73 m高三角形框架剪力墻水塔定向拆除爆破

姬震西，夏春鵬，李 濤

(漢通控股集團有限公司，廣州 510000)

待拆除水塔呈穩(wěn)定三角形鋼混結構，所處環(huán)境位于鬧市中央，周邊環(huán)境復雜，單純采用定向傾倒爆破方案很可能傾倒不充分，解體不完全，爆破危害后果難以控制。同時，水塔周邊地塊基坑已開挖，水文及工程地質(zhì)條件復雜，基坑邊坡穩(wěn)定性較差，恰逢南方雨季即將來臨，水塔樓面臨隨時倒塌的風險。為盡快完成水塔樓拆除，即時消除安全風險隱患，采用預處理技術將水塔結構先行簡化成框架架構，再通過控制爆破技術將三角形水塔進行定向拆除。

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

佛山市原彩管廠區(qū)內(nèi)水塔樓位于佛山市禪城區(qū)季華路24號大院內(nèi)，東側10 m為綠地璀璨天城售樓部(已拆除)，90 m處為本項目臨時工棚；南側距A3、A4地塊建筑及基坑100～110 m；西側距離佛山市彩管廠宿舍小區(qū)106 m，北側距季華六路南側人行道50 m，周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1 水塔周圍環(huán)境

1.2 結構特征

待爆破拆除水塔樓為三角形框架-剪力墻結構，邊長約為13.6 m，樓高73 m，首層層高為4.5 m，標準層層高3 m，每邊有4根墻柱(800 mm×400 mm)，樓體從上至下在三個頂角處均有方形剪力墻結構與之相交(見圖2)。

圖2 主體結構

2 爆破方案

2.1 切口設計

考慮到場地情況及建筑物的特殊結構特點，擬采用定向控制爆破方法，倒塌方向為建筑物的東南方。切口位置布置在1～2層。

1)切口范圍。將爆破切口范圍內(nèi)建筑主體結構中的所有非承重墻體全部拆除，只保留墻柱，將水塔樓的建筑結構簡化成框架結構。1～2層垂直于倒塌方向可分為A～E的5條軸線(見圖3)。

圖3 爆破部位平面

2)切口預處理。①對A～D軸所有非承重墻體全部拆除，只保留立柱。②并對E軸進行一定程度的弱化，確保建筑物順利倒塌，同時在切口形成前具有一定承載能力。③將1、2層電梯井全部拆除。

將水塔簡化為框架結構，對切口范圍內(nèi)所有立柱進行爆破，達到將水塔安全放倒的目的。

3)切口高度。切口高度是建筑物失穩(wěn)倒塌的先決條件，鋼筋混凝土結構失穩(wěn)的關鍵是承重立柱的失穩(wěn)。立柱的炸高按公式H=K(B+Hmin)計算。其中：K為經(jīng)驗系數(shù)，一般取1.5～2，取1.5；B為立柱截面的長邊，取0.8 m；Hmin為立柱最小破壞高度，Hmin=(30～50)d，d為鋼筋的直徑，得Hmin=1.12 m。

代入算得：H=3.18 m，取3.5 m。

取炸高為：1層炸高取4.0m；2層炸高取2.0 m。

表1 爆破參數(shù)

圖4 炮孔布置

2.2 起爆網(wǎng)路

將炮孔的導爆管每10～20根集束為1把，然后每把用2發(fā)毫秒導爆管雷管簇連作過橋；再將過橋雷管尾部導爆管接入網(wǎng)路；最后將整個網(wǎng)路由擊發(fā)針擊發(fā)起爆，用起爆器1次點火起爆。具體起爆網(wǎng)路如圖5所示，延時分段如表2所示，爆破材料參數(shù)如表3所示。

圖5 爆破網(wǎng)路

表2 延時分段

表3 爆破材料參數(shù)

2.3 危害效應控制

由于水塔所處環(huán)境復雜，為避免對周圍建筑物、居民造成有害影響，必須嚴格控制拆除爆破過程中的飛石、振動和沖擊波等危害效應。本次拆除爆破主要危害效應是爆破振動和塌落觸地振動。

2.3.1 爆破振動校核

爆破振動對周圍建筑物破壞影響采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式計算。

(1)

式中：v為建筑物允許的地面振速；K′為地震波強度修正因子一般為0.3～0.5，取0.3；K、α為與地質(zhì)條件和地震波衰減有關的系數(shù)，分別取 200、1.5；R為爆源幾何中心到保護對象的距離，m；Q為一次起爆最大藥量，25.68 kg。

代入計算得：v= 0.36<2 cm/s。爆破振動不會對周邊建筑物造成影響。

2.3.2 塌落振動校核

建筑物塌落倒地時對地面的沖擊也會產(chǎn)生震動，目前建筑物塌落的經(jīng)驗計算公式。

(2)

式中：vt為振動速度，cm/s；Kt、β為衰減參數(shù)，分別取3.37、-1.66；m為水塔質(zhì)量，3 800 t；H為建筑物重心高度，取35 m；σ為介質(zhì)的破壞強度，一般取10 MPa；R為沖擊地面中心到建筑物的最近距離，取75 m；g為重力加速度，一般取9.8 m/s2；

代入公式計算得vt= 1.76 cm/s。

距離水塔樓倒塌中心最近的建構筑物為售樓部、A3、A4地塊建筑及基坑，一般基坑支撐梁的抗震標準可以達到5 cm/s。塌落觸地振動不會對周邊建筑物造成影響。

2.4 安全防護

1)飛石防護。對于爆破飛石擬采用直接防護和近體防護措施綜合進行控制。直接防護措施：在爆破部位用竹排、2～3層鐵絲網(wǎng)等進行直接包扎(見圖6)；近體防護措施：在爆破部位建筑物外側包裹多層密目式安全網(wǎng)(見圖7)。

圖6 直接防護效果

圖7 近體防護效果

2)減小觸地振動措施。通過毫秒延時起爆網(wǎng)路控制倒塌和觸地時間，使之分段觸地，以減少觸地振動，分段時間如表2所示。

3 爆破效果及體會

3.1 爆破效果

起爆后，立柱按延時順序起爆，大約2 s左右樓體開始傾倒下坐，然后按照設計倒塌方向倒塌，總時長約11 s。個別爆破飛石飛濺25 m；樓體頭部著地部位北側無飛濺，南側正南方及東南方有部分淤泥飛濺(30 m)，沒有造成破壞。觸地振動速度0.85 cm/s，符合振動控制范圍。

樓體結構較穩(wěn)固，倒塌后未發(fā)生解體。倒塌樓體總長度約65 m(見圖8)。

圖8 爆破效果

3.2 體會

1)本次拆除對象結構特殊，設計施工過程中，各危害因素考慮全面，為今后此類結構的建(構)筑物拆除提供了參考。

2)通過預處理將水塔整體結構簡化為框架結構，便于設計與施工。

3)整個水塔拆除施工過程僅用1.5 d，未對人員、被保護建筑物造成任何損傷。相比人工拆除方案，大幅縮短了施工時間、最大限度的保證了施工安全和經(jīng)濟效益。

4)在高聳建筑物拆除爆破時，對建筑物觸地范圍內(nèi)石塊、淤泥需清理干凈，避免產(chǎn)生過遠飛石。

5)通過在預定倒塌位置開挖緩沖工事，鋪設緩沖材料，塌落振動控制在安全范圍之內(nèi)。