等長寬比全剪力墻結構高層樓房定向爆破拆除

陳鵬，鄭文富，楊志紅，張文龍，鄭文輝

（1 廣東中人爆破工程有限公司，廣東廣州 510640；2 湛江市礦大爆破有限公司，廣東湛江 524000）

1 工程概況

1.1 環境概況

昆明市某待拆樓房地塊內有11棟全剪力墻結構高層建筑需進行爆破拆除，其中，A4-1、A4-2樓為長寬比近似相等的平面尺寸結構。場地內A4-1、A4-2樓的西南側39.3 m處為新售樓部，需進行保護控制，其北側51.6 m處為待拆樓房A4-10，41.3 m處為待拆樓房A4-11，西側45.9 m處為待拆樓房A4-3，東側為空地。具體周邊環境如圖1所示。

圖1 樓房周邊環境

1.2 結構特點

A4-1樓、A4-2樓為22層全剪力墻結構樓房，長27.39 m，寬25.54 m，高77.6 m，層高均為3.5 m，樓房內無磚砌體，未進行裝修。樓房整體混凝土強度等級高，完整性好，其樓層標高對應混凝土強度等級如表1所示。

表1 樓層標高混凝土強度等級對應

樓房內剪力墻主要為20墻、25墻及30墻，其約束邊緣轉角墻及約束邊緣暗柱鋼筋配比高，箍筋密集，樓層轉角墻及邊緣暗柱分布如圖2所示，典型尺寸剪力墻鋼筋配筋如圖3所示。

圖2 樓層轉角墻及邊緣暗柱分布

圖3 典型尺寸剪力墻鋼筋配筋

1.3 難點分析

1）周邊環境復雜，距新售樓部較近，需嚴格控制爆破危害效應造成的影響。

2）結構復雜，全剪力墻結構側向剛度大，定向倒塌難度較高。

3）鉆孔施工難度大，轉角處及邊緣暗柱鋼筋及箍筋密集，需加大單耗，才能使轉角墻及邊緣暗柱內混凝土脫籠。同時，因剪力墻體為薄壁長條狀結構，在其短邊處鉆孔容易出現鉆孔偏差，導致出現孔底自由面過小或過大的情況，造成偏炸的現象。

2 方案設計

根據周邊環境特點，考慮到待拆樓房南向處有新售樓部需要保護，選擇樓房平面結構中心線北向作為定向倒塌方向，通過開設單切口方式，對切口范圍內預處理后剩余的剪力墻進行鉆爆，以實現定向倒塌的目的[1]。

2.1 爆破切口

由于待拆樓房平面尺寸為長寬比近似的結構，因此，根據以往施工經驗，需要增大爆破切口高度，取切口高度h為14 m，切口高度為4層，定向倒塌切口閉合角為45°，倒塌距離估算為52 m左右。爆破切口示意圖如圖4所示。

圖4 爆破切口

為簡化爆破作業，更直觀地進行鉆眼、裝藥及網路的連接，將樓層內平面區域剪力墻進行劃分，分為①②③④四個塊域，爆破切口塊域分段如圖5所示。

圖5 爆破切口塊域分段

2.2 預處理

拆除爆破預處理是在爆破實施前，通過機械或人工對待拆建筑物進行一些必要的處理，以降低鉆孔工作量，提高爆破施工效率，減少火工品的消耗，節約成本，還可以提高定向爆破拆除的準確性與安全性。

本次爆破預處理范圍為4層，通過長臂炮機從北側破碎開口進入，拆除電梯井部分結構和一側梯段，并對樓房外圍剪力墻非約束邊緣或轉角暗柱部分進行破碎，化墻為柱，同時通過人工風鎬將步行樓梯梯段打斷兩處，以形成三鉸鏈結構，樓梯梯段處理范圍為1—5層。預處理后樓層平面結構如圖6所示[2]。

圖6 預處理范圍及位置

2.3 爆破參數設計

采用YT28氣腿鑿巖機鉆鑿炮孔，炮孔直徑為42 mm，在底板標高+50 cm處向上，在剪力墻長邊處進行布孔。垂直于倒塌方向的剪力墻，上下各布置3排炮孔，平行于倒塌方向的剪力墻，布置6～7排炮孔，炸高為1.8～2.1 m；倒塌后排鉸鏈部分布置2排炮孔，裝填φ32乳化炸藥藥卷，采用φ32型錨固劑進行堵孔。

單孔藥量根據體積原理，對單孔藥量按式（1）確定[3]：

式中：Q—單孔裝藥量/g；q—單耗kg/m3；a—孔距/m；b—排距/m；B—剪力墻厚度/m；

各類型尺寸剪力墻參數匯總如表2所示。

表2 各類型尺寸剪力墻參數匯總

2.4 起爆網路設計

由于拆除爆破雷管用量巨大，當選用數碼電子雷管時，一次激發起爆全部雷管難度非常高，因此，本次采用普通導爆管雷管起爆網路，孔內采用單發半秒延時雷管，孔外通過雙發Ms1段雷管簇聯，連接成復試起爆網路[4]。

1）層間起爆網路設計

A4-1樓層內①②③④四個塊域孔內分別采用Hs2、Hs3、Hs4、Hs5半秒延時雷管，A4-2樓層內①②③④四個塊域孔內分別采用Hs3、Hs4、Hs5、Hs6半秒延時雷管，孔外通過雙發Ms1段雷管簇聯，通過四通連接件將層內、層與層之間雷管腳線連接成多通道復試起爆網路。層間網路連接如圖7所示。

