不规则框剪结构楼房爆破拆除研究

吴太然，牛志昂

(重庆市公安局，重庆 401147)

0 引言

37m，宽25m，长宽比小，且形状不规则，爆破后不易倒塌或倒塌后易偏移、后坐。

城市中高层楼房的拆除多采用爆破方式。框剪结构楼房，结构稳固，待拆违章建筑因设计不合理，建筑结构不规则，长宽比小，倒塌过程易偏移或后坐，甚至出现炸而不倒的情况，且因为炮孔多，爆破网路复杂，容易出现区域性拒爆。针对此情况，通过预处理，将建筑整体切割成两部分，同时采用复式网路，利用四通，多回路串通，增加雷管除本身质量因素外的准爆率，提高网路可靠性，合理安排延期时间，保证顺利倒塌，且不后坐不偏移。

1 工程概况

某待拆建筑（图1、图2）地面以上部分共有18层，54m，总建筑面积约为16000m2。建筑结构为框架剪力墙结构，墙厚200mm，板厚100mm。电梯间（筒体结构）墙厚200mm，建筑物长

图1 房屋实物图

图2 平面图

2 总体拆除方案

待拆建筑三面均有民房或在建设施，与民房最近间隔仅5m，为确保周边民房不受爆破的影响，要求待拆建筑要向背离其东、北侧民房的方向定向倾倒，倾倒得越彻底越好，下坐和后坐越小越好，为此先将楼体人工沿L轴切割成各自独立的A、B两个部分，如图3所示。B栋设计两个爆破切口，A栋设计一个切口。爆破切口形状都为正梯形。B栋部分先爆，让出倒塌空间后A栋部分随即起爆，建筑整体向南倾倒，可使距保护民房最近的A栋部分的定向倾倒最彻底，下坐和后坐最小。

3 预处理

在保证待爆建筑结构绝对稳定的前提下，为了获得比较理想的爆破效果，减少钻孔工作量，保证待爆建筑的顺利倒塌，必须在爆破施工前对建筑物的结构进行以下预处理：

（1）人工将整栋楼沿L轴分割成A、B两栋独立建筑，为保证建筑稳定，用轮盘锯形成切割缝，且仅切割楼面板，尽量少破坏梁，不破坏立柱和剪力墙。

（2）非承重墙预处理。第1—8层非承重墙用人工配合小型机械预拆除；承重墙与砖墙的预处理基本相似，纵横墙均进行预处理。处理各墙时，在靠近墙角处预留1m左右宽的墙体，在较宽墙面的中部预留1～3列孔宽度的墙体，其余墙体均进行预处理。预处理主要采用人工、机械、小炮等方法，预处理高度为2.5m左右。

（3）楼梯的预处理。第1—8层楼梯都剪断，破坏其整体性，以免影响整个楼体的倾倒。

4 爆破拆除方案设计

4.1爆破方案选择

两栋楼房分别设计一个正梯形爆破切口，同时向南倒塌。倒塌方向如图3所示。

图3 倒塌方向图

4.2爆破参数设计

（1）钢混立柱炮孔布置和爆破参数设计[1]

钢混立柱有0.2m×0.2m、0.2m×0.4m、0.2m×0.6m、0.2m×0.7m、0.2m×0.8m、0.22m×0.4m、0.24m×0.4m等几种断面类型。0.2m×0.2m钢混立柱布一排孔，0.22m×0.4m、0.24m×0.4m、0.2m×0.4m钢混立柱布两排孔，0.2m×0.6m钢混立柱布四排，0.2m×0.8m钢混立柱布五排，爆破参数如表1所示，钢混立柱炮孔布置如图4所示。

表1 钢混立柱爆破参数

图4 立柱炮孔布置图（单位：m）

（2）剪力墙炮孔布置和爆破参数设计

厚度δ=0.20m的剪力墙采用梅花形布孔方式，底排距地坪0.3m,孔距a=0.25m，排距b=0.2m,炮孔直径d=ф0.04m，孔深L=0.15m，厚0.2m，爆破参数如表2所示，墙炮孔布置如图5所示。

