復(fù)雜環(huán)境下22 層框架樓房對向倒塌爆破拆除

張文龍,王艷紅,鄭文富,楊志紅

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

0 引言

爆破拆除高聳建筑物一直是國內(nèi)外工程技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注和研究的對象[1-4]。 實(shí)際拆除過程中,根據(jù)周圍環(huán)境的特點(diǎn)和拆除難點(diǎn),工程技術(shù)人員在復(fù)雜環(huán)境下爆破拆除往往會遇到各種困難。 如何處理好復(fù)雜環(huán)境下安全高效拆除建筑物成為近年來爆破工程技術(shù)人員一直攻克鉆研的首要難題。

張耀良等[5]在復(fù)雜環(huán)境下倒塌距離不足的情況下采用雙向折疊爆破技術(shù)對長沙市一棟73 m 的高樓進(jìn)行爆破拆除;王貴等[6]在復(fù)雜環(huán)境下采用三角形單切口成功爆破了內(nèi)蒙古一座鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓房;楊志紅等[7]對兩座框架核心筒結(jié)構(gòu)樓房分別采取雙切口、單切口的方式成功爆破昆明市違規(guī)建筑商業(yè)樓房。

提前做好高聳框架樓房的預(yù)拆除處理是爆破拆除成功的關(guān)鍵,同時(shí)做好爆破安全設(shè)計(jì)、安全防護(hù)和主動(dòng)減振處理,才能成功完成復(fù)雜環(huán)境下高聳建筑物的拆除。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

本文介紹的是云南省昆明市商業(yè)建筑樓群二期拆除樓中的A3-1 樓和A3-2 樓2 座框架商業(yè)樓的爆破拆除。

場地內(nèi)A3-1 樓距離地下天然氣管路最近為41 m(A3-1 樓東側(cè)慧谷路處)。 A3-1 地塊待拆建筑物東側(cè)23 m 處為慧谷路,東側(cè)48 m 處為A1 待拆地塊;A3-1 東北側(cè)85 m 處為昆明市安全文明協(xié)會(3 層構(gòu)建筑物);A3-2 南側(cè)38 m 為海源北路,88 m 處為居民樓;A3-2 號樓南側(cè)96 m 處為生活用水管道。 北側(cè)及西北側(cè)為A4 待拆樓房地塊。A3 的兩棟樓間距為25 m 左右。

10 kV 新飛林Ⅱ回線及其桿號分布鋪設(shè)環(huán)繞海源北路-慧谷路,高壓線桿高8 m 左右,距待拆建筑物A3-1 最近為慧谷路23 m 處,距離A3-2 最近距離為海源北路80 m 處。

具體周邊環(huán)境如圖1 所示。

圖1 A3 地塊拆除爆破周圍環(huán)境圖

1.2 樓房結(jié)構(gòu)

1)A3-1 樓及A3-2 樓均為22 層框架核心筒結(jié)構(gòu)樓房,樓房長46.4 m,寬27.6 m,高78.15 m。兩個(gè)樓體中間有裙樓連接。 A3-1 和A3-2 的平面結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 A3-1 和A3-2 平面結(jié)構(gòu)示意圖

2)樓房立柱尺寸主要有1.10 m×1.35 m(不規(guī)則)、0.95 m×0.95 m、0.95 m×0.90 m、0.90 m×0.90 m、0.60 m×0.60 m 5 種尺寸立柱。 待拆樓房主要立柱結(jié)構(gòu)配筋率較高,縱筋直徑為22 mm 和25 mm,箍筋布置為?10@100～?12@100。 各主要立柱位置及規(guī)格尺寸詳見表1。

表1 主要立柱位置及規(guī)格

1.3 爆破難點(diǎn)分析

1)待拆的兩個(gè)樓房結(jié)構(gòu)墻柱混凝土強(qiáng)度高,柱子的配筋率高,核心筒結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了樓體的整體穩(wěn)定性,拆除難度大。

2)樓體兩側(cè)臨近市區(qū)公路,周圍環(huán)境復(fù)雜。 有高壓線、天然氣管道、居民樓、商業(yè)樓等需要保護(hù)的設(shè)施,防止爆破振動(dòng)、觸地振動(dòng)對周圍設(shè)施的影響及飛石的控制。

