复杂环境下楼房纵向逐跨坍塌爆破技术应用*

王洪刚，姚颖康，王 威，刘昌邦，钱 坤

(1.江汉大学 湖北(武汉)爆炸与爆破技术研究院，武汉 430056；2.爆破工程湖北省重点实验室，武汉 430056； 3.武汉爆破有限公司，武汉 430056)

近年来，逐跨坍塌爆破方案已经广泛的应用于各类高宽比不大的建筑物拆除中，相对于传统的定向倾倒和原地坍塌，逐跨坍塌可有效地减小爆破时最大单响药量、爆破振动和塌落振动的峰值，并且能促进建筑物的结构破坏，改善爆破效果[1-3]。但是对于复杂环境下高宽比大的高楼，国内外学者还是更倾向于采用传统的定向爆破手段来实施拆除爆破施工，而较少的采用逐跨坍塌爆破技术。

查阅逐跨坍塌技术相关的研究动态，李勇，汪浩结合一主体高33 m，长轴方向30跨，短轴方向3跨的框架结构大楼的爆破拆除实践，阐明了如何在复杂环境下对多跨框架不规则高楼进行逐跨坍塌[4]；刘昌帮，贾永胜，黄小武等人通过“凸”字形结构楼房爆破拆除实践，结合高速摄影观测、三维模型重建分析了异形建筑物爆破拆除失稳垮塌的运动过程，对比了楼体爆破前后的形态，验证了纵向逐跨爆破拆除技术的科学性[5]。为了进一步验证纵向逐跨坍塌技术的实用性，以武汉市江汉四桥拓宽项目虹锦公寓房屋爆破工程为例，介绍了纵向逐跨爆破拆除技术的使用情况，为城市复杂环境下建(构)筑物的爆破拆除提供了新的设计施工思路。

1 工程概况

拟拆除楼房位于武汉市中山大道与沿河大道之间的硚口路东侧，为11层框架结构楼房，长42.0 m，宽16.5 m，高51.0 m，总建筑面积为6950 m2。楼房横向4排立柱，纵向8排立柱，设有2个电梯井，2个楼梯间。主要立柱截面尺寸为400 mm×400 mm、600 mm×600 mm、600 mm×1000 mm、700 mm×800 mm、800 mm×800 mm，主梁尺寸为500 mm×250 mm，电梯及楼梯部分设有剪力墙，剪力墙厚度250 mm，楼板为现浇板，板厚120 mm。具体结构如图1所示。

大楼东侧有大量砖混结构民房，经过迁改后待拆楼房距民房最近23.8 m，距7层居民楼12.0 m；南侧为长堤路，距民房最近25.0 m，距新建月湖桥引桥桩基22.0 m；西侧紧邻硚口路，距新建月湖桥引桥工地13.0 m，距引桥桩基础16.5 m，距新建桥墩34 m，距保留的月湖桥引桥44.8 m，距越秀星汇云锦大楼92.4 m；北侧为拆迁后的空地。具体环境图见图2所示。

2 爆破方案

2.1 总体方案选择

待拆楼房东侧、北侧多为砖混结构民房，抗震性能差，西侧有需保护的月湖桥新建桥墩和桩基础，只有南侧可为楼房倒塌提供场地，但是南侧22 m处有新建月湖桥引桥桩基础，25 m处有需要保护的砖混结构民房，因此楼房倒塌堆积范围需严格控制。综合楼房结构特征和周边环境条件，拟采用“向南纵向逐段倒塌”的总体方案[5,6]。

2.2 爆破切口

结合待爆楼房的结构特征，本次爆破切口设置在1～4层、6层和8～9层。为了改善爆破效果，降低楼房爆破后的堆积高度，电梯井爆破区域设置在1层～8层；～轴作为支撑区，仅对1层进行松动爆破[7,8]。爆破切口示意图如图3所示。切口高度见表1。

表1 切口高度(单位：m)Table 1 Incision hight(unit:m)

