高層樓房單向折疊拆除爆破

張 斌，劉 嵩，蓋四海，吳 江，付 雷

(1.河南省永聯中野爆破工程有限公司，鄭州 450000；2.河南省永聯民爆器材股份有限公司，鄭州 450000；3.河南迅達爆破有限公司，河南 焦作 454000)

1 工程概況

由于城市發展規劃原因，信陽市浉河區有1棟18層全剪力墻安置樓房需要拆除爆破，被爆樓房周邊環境復雜(見圖1)，東北側89 m是居民小區，南側距離金色家園1號樓僅8.6 m，西側85 m是沿河居民樓，北側46 m是民用電線桿以及架空電線、54 m是中環置業項目部、48 m是辦事處，再北側90 m為信陽市新七大道。

圖1 周圍環境

目前該樓房僅完成主體施工和二次砌體。樓房為全剪力墻結構，地上18層地下1層，南北長51.6 m、東西寬14.7 m、高60.5 m，共2個單元，每個單元有2部電梯和1部樓梯。標準層由北側電梯井及樓梯等單元分割，南部呈異型斷截面(見圖2)。總拆除爆破面積約12 000 m2。

圖2 底層平面

2 爆破方案確定

2.1 難點分析

1)南側距水泥柱柵欄圍墻6 m，距金色家園小區一號樓10 m，對防止樓房后坐以及爆破產生的振動、飛石控制要求高。

2)北側46 m為架空電線，48 m為辦事處及原項目部辦公區域。需嚴格控制倒塌距離，以及倒塌后樓房的前沖。

3)該樓房為東西對稱剪力墻結構，北側有倒塌方向。南側突出的陽臺造成南北不對稱，爆破切口形成后，爆破扭矩的支撐點不在同一軸線上，對受力支撐位置選擇提出新的問題。

2.2 爆破總體方案

為保證樓房爆破倒塌過程中不產生后坐而危及南側居民樓，北側縮短倒塌距離而保證原項目部辦公室及街道辦事處的安全，根據樓房周圍環境及結構特點，確定總體方案為：布置上下2個切口，采用延時分段控制爆破技術，起爆后主體同向折疊向北坍塌。即保留南側A、B軸線間剪力墻不破壞，C軸部分爆破；對樓房1～3層和8～9層布置2個切口，按照自上而下、從北往南的順序依次延時起爆，使樓房在自重作用下形成剪切和傾覆力矩在空中解體向正北方向倒塌。

3 樓房控制爆破設計

3.1 預處理工作

由于該樓房為全剪力墻結構，北部有電梯井及樓梯間，對倒塌解體有一定的阻礙作用，同時考慮施工工期的要求，為加快鉆孔進度，實施爆破前需在穩定性驗算的基礎上對剪力墻和樓梯進行部分預拆除,選擇三角形切口[1](見圖3)。

圖3 剪力墻預處理

1)首先拆除剪力墻中間的二次填充墻(加氣塊磚)，為平行于剪力墻水平鉆孔提供方便。

2)樓梯間和電梯井位于倒塌方向上，為了保證樓房的順利倒塌，爆破前拆除切口內電梯井的南北向剪力墻，并切斷鋼筋。

3)對切口東西邊墻，按照三角形切口形式機械處理到位。

4)為減少鉆孔數量，對長度超過1.5 m以上的剪力墻“化墻為柱”預拆除[1]，保留拐角、交叉等關鍵部位，但總處理量不得超過剪力墻面積的30%。1層預處理B-H軸線，2層預處理C-H軸線，3層預處理E-H軸線，8層預處理B-H軸線，9層預處理D-H軸線。

3.2 爆破切口設計

1)切口形式。根據爆破力學和結構力學原理，用控制爆破法拆除建筑物，主要是破壞承重結構部位或大部分的材料強度，使其失去承載能力，必要時需破壞某些結構的剛度，從而使構筑物整體失去穩定性，重心產生位移，在本身自重的作用下形成傾覆力矩，迫使建筑物按設計方向倒塌。此次拆除爆破的為全剪力墻結構樓房，采用三角形切口形式為宜。