3)待拆樓房周圍環(huán)境復(fù)雜,對爆破飛石,建筑物觸地解體二次飛濺以及爆破振動(dòng)、觸地振動(dòng)等危害效應(yīng)的控制要求比較高。

4)預(yù)拆除難度大,要嚴(yán)格按照爆破預(yù)拆除方案精細(xì)施工,對兩棟樓房進(jìn)行裙樓拆除,并確保兩棟建筑物的穩(wěn)定性。

2 爆破總方案設(shè)計(jì)

考慮到兩棟樓房均為22 層框架結(jié)構(gòu),距離較近,倒塌方向上距離不夠防止形成人字形,經(jīng)過查證資料,結(jié)合相關(guān)拆除案例[4],決定采用定向倒塌的爆破拆除方案,均采用單切口,切口形式為梯形,沿短邊A3-1 先倒塌,A3-2 再倒塌的起爆方式,起爆間隔時(shí)間為3 s。

3 預(yù)拆除措施

預(yù)處理主要拆除立柱之間的墻體和電梯井附近的墻體、剪力墻。 本次爆破樓梯預(yù)處理范圍為5層,比切口高度多1 層,其余為4 層,電梯井處理3層。 預(yù)處理后樓房平面結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 預(yù)處理后樓房平面結(jié)構(gòu)圖

4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 切口參數(shù)設(shè)計(jì)

1)由于A3-1、A3-2 樓尺寸結(jié)構(gòu)相近,均為22層框架結(jié)構(gòu),其樓房尺寸為:長46.4 m,寬27.6 m,高78.15 m,沿短邊的高寬比為78.15/27.6=2.83。

2)本次A3 地塊爆破設(shè)計(jì)以A3-1 樓爆破設(shè)計(jì)作為典型設(shè)計(jì),A3-2 樓設(shè)計(jì)參照A3-1。

3)A3-1 樓房采用單切口,切口形式為梯形,如圖4 所示。

圖4 切口倒塌示意圖(單位:mm)

4)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與理論計(jì)算,A3-1 切口為4 層,高度為17.85 m,定向倒塌切口閉合角為43°,倒塌距離估算為60 m。 切口高度如圖4 所示。

4.2 立柱切口炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)

1)典型立柱炮孔布置如圖5 所示。

圖5 柱子類型及炮孔布置示意圖(單位:mm)

2)立柱爆破參數(shù)

①立柱破壞高度

本次爆破樓房屬于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),其承重立柱的爆破破壞高度H按下式確定:

式中:H為立柱的破壞高度;K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取1.5～2.0;B為立柱的邊長,取最大值;D為鋼筋的直徑,取大值0.025 m;Hmin為最小破壞高度,Hmin=(30～50)D,Hmin=0.75 m。

實(shí)際施工中,結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),立柱炸高H=K(B+Hmin)= 1.5×(1.35+0.75),H=3.0 m。

②后支撐鉸鏈高度

后支撐鉸鏈高度H鉸=1.2×B窄,取H鉸=1.2 m。

③立柱爆破層數(shù)設(shè)計(jì)

A 排立柱爆破4 層;B 排立柱爆破4 層;C 排立柱爆破2 層;D 排立柱爆破1 層。

④鉆孔直徑設(shè)計(jì)炮孔直徑為42 mm,為鉆孔作業(yè)方便,炮孔布置在距底板0.5 m 以上。

4.3 典型立柱爆破參數(shù)

樓房立柱具體爆破參數(shù)見表2。

表2 典型立柱爆破參數(shù)表

4.4 切口延期時(shí)間及起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

1)A3-1 切口延時(shí)設(shè)計(jì):A3-1 的A 排墻柱采用MS-1 段別,B 排墻柱采用HS-2 段別,C 排墻柱采用HS-3 段別,D 排墻柱采用HS-4 段別。

2)A3-2 切口延時(shí)設(shè)計(jì):A3-2 的A 排墻柱采用HS-7 段別,B 排墻柱采用HS-8 段別,C 排墻柱采用HS-9 段別,D 排墻柱采用HS-10 段別。