2.3 预处理

待爆楼房按照如下步骤进行预处理：拆除1～2层全部外墙与内墙以及3层以上的切口范围内的内墙；拆除1～3层全部楼梯，3层以上楼梯弱化处理；1～11层电梯井及楼梯间的剪力墙采取“化墙为柱”的方式进行处理，5～7、10～11层立柱倒塌方向反方向及两侧的钢筋剥出并用氧割切断。

2.4 爆破孔网参数

针对不同尺寸的立柱与剪力墙，按照1500～2000 kg/m3单耗设计单孔装药量，并根据现场试爆效果，调整主要构件的装药量，于5楼及以上楼层，仅实施松动爆破，炸药单耗1200 g/m3左右。具体装药量与装药结构见表2。

2.5 爆破延期时间设计

起爆网路采用孔内装高段位非电导爆管雷管、孔外低段位非电导爆管雷管接力延时起爆网路。待爆楼房所有立柱和剪力墙均装非电导爆管雷管MS19(1700 ms)，同排立柱同时起爆，A轴首先起爆，B、C(C1、C2)轴延迟A轴310 ms起爆，D、E轴延迟B、C(C1、C2)轴310 ms起爆，F轴延迟D、E轴310 ms起爆，G轴延迟F轴310 ms起爆，H(H1、H2)轴延迟G轴310 ms起爆，J、K轴延迟H(H1、H2)轴310 ms起爆。如表3所示。

3 爆破效果及体会

3.1 爆破效果

起爆后，楼房按照预定方向逐跨倒塌，从孔内雷管开始起爆到楼房完全被爆破粉尘淹没，整个过程历时约5.0 s。起爆后约0.8 s，楼体A轴至B轴区间开始出现垂直向下运动，B和C轴间首先出现了明显的剪切效果，由于H轴处存在电梯井，结构坚固，G轴处剪切效果最为明显，电梯井后部楼体立柱在前部梁柱的扯动下向南倾覆倒塌，后侧主体未产生后座，未对侧后方的7层楼房造成影响，爆破完全达到了预想效果。如图4所示。

表2 爆破参数表Table 2 Blasting parameter

表3 爆破延期时间表(单位：ms)Table 3 Blasting delay-time(unit:ms)

通过无人机对楼房爆破后的姿态进行扫描，并运用Altizure三维重建技术建立楼房爆堆的三维模型[9,10]，如图5。从模型中可以看到，楼体前半部分倒塌后解体效果非常好，电梯井后侧楼体由于未装药爆破，在前部梁柱的扯动下向南倾覆倒塌后仍旧保持了较完整的结构。经过测量，楼房爆堆长63.2 m，宽31.8 m，最大高度13.4 m，其中解体效果较好的爆堆高度约8.5 m左右，上部未解体框架结构高度约5.0 m左右。爆堆占地面积为1632 m2，约是楼房占地面积的2.3倍。爆堆前冲17.2 m，东侧外移9.7 m，西侧外移5.6 m。爆堆长度是楼房高度的1.24倍，是楼房长度的1.50倍；爆堆宽度是楼房宽度的1.92倍。楼房倒塌后未对周边建(构)筑物造成危害。

3.2 几点体会

(1)采用纵向逐跨倒塌爆破技术，可使建筑物产生两次比较充分的解体：第一次势能以突加载荷形式转化成弯曲破坏能，使建筑物框架各节点处产生弯矩而解体破坏；第二次为建筑物构件坍塌触地冲击而解体，使框架整体得到理想的破坏效果。在实际施工中，可以通过在各区间设置合理的爆破延期时间来使建筑物框架各节点处产生弯矩，充分利用楼体结构间剪切、拉伸来改善楼体的解体效果。

(2)采用纵向逐跨倒塌爆破技术和定向倒塌相比较，楼房破碎效果较好，爆堆堆积的范围较小；和原地倒塌相比较，爆堆堆积范围相似，但楼体的破碎效果要更好，爆堆的高度更低。

(3)采用纵向逐跨倒塌爆破技术，能使建筑物结构在塌落过程中逐步触地，减小塌落震动对周边环境的影响。爆破中对起爆顺序、单响药量以及倾倒时间的合理控制，可以避免了楼房倾倒触地引起的振动叠加效应。