2)切口高度。一般情況下爆破樓房切口角度不低于30°即可完成定向傾倒，本次待爆破的樓房的寬度為14.7 m。經綜合考慮，為確保樓房可靠倒塌并縮小倒塌距離，下部爆破切口角為30°，即切口高度為8.49 m，上部爆破切口角為22°，即切口高度為6 m(見圖4)。

圖4 切口布置

3)支撐體分隔線選擇。由于此樓為非對稱體的全剪力墻結構，剪力墻厚度200 mm。樓體距南側居民樓較近，為保證爆破后不產生后坐危及居民樓的安全，選取了較大的支撐體，且根據不同部位結構強度選擇不同的支撐長度。

3.3 炮孔布置

本次爆破樓房為全剪力墻結構，剪力墻厚度為20 cm，造型“T”“L”“一”3種不同類型。預處理后的剪力墻長度約為0.5～1.8 m，大部分采用平行于剪力墻水平鉆孔，少量不便施工的部位采用垂直墻面的鉆孔，對于墻角部位采用不同方向交叉鉆孔方式，確保裝藥到位。

剪力墻厚度0.2 m，孔徑38 mm，鉆孔深度水平孔0.4～1.5 m，垂直孔0.12 m；最小抵抗線0.1 m，孔距0.2 m，排距0.2 m，炸藥單耗3 000 g/m3，采用導爆索空氣間隔裝藥，導爆管雷管引爆，總鉆孔數3 000個，總延米2 500 m，炮孔裝藥結構如圖5所示。

圖5 裝藥結構

3.4 爆破器材使用量

全樓共使用膏狀乳化炸藥288 kg、數碼電子雷管600發、導爆管雷管3 300發、導爆索1 800 m。

3.5 爆破網路設計

對于高大的建筑物定向拆除爆破，必須做到每孔每個藥包可靠爆破。考慮到周邊環境的復雜性及延時要求，采用數碼電子雷管-導爆管雷管雙起爆網路。整個網路自上而下、自北向南分為7個響次延時起爆，上部分3個響次，下部分4個響次。起爆延時采用孔內孔外雙延時的方法，上、下部切口孔內用HS5段(延時2 000 ms)，孔外用2發數碼電子雷管連接并設置延時，各層剪力墻雷管段位分布如表1所示。為提高起爆的可靠性，每個孔外數碼雷管擊發點上并聯1發瞬發導爆管雷管，相同延時的擊發點上的導爆管雷管用“四通”連接形成導爆管閉合網路(見圖6)，用數碼電子雷管起爆器起爆，該起爆網路比較安全。

表1 各層剪力墻雷管段位分布

圖6 起爆網路

4 安全校驗及安全防護措施

4.1 爆破振動安全校驗

根據薩道夫斯基經驗公式[2]計算

(1)

式中：v為被保護對象所在地面質點峰值振動速度，cm/s；R為測點到爆區中心的距離，m；Q為最大分段裝藥量，kg；K為與爆破場地條件有關的系數；α為與爆破場地地質條件有關的系數，進行爆破振動速度計算時，取K=150，α=1.6；k為離散系數，k=0.4。計算得到最近保護建筑物南側樓房爆破振動速度為1.94 cm/s，在開挖減振溝后能夠滿足爆破安全規程要求。

4.2 觸地振動安全校驗

高層建筑物拆除爆破倒塌觸地時，對地面的沖擊較大，產生塌落振動。其經驗公式[3]為

(2)

式中：vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s；m為下落構件的質量，t；g為重力加速度，取9.8 m/s2；H為構件的重心高度，m；σ為地面介質的破壞強度，一般取10 MPa；R為保護建筑物至沖擊地面中心的距離，m；K、β為塌落振動速度衰減系數和指數，一般K=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80；k為采取挖溝槽、壘筑土墻減振措施時減振系數，k=1/4～1/3。