3)起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì):采用四通與簇聯(lián)相結(jié)合的復(fù)式網(wǎng)路,孔內(nèi)采用指定段別的單發(fā)導(dǎo)爆管雷管,孔外采用雙發(fā)瞬發(fā)MS-1 段雷管進(jìn)行傳爆,雙雷管尾線采用四通方式接入敷設(shè)的雙根導(dǎo)爆管網(wǎng)路中形成復(fù)式起爆。 同時(shí),為確保整體起爆網(wǎng)路的可靠性,同一層間通過雙線搭接的方式,形成多個(gè)閉環(huán),上、下層間選擇2 個(gè)節(jié)點(diǎn),使用4 條導(dǎo)爆管連接。復(fù)式起爆網(wǎng)路布置如圖6 所示。

5 爆破安全防護(hù)措施

考慮到周圍環(huán)境的復(fù)雜程度,結(jié)合以往爆破拆除施工防護(hù)經(jīng)驗(yàn),本次爆破防護(hù)采取以下方式:

1)在樓房倒塌方向上加強(qiáng)防護(hù)工作,采用多道減振堤的防護(hù)形式,減振土堤采用現(xiàn)場紅土堆砌,頂寬1 m,底寬2 m,高度1～3 m,頂部壓2 至3 層彩條布與建筑濾網(wǎng),最上層堆砌兩層防水沙袋。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案,預(yù)計(jì)主體倒塌長度不超過60 m,因此,從樓房前沿開始算起,每15 m 砌筑一道減振土堤,由倒塌方向共搭設(shè)4 道。 確保減振堤在倒塌方向上的鋪設(shè)范圍滿足倒塌安全要求。

2)立柱上采用20 層密網(wǎng)進(jìn)行包裹,再用12 號鐵絲進(jìn)行捆扎。

3)為了阻擋個(gè)別飛石飛出警戒范圍,在切口方向外側(cè)懸掛安全網(wǎng),通過延緩能量的釋放達(dá)到控制飛石的目的。

4)在爆破前,對待拆建筑周邊地下室側(cè)面地連墻的梁及樓板進(jìn)行切割、留縫,割斷連接處的鋼筋,以形成減振溝,隔斷振動(dòng)波的傳播。

6 爆破觸地振動(dòng)校核

根據(jù)周家漢提出的理論計(jì)算公式[8-9]:

式中:M為下落構(gòu)件質(zhì)量;g為重力加速度,g=9.8 cm/s2;kt,β為相關(guān)參數(shù),k=3.37,β=-1.66;H為構(gòu)件重心高度;R為保護(hù)物至著地點(diǎn)距離,R=96 m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,一般取10 MPa,為A3-2 號樓定向倒塌對其背向96 m 處的生活用水管道的影響。 代入公式(3),經(jīng)計(jì)算得vt=1.58 cm/s,根據(jù)《爆破安全規(guī)程》的安全標(biāo)準(zhǔn),該塌落振動(dòng)不會對周圍建筑物、設(shè)施等產(chǎn)生損傷。

7 爆破效果

本次爆破A3 地塊兩棟樓房共使用炸藥446.82 kg,導(dǎo)爆管雷管1 222 發(fā),導(dǎo)爆管6 500 m,鉆孔1 088 個(gè)。 兩棟樓房按照預(yù)期設(shè)計(jì)延期時(shí)間逐一倒塌。

本次爆破采用主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的安全防護(hù)方式,有效控制了爆破飛石和爆破噪聲。海源北路的高壓線和鄰近居民區(qū)及生活用水管道、慧谷路的高壓線均未受到影響。 針對A3 地塊可能引起的爆破及觸地振動(dòng)均布置了測振點(diǎn),測振結(jié)果均未超過《爆破安全規(guī)程》允許振動(dòng)范圍。

8 結(jié)論

1)本次兩棟距離較近樓房的成功爆破驗(yàn)證了爆破拆除延期時(shí)間設(shè)置為3 s 是合理的,樓房爆破墻柱間采用500 ms 間隔時(shí)間是合理的,兩棟樓房的爆堆折疊程度在預(yù)期高度以內(nèi),可供其他類似工程參考借鑒。

2)針對樓房拆除采用主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)可以有效控制爆破飛石和爆破振動(dòng)。

3)對于有地下室的樓房爆破拆除,一定要做好提前預(yù)拆除,對地下室的樓板、梁柱等提前隔斷對于順利倒塌和減弱爆破振動(dòng)是有效的。