73 m高三角形框架剪力墙水塔定向拆除爆破

姬震西，夏春鹏，李 涛

(汉通控股集团有限公司，广州 510000)

待拆除水塔呈稳定三角形钢混结构，所处环境位于闹市中央，周边环境复杂，单纯采用定向倾倒爆破方案很可能倾倒不充分，解体不完全，爆破危害后果难以控制。同时，水塔周边地块基坑已开挖，水文及工程地质条件复杂，基坑边坡稳定性较差，恰逢南方雨季即将来临，水塔楼面临随时倒塌的风险。为尽快完成水塔楼拆除，即时消除安全风险隐患，采用预处理技术将水塔结构先行简化成框架架构，再通过控制爆破技术将三角形水塔进行定向拆除。

1 工程概况

1.1 周围环境

佛山市原彩管厂区内水塔楼位于佛山市禅城区季华路24号大院内，东侧10 m为绿地璀璨天城售楼部(已拆除)，90 m处为本项目临时工棚；南侧距A3、A4地块建筑及基坑100～110 m；西侧距离佛山市彩管厂宿舍小区106 m，北侧距季华六路南侧人行道50 m，周围环境如图1所示。

图1 水塔周围环境

1.2 结构特征

待爆破拆除水塔楼为三角形框架-剪力墙结构，边长约为13.6 m，楼高73 m，首层层高为4.5 m，标准层层高3 m，每边有4根墙柱(800 mm×400 mm)，楼体从上至下在三个顶角处均有方形剪力墙结构与之相交(见图2)。

图2 主体结构

2 爆破方案

2.1 切口设计

考虑到场地情况及建筑物的特殊结构特点，拟采用定向控制爆破方法，倒塌方向为建筑物的东南方。切口位置布置在1～2层。

1)切口范围。将爆破切口范围内建筑主体结构中的所有非承重墙体全部拆除，只保留墙柱，将水塔楼的建筑结构简化成框架结构。1～2层垂直于倒塌方向可分为A～E的5条轴线(见图3)。

图3 爆破部位平面

2)切口预处理。①对A～D轴所有非承重墙体全部拆除，只保留立柱。②并对E轴进行一定程度的弱化，确保建筑物顺利倒塌，同时在切口形成前具有一定承载能力。③将1、2层电梯井全部拆除。

将水塔简化为框架结构，对切口范围内所有立柱进行爆破，达到将水塔安全放倒的目的。

3)切口高度。切口高度是建筑物失稳倒塌的先决条件，钢筋混凝土结构失稳的关键是承重立柱的失稳。立柱的炸高按公式H=K(B+Hmin)计算。其中：K为经验系数，一般取1.5～2，取1.5；B为立柱截面的长边，取0.8 m；Hmin为立柱最小破坏高度，Hmin=(30～50)d，d为钢筋的直径，得Hmin=1.12 m。

代入算得：H=3.18 m，取3.5 m。

取炸高为：1层炸高取4.0m；2层炸高取2.0 m。

表1 爆破参数

图4 炮孔布置

2.2 起爆网路

将炮孔的导爆管每10～20根集束为1把，然后每把用2发毫秒导爆管雷管簇连作过桥；再将过桥雷管尾部导爆管接入网路；最后将整个网路由击发针击发起爆，用起爆器1次点火起爆。具体起爆网路如图5所示，延时分段如表2所示，爆破材料参数如表3所示。

图5 爆破网路

表2 延时分段

表3 爆破材料参数

2.3 危害效应控制

由于水塔所处环境复杂，为避免对周围建筑物、居民造成有害影响，必须严格控制拆除爆破过程中的飞石、振动和冲击波等危害效应。本次拆除爆破主要危害效应是爆破振动和塌落触地振动。

2.3.1 爆破振动校核

爆破振动对周围建筑物破坏影响采用萨道夫斯基经验公式计算。

(1)

式中：v为建筑物允许的地面振速；K′为地震波强度修正因子一般为0.3～0.5，取0.3；K、α为与地质条件和地震波衰减有关的系数，分别取 200、1.5；R为爆源几何中心到保护对象的距离，m；Q为一次起爆最大药量，25.68 kg。

代入计算得：v= 0.36<2 cm/s。爆破振动不会对周边建筑物造成影响。

2.3.2 塌落振动校核

建筑物塌落倒地时对地面的冲击也会产生震动，目前建筑物塌落的经验计算公式。

(2)

式中：vt为振动速度，cm/s；Kt、β为衰减参数，分别取3.37、-1.66；m为水塔质量，3 800 t；H为建筑物重心高度，取35 m；σ为介质的破坏强度，一般取10 MPa；R为冲击地面中心到建筑物的最近距离，取75 m；g为重力加速度，一般取9.8 m/s2；

代入公式计算得vt= 1.76 cm/s。

距离水塔楼倒塌中心最近的建构筑物为售楼部、A3、A4地块建筑及基坑，一般基坑支撑梁的抗震标准可以达到5 cm/s。塌落触地振动不会对周边建筑物造成影响。

2.4 安全防护

1)飞石防护。对于爆破飞石拟采用直接防护和近体防护措施综合进行控制。直接防护措施：在爆破部位用竹排、2～3层铁丝网等进行直接包扎(见图6)；近体防护措施：在爆破部位建筑物外侧包裹多层密目式安全网(见图7)。

图6 直接防护效果

图7 近体防护效果

2)减小触地振动措施。通过毫秒延时起爆网路控制倒塌和触地时间，使之分段触地，以减少触地振动，分段时间如表2所示。

3 爆破效果及体会

3.1 爆破效果

起爆后，立柱按延时顺序起爆，大约2 s左右楼体开始倾倒下坐，然后按照设计倒塌方向倒塌，总时长约11 s。个别爆破飞石飞溅25 m；楼体头部着地部位北侧无飞溅，南侧正南方及东南方有部分淤泥飞溅(30 m)，没有造成破坏。触地振动速度0.85 cm/s，符合振动控制范围。

楼体结构较稳固，倒塌后未发生解体。倒塌楼体总长度约65 m(见图8)。

图8 爆破效果

3.2 体会

1)本次拆除对象结构特殊，设计施工过程中，各危害因素考虑全面，为今后此类结构的建(构)筑物拆除提供了参考。

2)通过预处理将水塔整体结构简化为框架结构，便于设计与施工。

3)整个水塔拆除施工过程仅用1.5 d，未对人员、被保护建筑物造成任何损伤。相比人工拆除方案，大幅缩短了施工时间、最大限度的保证了施工安全和经济效益。

4)在高耸建筑物拆除爆破时，对建筑物触地范围内石块、淤泥需清理干净，避免产生过远飞石。

5)通过在预定倒塌位置开挖缓冲工事，铺设缓冲材料，塌落振动控制在安全范围之内。