高层框剪楼房控制爆破拆除

朱金华,孙向阳,梁钱福

(国防科学技术大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

高层框剪楼房控制爆破拆除

朱金华,孙向阳,梁钱福

(国防科学技术大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

介绍了两栋分别为 10层和 13层框剪楼房一次爆破拆除的成功实例。针对两栋楼房的结构和倒塌空间,设计合理的爆破参数、爆破切口和起爆网络,并采取必要的减震措施来控制塌落震动和飞石,取得了良好的爆破效果。

框剪楼房;爆破拆除;爆破方案;安全措施

1 工程概况

1.1 工程环境

爆破拆除的实验楼和博学楼位于长沙理工大学侯家塘校区内,博学楼位于校区中部,东西两侧为待拆除的建筑物,北侧 40 m处为该校住宅楼,南侧距实验楼 70 m,中间为空地,适合向南侧定向倒塌。

实验楼位于校区的南端,其南侧与围墙相距 6 m,围墙外为街道,街道南侧为居民住宅区,实验楼与最近的住宅相距 18 m,实验楼东西两侧为待拆除建筑物,北侧为空地,适合向该方向定向倒塌。

1.2 结构情况

实验楼高 13层为框剪结构,该楼主要起承重和稳定作用的构件是立柱、梁、剪力墙、楼板等。承重立柱有 4排,每排 7～9根,立柱共计 31根,立柱断面尺寸为 80 cm×50 cm,楼体东侧为楼梯间,有两个电梯井,四面墙体均为钢筋混凝土剪力墙结构,壁厚 24 cm,如图1所示。

图1 实验楼平面结构

博学楼高 10层,为钢筋混凝土框架结构,起承重和稳定作用的构件是立柱、梁、楼板等,承重立柱有 4排,每排 9根,立柱共计 36根,立柱断面尺寸为55 cm ×45 cm,如图2所示。

2 爆破方案设计

2.1 爆破总体方案

根据 2栋待拆楼房周边环境条件,实验楼只有向北一个方向倒塌的条件,教学楼有多个方向倒塌条件;但为了便于倒塌后的二次解体施工,最为有利的倒塌方向为向南侧。故 2栋均向中间的空地倒塌,2楼中间的空地有 80 m宽,可以满足 2栋楼房定向倒塌所需要的场地。按楼房的结构尺寸、周围环境和爆破安全要求,设计、施工时应重点把握以下几点:

(1)2栋楼采用一次点火,教学楼向南定向倒塌,实验楼向北定向倒塌,2楼起爆时间相差 300 ms;

(2)为减小楼体的落地冲击振动,将楼房分解成若干个爆破段,依次塌落;

(3)采用微差爆破技术,减少一次齐爆最大药量,减小爆破振动并能使楼房构件充分解体;

图2 博学楼平面结构

(4)对爆破严密防护,将爆破产生的飞石控制在安全距离内。

2.2 爆破参数与爆破切口设计

经优化的爆破参数如表1所示,爆破切口设计见图3。

图3 爆破切口示意

2.3 预处理

(1)砖墙预处理。用机械和人工将爆破切口范围内的非承重墙全部拆除。

(2)剪力墙预处理。楼梯间和电梯井系现浇的钢筋混凝土墙 (24 cm)结构,爆破前采用人工和机械结合的方法在爆破切口内的剪力墙上开设与立柱炸高相同高度的孔洞,保留原有墙体的 30%～40%。

(3)楼梯预处理。用风镐将 1～4层的楼梯从纵向中间切成 2段。

表1 爆破参数

3 起爆网络设计

采用一次点火,分区逐段微差起爆,在纵向和层间分别划分起爆区段。实验楼同层纵向划分为 4个区段,层间划分 2个区段 (1层和 2层为一区段,3层和 4层为一个区段),共划分 8个起爆区段;博学楼同层纵向划分为 3个区段,层间划分 2个区段 (1层为一个区段,2层和 3层为一个区段),共划分 6个起爆区段,均由西向东依次间隔起爆。

根据待爆楼房的结构及设计倒塌方向和起爆区段的划分,同层纵向起爆时差为 500 ms,层间起爆时差为 50 ms,同层同区段内的立柱同时起爆。采取孔内延期和孔外延期相结合的延期起爆方式,孔内用半秒延期,最小延期时间为 500 ms;孔外用毫秒延期,延期时间为 50 ms。

4 爆破安全设计

4.1 爆破振动验算

为避免能量集中,采用多打孔、少装药和微差延期起爆技术,将能量合理分散,严格控制单孔药量。控制一次齐爆的最大药量。一次齐爆的最大药量根据环境的具体要求按下式确定:

式中:Q安——安全允许单响齐爆药量,kg;

R——爆源至保护物的距离,m;

V——安全允许质点振动速度,cm/s;

K——为与爆区地质有关的修正系数;

α——地震波衰减系数。

根据周边环境分析,距爆源中心最近的为南侧的住宅楼,距楼体边缘 20 m,根据《爆破安全规程》(GB6722-03)要求,对砖混建筑物的质点振动速度按V=3 cm/s计算。根据拆除爆破经验数据,K取34;α取 1.57。计算得到 Q安=77 kg。

设计方案中最大一次齐爆药量为 20 kg,低于 Q安=77 kg,因此,爆破振动不会对周边建筑物造成损坏。

4.2 塌落振动控制

根据计算楼体塌落时产生的振动小于爆破安全规程中的 3 cm/s振动值的要求,但为了确保周边保护目标的安全,采取如下措施:

(1)把整个结构物划成若干个爆破单元,即爆破时,使每次塌落的建筑物质量变小,通过延期爆破实现多个单元逐次失稳塌落,从而降低塌落振动;

(2)在建筑物坍塌范围内,用建筑垃圾铺设垫层,以达到较好的减振效果。

4.3 飞石控制措施

(1)在构造柱上爆破部位用草包、麻袋进行包扎;

(2)用竹笆片草袋、彩条布等将上述待爆楼房装药楼层的门窗口都封闭。

采用上述方法进行防护后,个别飞散物的飞散距离不会大于 20 m,对周围建筑物不会造成危害。

5 爆破效果

(1)爆破后,2栋楼房都按照预定倒向完全坍塌解体,爆破飞石没有对周围造成任何破坏,住宅楼处实测的楼体塌落振动速度为 1.03 cm/s,爆破振动速度为 0.28 cm/s,均未超过国家标准规定的振动速度安全标准。

(2)由于实验楼的电梯间预处理没有完全达到要求,导致在该处产生了一定的后座。

[1] 张正宇.中国爆破新技术[M].北京:冶金工业出版社,2004.

[2] GB6722-2003.爆破安全规程[S].

[3] 刘殿中.工程爆破实用手册 [M].北京:冶金工业出版社,1999.

2011-07-06)

朱金华 (1963-),男,副教授,主要从事爆破教学、科研及实际应用。