等长宽比全剪力墙结构高层楼房定向爆破拆除

陈鹏，郑文富，杨志红，张文龙，郑文辉

（1 广东中人爆破工程有限公司，广东广州 510640；2 湛江市矿大爆破有限公司，广东湛江 524000）

1 工程概况

1.1 环境概况

昆明市某待拆楼房地块内有11栋全剪力墙结构高层建筑需进行爆破拆除，其中，A4-1、A4-2楼为长宽比近似相等的平面尺寸结构。场地内A4-1、A4-2楼的西南侧39.3 m处为新售楼部，需进行保护控制，其北侧51.6 m处为待拆楼房A4-10，41.3 m处为待拆楼房A4-11，西侧45.9 m处为待拆楼房A4-3，东侧为空地。具体周边环境如图1所示。

图1 楼房周边环境

1.2 结构特点

A4-1楼、A4-2楼为22层全剪力墙结构楼房，长27.39 m，宽25.54 m，高77.6 m，层高均为3.5 m，楼房内无砖砌体，未进行装修。楼房整体混凝土强度等级高，完整性好，其楼层标高对应混凝土强度等级如表1所示。

表1 楼层标高混凝土强度等级对应

楼房内剪力墙主要为20墙、25墙及30墙，其约束边缘转角墙及约束边缘暗柱钢筋配比高，箍筋密集，楼层转角墙及边缘暗柱分布如图2所示，典型尺寸剪力墙钢筋配筋如图3所示。

图2 楼层转角墙及边缘暗柱分布

图3 典型尺寸剪力墙钢筋配筋

1.3 难点分析

1）周边环境复杂，距新售楼部较近，需严格控制爆破危害效应造成的影响。

2）结构复杂，全剪力墙结构侧向刚度大，定向倒塌难度较高。

3）钻孔施工难度大，转角处及边缘暗柱钢筋及箍筋密集，需加大单耗，才能使转角墙及边缘暗柱内混凝土脱笼。同时，因剪力墙体为薄壁长条状结构，在其短边处钻孔容易出现钻孔偏差，导致出现孔底自由面过小或过大的情况，造成偏炸的现象。

2 方案设计

根据周边环境特点，考虑到待拆楼房南向处有新售楼部需要保护，选择楼房平面结构中心线北向作为定向倒塌方向，通过开设单切口方式，对切口范围内预处理后剩余的剪力墙进行钻爆，以实现定向倒塌的目的[1]。

2.1 爆破切口

由于待拆楼房平面尺寸为长宽比近似的结构，因此，根据以往施工经验，需要增大爆破切口高度，取切口高度h为14 m，切口高度为4层，定向倒塌切口闭合角为45°，倒塌距离估算为52 m左右。爆破切口示意图如图4所示。

图4 爆破切口

为简化爆破作业，更直观地进行钻眼、装药及网路的连接，将楼层内平面区域剪力墙进行划分，分为①②③④四个块域，爆破切口块域分段如图5所示。

图5 爆破切口块域分段

2.2 预处理

拆除爆破预处理是在爆破实施前，通过机械或人工对待拆建筑物进行一些必要的处理，以降低钻孔工作量，提高爆破施工效率，减少火工品的消耗，节约成本，还可以提高定向爆破拆除的准确性与安全性。

本次爆破预处理范围为4层，通过长臂炮机从北侧破碎开口进入，拆除电梯井部分结构和一侧梯段，并对楼房外围剪力墙非约束边缘或转角暗柱部分进行破碎，化墙为柱，同时通过人工风镐将步行楼梯梯段打断两处，以形成三铰链结构，楼梯梯段处理范围为1—5层。预处理后楼层平面结构如图6所示[2]。

图6 预处理范围及位置

2.3 爆破参数设计

采用YT28气腿凿岩机钻凿炮孔，炮孔直径为42 mm，在底板标高+50 cm处向上，在剪力墙长边处进行布孔。垂直于倒塌方向的剪力墙，上下各布置3排炮孔，平行于倒塌方向的剪力墙，布置6～7排炮孔，炸高为1.8～2.1 m；倒塌后排铰链部分布置2排炮孔，装填φ32乳化炸药药卷，采用φ32型锚固剂进行堵孔。

单孔药量根据体积原理，对单孔药量按式（1）确定[3]：

式中：Q—单孔装药量/g；q—单耗kg/m3；a—孔距/m；b—排距/m；B—剪力墙厚度/m；

各类型尺寸剪力墙参数汇总如表2所示。

表2 各类型尺寸剪力墙参数汇总

2.4 起爆网路设计

由于拆除爆破雷管用量巨大，当选用数码电子雷管时，一次激发起爆全部雷管难度非常高，因此，本次采用普通导爆管雷管起爆网路，孔内采用单发半秒延时雷管，孔外通过双发Ms1段雷管簇联，连接成复试起爆网路[4]。

1）层间起爆网路设计

A4-1楼层内①②③④四个块域孔内分别采用Hs2、Hs3、Hs4、Hs5半秒延时雷管，A4-2楼层内①②③④四个块域孔内分别采用Hs3、Hs4、Hs5、Hs6半秒延时雷管，孔外通过双发Ms1段雷管簇联，通过四通连接件将层内、层与层之间雷管脚线连接成多通道复试起爆网路。层间网路连接如图7所示。