根據拆除樓房的圖紙和實際情況，估算上部切口質量為5 000 t，下部切口質量為4 600 t，重心高度分別為39 m和12 m。計算可知，對于距離爆破體最近的南側居民樓質點塌落振動速度為0.96～1.93 cm/s，在規程安全要求范圍之內(實際監測爆破振動速度為1.17 cm/s)。

4.3 爆破飛石的安全距離校驗

采用以下公式[3]計算爆破飛石距離：

(3)

式中：L為個別飛石的最大距離，m；QL為炸藥單耗，kg/m3。

將炸藥單耗q=3.0 kg/m3代入式(3)，得L=125.3 m，經計算爆破飛石距離在安全警戒范圍之內；對距離較近的建筑物應進行防護，并在炮孔外部使用石棉布、鐵絲網和膠皮帶等防飛石措施。

4.4 減振安全技術措施

1)鋪設緩沖墊層，對倒塌區域內的地面雜物進行清理，防止落地飛濺。采用多排小間距高沙堤可有效降低樓房倒塌沖擊荷載和振動[4]，沿著傾倒方向距樓房北墻15 、45 m處鋪設2道2.5 m厚的沙堤，既起到減振作用又阻止濺起飛石。

2)采用分區起爆。各分區之間毫秒間隔起爆，這樣使同時爆炸的各段藥量相對分散，因此加強了地震波在傳播過程中的互相干擾，起到了減振的作用。

3)隨著距爆源水平距離的增加，爆破振動速度逐漸減小[5]，所以在倒塌方向上開挖減振溝，能阻斷觸地振動傳播。

4.5 防飛石安全措施

1)沿爆破切口用1層石棉布保護起爆器材，然后用2層鋼絲網，外加1層膠皮帶全覆蓋防護，用鐵絲固定在爆破切口上。

2)待爆樓房南側10 m有居民樓。因此，所有安放炸藥的樓層南側窗戶、門洞等用雙層鋼絲網覆蓋。

3)南側居民樓所有窗戶用單層鋼絲網遮擋防護。

5 爆破效果

2020年1月20日11時，剪力墻高樓成功爆破，南側樓房未受到任何影響。爆破瞬間樓房整體下坐，同時向北傾斜，切口落地后，整體向北定向倒塌。樓房9層以下部分全部下坐破碎落入底層空間，由于南側保留較多的支撐體，后部無下坐及后坐情況，南側2層以下保留少量剪力墻，也起到了防飛石作用；上部各層整體倒塌，少量破碎，倒塌長度約40 m，頂部有1 m見方頂板拋出2 m，部分鋼筋裸露；由于開挖了2條減振溝和鋪設了緩沖墊層，未有明顯下陷入土現象(見圖7)。

圖7 爆破效果

6 結語

1)對于全剪力墻的建構物拆除爆破，爆破切口高度除按理論計算外，還應充分考慮結構抗剪性強的結構特征，在條件允許時適當提高爆破切口位置，以確保順利倒塌。

2)拆除爆破剪力墻建筑物，在穩定性驗算的基礎上對切口進行預處理，減少鉆孔工作量和總裝藥量，可有效控制爆破振動的影響。

3)對于異型剪力墻非對稱支撐，為降低下坐及對后方的影響，可部分加大支撐面積，同時采用導爆索空氣間隔裝藥結構，能夠破碎均勻，使建筑物順利倒塌。

4)異型全剪力墻非對稱高層樓房，起支撐作用的剪力墻截面窄小、支點多且不對稱，受力破壞后結構變形失穩的速度介于磚混結構樓房和框架結構樓房之間，排間延時時差可參照該特點選擇。

5)采用上下2個切口，通過合理的延時時差，能有效減小倒塌距離。