0.145 3 cm/s,距離50 m 處的地面爆破允許振動速度為0.435 3 cm/s。

2)觸地塌落振動

樓房整體倒塌,產生的塌落振動強度最大,觸地塌落振動速度利用式(4)[2]計算:

式中:v1為塌落引起的振動速度,cm/s;M為下落建筑物的質量,取2 800 t;H為建筑物的重心高度,m,取15 m;g為重力加速度,9.8 m/s2;σ為地面介質的破壞強度,MPa,一般取10 MPa;R為觀測點到沖擊地面中心的距離,m,取40 m;kt,β分別為塌落振動速度衰減系數和指數,取kt=3.37,β=-1.66。

經計算,在爆破正前方50 m 處v1=0.94 cm/s,實際測試,測得的爆破最大振動速度為0.873 7 cm/s,與爆破驗算值0.94 cm/s 相接近,均小于安全允許振動速度1.0 cm/s,符合GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的要求。 爆破振動速度測試的具體數據見表2,爆破振動波形如圖6 所示。

表2 爆破振動速度測試數據

圖6 爆破振動波形

5.2 爆破飛石安全距離計算

根據文獻[3-4],爆破飛石安全距離S采用式(4)計算。

式中,V為飛石初始飛行速度。 控制爆破中,當爆破作用指數為1 時,V取20 m/s,則S=40 m。

爆破飛石方向不確定,為防止飛石造成事故,實際施工時,柱子四周采用竹夾板包裹防護,且在樓房的東西側和北側(爆破切口處)搭設防護排架,排架采用雙層竹夾板,距離墻體15 ～20 cm,內側掛竹笆,外側掛密目網。 起爆時,人員及車輛均撤離至100 m 范圍以外[5-8]。

6 結語

起爆后,樓房倒塌方向與設計方向一致,并充分解體,達到了預期效果。 如圖7 所示。

圖7 爆破后樓房倒塌

樓房爆破拆除前,應精心設計爆破方案,合理選擇爆破參數。 在保證結構安全的前提下,對建筑物進行預處理,合理控制延期時間,有利于結構解體,降低爆破有害效應。