图7 层间网路连接

2）楼间起爆网路设计

在楼栋四角布置4个引出点，每个点引出2根导爆管，通过四通连接器接入双导爆管主网路，连接成双导爆管双保险起爆网路，最后通过两个起爆器进行激发起爆。楼间网路连接形式如图8所示[5]。

图8 楼间网路连接

3 爆破安全校核

3.1 预处理稳定性校核

根据楼房平面尺寸结构，对预处理后剩余剪力墙尺寸截面进行抗压强度稳定性安全校核，校核结果如表3所示。

表3 预处理稳定性安全校核表

根据上表复核结果及相关拆除经验，本次全剪力墙抗压强度安全校核值为6.05 MPa，远小于45 MPa，符合C45混凝土抗压强度要求，预处理不会影响楼房结构整体稳定性。

3.2 爆破振动安全校核

根据常用的爆破振动安全校核公式——萨道夫斯基公式[6]校核得：

式中：Q——最大单段爆药量（kg）；R——爆心距（m）；V——校核安全振动速度（cm/s）；k，ɑ——与地震波传播地段的介质性质及距离有关的系数；k′——修正系数；本次校核取：k=160，ɑ=2.0，k′=0.2。

根据最大单段药量Q=52.6 kg，校核距爆破点最近39.3 m处新售楼部的爆破振速为0.29 cm/s。校核符合《爆破安全规程》中关于一般民用建筑物安全允许值2.0 cm/s。

3.3 塌落振动校核

本次爆破拆除塌落振动采用中科院力学所总结的公式[7]进行核算：

式中：Vt——塌落振速（cm/s）；M——最先撞击地面且最大塌落物质量（t）；g——重力加速度，取10.0；H——塌落构件位置高度，取45.8 m；R——构件塌落中心至观测点的距离（m）；σ——地面介质的破坏强度，为钢筋混凝土地下室顶板，取10 MPa；Kt、β——衰减系数及衰减指数，一般为Kt=3.37，β=1.66。

取切口以上部位质量8572.5 t校核距爆破点最近105.49 m（重心触地中心与保护体之间的距离）处新售楼部的爆破振动振速：1.83 cm/s，校核结果符合安全振速标准。

4 爆破安全防护

4.1 减振措施

根据待拆楼房周边环境特点，爆破前通过地下室顶板既有的后浇带作为爆破振动的隔断措施，顶板边界处无后浇带的，利用炮机对地下室顶板进行破碎隔断出一个1 m宽的长条形隔断减振带。地下室顶板隔断及后浇带如图9所示。

图9 地下室顶板隔断及后浇带

4.2 飞石防护措施

采用直接防护与近体防护相结合的双重飞石防护措施，首先通过直接防护措施，对爆破剪力墙柱使用20层密目安全网进行包裹，并用12号铁丝捆扎结实[8]。然后通过近体防护措施，在爆破切口外侧三个面悬挂20层密目安全网，同时对倒塌方向背面墙体及窗户、阳台空间进行20层密目网封堵，以降低各方向飞石距离。根据类似工程经验，经过双重防护措施后，个别飞石一般不会超过20 m，直接挂网防护及阳台、窗台封堵如图10、图11所示，爆破切口范围外侧防护如图12所示。

图10 楼房内剪力墙挂网防护

图11 倒塌方向背面阳台、窗户封堵

图12 爆破切口外围正面及侧面安全防护图

5 爆破效果

爆破实施时，切口形成瞬间，楼房出现轻微下座，并形成铰链，向北定向逐栋倒塌。楼房解体破碎较好，解体部分侵入地下室顶板，竖向倒塌距离为45 m左右。对新售楼部进行的爆破振动峰值振速为1.62 cm/s，符合设计要求，爆破飞石及二次飞溅控制合理，距离最近的新售楼部未受到损坏，爆破前后效果如图13、图14所示。

图13 爆破前现状

图14 爆破后现状

6 几点体会

1）纵观当前楼房爆破拆除现状，通常其周边环境都非常复杂，包括：场地的限制、既有民房、各类型设施管线等，这大大增加了爆破拆除技术难度。同时，为保障爆破的安全顺利实施，爆破实施还应分别得到各有关部门和各设施、管线产权单位的批复及许可，并制定相关应急处置措施，同时成立爆破指挥部，并组织实施。这类大体量的拆除爆破实施，对于企业在施工组织与协调上，是重点，也是难点。

2）对于等长宽比全剪力墙楼层爆破拆除设计，提高爆破切口高度，能有效保证切口闭合时重心偏出楼房平面尺寸轮廓线，使其顺利定向倒塌。

3）剪力墙结构主要为抗侧向力的结构，在竖向的承载上，较于框架结构楼房，其支撑稳定性是相对较低的，因此在倒塌方向上用于形成铰链结构的后排剪力墙，可以采取后排部分剪力墙不进行爆破的方式或增加预留剪力墙范围，用以克服爆破切口形成瞬间楼体的下坐。