表2 剪力墙爆破参数

图5 墙炮孔布置图(单位：m）

（3）梁炮孔布置

梁有0.2m×0.4m、0.2m×0.6m、0.2m×0.8m和0.15m×0.3m、0.15m×0.4m等几种断面类型，其爆破参数如表3所示。

表3 梁爆破参数

（4）爆破网路

沿建筑物倾倒方向，从西到东按爆区分布，孔内起爆雷管分布为B栋先爆破， 所用非电雷管为MS3、HS2、HS3、HS4段；3秒钟后，A栋爆破；A栋采用半秒非电管HS10、HS11段；同时准备电子雷管，用于调节A栋后排装药延期[2]。

采用多重闭合非电导爆管延时起爆网路，孔内采用非电半秒延期导爆管雷管起爆，孔外采用MS1段非电毫秒雷管簇联。每个房间支撑墙体的导爆管通过四通连接形成小单元闭合网路；之后将每个小闭合相互用四通多次串联，形成每一层的“中闭合”；再将每一层用四通多次相互串联，形成 “大闭合”，即多重闭合网路；最后从每一层闭合网路中各扯出2～4根导爆管引导至地面相互汇总，再将这些导爆管并簇联在主起爆雷管上，从而实现多点起爆，如图6、图7所示。

图6 起爆网路图

图7 爆破切口及雷管分布示意图

5 爆破安全校核

5.1爆破地震效应安全校核

为了控制爆破震动对周围建(构)筑物的影响，采用微差爆破方法，通过减少一次齐爆药量来降低爆破震对周围建(构)筑物的震动影响。本次拆除爆破主要校核爆破对居民楼的震动影响。

式中：

Q为齐发爆破总装药量,或毫秒微差爆破中单段起爆的最大药量，kg；R为爆区中心离建(构)筑物最近的距离，m；kd为受地形、地质条件影响的系数，一般取kd=150；α为与地形有关的地震波衰减指数，取α=1.8；k'为减振系数，k'=0.3～0.7，一般取k'=0.4。

将最大一次齐爆药量Q（50kg）和爆区中心到最近砖混房屋的距离R（20m+5m）代入公式（1）计算：根据以上计算结果可知，爆破震动对居民楼砖混房屋引起的最大振速Vmax=1.91cm/s。

5.2触地震动安全校核

三角形爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿设计倾倒方向倒塌，倒塌触地冲击震动速度[3]：

式中：

Vt为塌落引起的地面振动速度（cm/s）；M为下落构件的质量，该工程中为7～18层质量，M=6000t；G为重力加速度（9.8m/s2）；H为构件的高度 （m）。 该工程中为7～18层高度，H=36m；σ为地面介质的破坏强度（MPa），一般取10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离 （m），R砖混房＝40m；Kt为塌落振动速度衰减系数，框架结构的楼房爆破拆除时Kt取1.1～2.1；β为塌落振动速度衰减指数，一般取-1.66～-1.80；计算得，建筑物塌落触地对最近砖混房屋处引起的振动速度Vt=1.92m/s。

5.3飞石距离验算

L=71q0.58

式中：L为个别飞石的最大飞散距离 （无防护），m；q为炸药单耗，按q=3.0kg/m3。计算得，L=130m,施工中按200m进行警戒[4]。

6 结论

爆破后，建筑物按预定方向充分倒塌，无后坐及偏移，没有对周边民房造成损伤，爆破飞石在30m以内，周边民房的爆破振动和塌落振动在1.5cm/s以内。今后的类似工程可有如下参考：

6.1预处理

该工程主要保证措施即预处理施工，针对楼房的不规则结构，直接爆破装药量大，且易后坐，从而损伤周边建筑。通过预处理，将原楼房分割成独立两部分，保证其顺利倒塌。但类似工程预处理的位置需根据实际情况合理选择，不能破坏建筑主要支撑结构。

6.2爆破网路

拆除爆破雷管用量大，网路可靠性直接影响爆破成败，实际施工应采用复式网路。类似该工程，还应考虑A、B部分倒塌时间间隔问题，先爆部分必须为后爆部分留出足够倾倒空间。

6.3其他

城市中楼房的爆破拆除已经很普遍，且技术都很成熟，但高层建筑的结构形式千差万别，而对于缺乏规范设计的违章建筑，结构的不规则和建筑图纸的缺失，为后续的拆除施工造成很大困难。很多不炸自倒、炸而不倒、倒塌偏向等爆破事故，多由于预处理不充分、过充分，布孔方式不合理，网路设计不当等造成。本文中楼房为框架剪力墙结构，形状不规则，结构坚固，所处环境复杂，通过特殊的预处理方式和网路设计，保证了楼房的顺利倒塌，可为今后类似工程提供参考。