復雜環境下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外工程技術人員重點關注和研究的對象[1-4]。 實際拆除過程中,根據周圍環境的特點和拆除難點,工程技術人員在復雜環境下爆破拆除往往會遇到各種困難。 如何處理好復雜環境下安全高效拆除建筑物成為近年來爆破工程技術人員一直攻克鉆研的首要難題。

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

提前做好高聳框架樓房的預拆除處理是爆破拆除成功的關鍵,同時做好爆破安全設計、安全防護和主動減振處理,才能成功完成復雜環境下高聳建筑物的拆除。

1 工程概況

1.1 周邊環境

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

場地內A3-1 樓距離地下天然氣管路最近為41 m(A3-1 樓東側慧谷路處)。 A3-1 地塊待拆建筑物東側23 m 處為慧谷路,東側48 m 處為A1 待拆地塊;A3-1 東北側85 m 處為昆明市安全文明協會(3 層構建筑物);A3-2 南側38 m 為海源北路,88 m 處為居民樓;A3-2 號樓南側96 m 處為生活用水管道。 北側及西北側為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環繞海源北路-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。

具體周邊環境如圖1 所示。

圖1 A3 地塊拆除爆破周圍環境圖

1.2 樓房結構

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

圖2 A3-1 和A3-2 平面結構示意圖

2)樓房立柱尺寸主要有1.10 m×1.35 m(不規則)、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構配筋率較高,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格尺寸詳見表1。

表1 主要立柱位置及規格

1.3 爆破難點分析

1)待拆的兩個樓房結構墻柱混凝土強度高,柱子的配筋率高,核心筒結構增強了樓體的整體穩定性,拆除難度大。

2)樓體兩側臨近市區公路,周圍環境復雜。 有高壓線、天然氣管道、居民樓、商業樓等需要保護的設施,防止爆破振動、觸地振動對周圍設施的影響及飛石的控制。

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

4)預拆除難度大,要嚴格按照爆破預拆除方案精細施工,對兩棟樓房進行裙樓拆除,并確保兩棟建筑物的穩定性。

2 爆破總方案設計

考慮到兩棟樓房均為22 層框架結構,距離較近,倒塌方向上距離不夠防止形成人字形,經過查證資料,結合相關拆除案例[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,起爆間隔時間為3 s。

3 預拆除措施

預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。 預處理后樓房平面結構圖如圖3 所示。

圖3 預處理后樓房平面結構圖

4 爆破參數設計

4.1 切口參數設計

1)由于A3-1、A3-2 樓尺寸結構相近,均為22層框架結構,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 地塊爆破設計以A3-1 樓爆破設計作為典型設計,A3-2 樓設計參照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)根據經驗與理論計算,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 立柱切口炮孔參數設計

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

①立柱破壞高度

本次爆破樓房屬于鋼筋混凝土框架結構,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為經驗系數,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。

實際施工中,結合以往實踐經驗,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立柱爆破層數設計

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鉆孔直徑設計炮孔直徑為42 mm,為鉆孔作業方便,炮孔布置在距底板0.5 m 以上。

4.3 典型立柱爆破參數

樓房立柱具體爆破參數見表2。

表2 典型立柱爆破參數表

4.4 切口延期時間及起爆網路設計

1)A3-1 切口延時設計: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 切口延時設計: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)起爆網路設計:采用四通與簇聯相結合的復式網路,孔內采用指定段別的單發導爆管雷管,孔外采用雙發瞬發MS-1 段雷管進行傳爆,雙雷管尾線采用四通方式接入敷設的雙根導爆管網路中形成復式起爆。 同時,為確保整體起爆網路的可靠性,同一層間通過雙線搭接的方式,形成多個閉環,上、下層間選擇2 個節點,使用4 條導爆管連接。復式起爆網路布置如圖6 所示。

5 爆破安全防護措施

考慮到周圍環境的復雜程度,結合以往爆破拆除施工防護經驗,本次爆破防護采取以下方式:

1)在樓房倒塌方向上加強防護工作,采用多道減振堤的防護形式,減振土堤采用現場紅土堆砌,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,最上層堆砌兩層防水沙袋。 根據設計方案,預計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4 道。 確保減振堤在倒塌方向上的鋪設范圍滿足倒塌安全要求。

2)立柱上采用20 層密網進行包裹,再用12 號鐵絲進行捆扎。

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

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

6 爆破觸地振動校核

根據周家漢提出的理論計算公式[8-9]:

式中:M為下落構件質量;g為重力加速度,g=9.8 cm/s2;kt,β為相關參數,k=3.37,β=-1.66;H為構件重心高度;R為保護物至著地點距離,R=96 m;σ為地面介質的破壞強度,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),經計算得vt=1.58 cm/s,根據《爆破安全規程》的安全標準,該塌落振動不會對周圍建筑物、設施等產生損傷。

7 爆破效果

本次爆破A3 地塊兩棟樓房共使用炸藥446.82 kg,導爆管雷管1 222 發,導爆管6 500 m,鉆孔1 088 個。 兩棟樓房按照預期設計延期時間逐一倒塌。

本次爆破采用主動防護和被動防護相結合的安全防護方式,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均布置了測振點,測振結果均未超過《爆破安全規程》允許振動范圍。

8 結論

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

2)針對樓房拆除采用主動防護和被動防護可以有效控制爆破飛石和爆破振動。

3)對于有地下室的樓房爆破拆除,一定要做好提前預拆除,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是有效的。