圖7 層間網路連接

2）樓間起爆網路設計

在樓棟四角布置4個引出點，每個點引出2根導爆管，通過四通連接器接入雙導爆管主網路，連接成雙導爆管雙保險起爆網路，最后通過兩個起爆器進行激發起爆。樓間網路連接形式如圖8所示[5]。

圖8 樓間網路連接

3 爆破安全校核

3.1 預處理穩定性校核

根據樓房平面尺寸結構，對預處理后剩余剪力墻尺寸截面進行抗壓強度穩定性安全校核，校核結果如表3所示。

表3 預處理穩定性安全校核表

根據上表復核結果及相關拆除經驗，本次全剪力墻抗壓強度安全校核值為6.05 MPa，遠小于45 MPa，符合C45混凝土抗壓強度要求，預處理不會影響樓房結構整體穩定性。

3.2 爆破振動安全校核

根據常用的爆破振動安全校核公式——薩道夫斯基公式[6]校核得：

式中：Q——最大單段爆藥量（kg）；R——爆心距（m）；V——校核安全振動速度（cm/s）；k，ɑ——與地震波傳播地段的介質性質及距離有關的系數；k′——修正系數；本次校核取：k=160，ɑ=2.0，k′=0.2。

根據最大單段藥量Q=52.6 kg，校核距爆破點最近39.3 m處新售樓部的爆破振速為0.29 cm/s。校核符合《爆破安全規程》中關于一般民用建筑物安全允許值2.0 cm/s。

3.3 塌落振動校核

本次爆破拆除塌落振動采用中科院力學所總結的公式[7]進行核算：

式中：Vt——塌落振速（cm/s）；M——最先撞擊地面且最大塌落物質量（t）；g——重力加速度，取10.0；H——塌落構件位置高度，取45.8 m；R——構件塌落中心至觀測點的距離（m）；σ——地面介質的破壞強度，為鋼筋混凝土地下室頂板，取10 MPa；Kt、β——衰減系數及衰減指數，一般為Kt=3.37，β=1.66。

取切口以上部位質量8572.5 t校核距爆破點最近105.49 m（重心觸地中心與保護體之間的距離）處新售樓部的爆破振動振速：1.83 cm/s，校核結果符合安全振速標準。

4 爆破安全防護

4.1 減振措施

根據待拆樓房周邊環境特點，爆破前通過地下室頂板既有的后澆帶作為爆破振動的隔斷措施，頂板邊界處無后澆帶的，利用炮機對地下室頂板進行破碎隔斷出一個1 m寬的長條形隔斷減振帶。地下室頂板隔斷及后澆帶如圖9所示。

圖9 地下室頂板隔斷及后澆帶

4.2 飛石防護措施

采用直接防護與近體防護相結合的雙重飛石防護措施，首先通過直接防護措施，對爆破剪力墻柱使用20層密目安全網進行包裹，并用12號鐵絲捆扎結實[8]。然后通過近體防護措施，在爆破切口外側三個面懸掛20層密目安全網，同時對倒塌方向背面墻體及窗戶、陽臺空間進行20層密目網封堵，以降低各方向飛石距離。根據類似工程經驗，經過雙重防護措施后，個別飛石一般不會超過20 m，直接掛網防護及陽臺、窗臺封堵如圖10、圖11所示，爆破切口范圍外側防護如圖12所示。

圖10 樓房內剪力墻掛網防護

圖11 倒塌方向背面陽臺、窗戶封堵

圖12 爆破切口外圍正面及側面安全防護圖

5 爆破效果

爆破實施時，切口形成瞬間，樓房出現輕微下座，并形成鉸鏈，向北定向逐棟倒塌。樓房解體破碎較好，解體部分侵入地下室頂板，豎向倒塌距離為45 m左右。對新售樓部進行的爆破振動峰值振速為1.62 cm/s，符合設計要求，爆破飛石及二次飛濺控制合理，距離最近的新售樓部未受到損壞，爆破前后效果如圖13、圖14所示。

圖13 爆破前現狀

圖14 爆破后現狀

6 幾點體會

1）縱觀當前樓房爆破拆除現狀，通常其周邊環境都非常復雜，包括：場地的限制、既有民房、各類型設施管線等，這大大增加了爆破拆除技術難度。同時，為保障爆破的安全順利實施，爆破實施還應分別得到各有關部門和各設施、管線產權單位的批復及許可，并制定相關應急處置措施，同時成立爆破指揮部，并組織實施。這類大體量的拆除爆破實施，對于企業在施工組織與協調上，是重點，也是難點。

2）對于等長寬比全剪力墻樓層爆破拆除設計，提高爆破切口高度，能有效保證切口閉合時重心偏出樓房平面尺寸輪廓線，使其順利定向倒塌。

3）剪力墻結構主要為抗側向力的結構，在豎向的承載上，較于框架結構樓房，其支撐穩定性是相對較低的，因此在倒塌方向上用于形成鉸鏈結構的后排剪力墻，可以采取后排部分剪力墻不進行爆破的方式或增加預留剪力墻范圍，用以克服爆破切口形成瞬間樓體的下坐。