复杂环境下14层框剪楼房折叠拆除爆破

马世明，余兴春，任少华，赵端豪，蔡永彬

(河南富顺实业集团有限公司，郑州 450000)

随着我国社会经济的发展，城市化建设进程不断加快，其中老城区改造是城市化建设的重要一部分。在对老城区改造的过程中，许多高层建筑物需要拆除爆破[1]，因此控制爆破拆除得益于其安全、快速和高效等特点[2]，得到了广泛的应用。随着建筑结构抗振要求的提高，特别是10层以上的楼房，一般均使用框架-剪力墙结构以增加结构的抗振性能。正是由于剪力墙的存在，既增加了结构的坚固程度，也增加了楼房拆除爆破的难度[3]。特别是现代城市控制爆破中，大多处于城市闹市区，环境都比较复杂，需要针对待拆楼房的各自特点，采取各种各样的爆破方案给予应对，如定向倒塌、原地倒塌、折叠爆破等。

本文介绍了郑州市复杂环境下14层框剪结构的冰熊大厦拆除的爆破设计与施工过程，和针对楼房特点采取的单向折叠拆除爆破技术方案，阐述了折叠爆破、预拆除、延时爆破技术、安全防护、减振沟堤等措施，以及在保证周边建筑设施安全的同时，取得的楼房倒塌方向和坍塌解体效果。

1 工程概况

冰熊大厦系郑州市原地标建筑，建成于1999年，根据城市发展及建设用地规划，需对其进行拆除。冰熊大厦位于经三路与红专路交汇处西南角，地处交通要道及人口稠密的闹市区，环境十分复杂。东面距主楼13 m处有南北向110 kV高压线，燃气管道及燃气阀门井；东北角12 m处有联通公司信号塔；南面紧邻待拆除配楼，南面距离待拆祭城办事处家属楼25 m，距离60 m为在建施工工地；西面为已拆除楼房空地，距离45 m为待拆除居民楼，有部分住户尚未搬迁。距离50 m为统计局家属院车库。北面10.5 m是红专路，距离8 m处地下有东西向自来水管、供热主管道及通讯光缆，路边空中架设有东西向通讯光缆，距离43 m为中信银行，西北距离54 m为实力大厦(见图1)。

注：①～⑨为测点编号及位置。图1 周边环境Fig.1 Surrounding environment

待拆冰熊大厦主楼为框剪结构(见图2)，南北长36 m，东西宽17.7 m、共15层(地下1层、地上14层)，地面以上高度55 m，1～2楼层层高5.0 m，3～13楼层层高3.4 m，14楼层层高6.0 m。建筑面积12 643.68 m2。该主楼的立柱共28根，1～3层立柱截面尺寸为800 mm×800 mm，剪力墙厚300 mm；7～8层立柱截面尺寸为700 mm×700 mm，剪力墙厚250 mm。

注：①～⑦为南北轴线，A～D为东西轴线。图2 楼房结构(平面)Fig.2 Structure of the building(plane)

2 爆破方案

2.1 预拆除

由于楼房为框剪结构，稳定性好，且在楼房的北面和东面无倒塌场地，南面为爆破附楼和在建工地，正西方向距离最近建筑物(有住户尚未搬迁)45 m。因此，确定楼房向西倒塌，为确保建筑物安全和待拆楼房坍塌解体效果，采用单向折叠爆破，即在楼房1～3层和7～8层分别设计1 个爆破切口，采用延时起爆技术先后起爆，利用时间差和爆破高度达到空中解体的目的[3]。

根据待拆楼房的承重特点，为了减小钻爆工程量，同时使楼房顺利倒塌和解体充分，需对楼房进行预拆除。预拆除就是在保证建筑物稳定的前提下，将爆破切口范围内的非承重墙及装修等进行拆除，拆除时切口倒塌方向尽量全部拆除，倒塌反方向的墙体保留。

1层、7层预拆除时，A轴墙体保留，其余非承重墙全部拆除，只保留立柱和部分剪力墙，B轴以东剪力墙拆除至A轴成三角形切口。

2层预拆除时，A轴保留，B轴以东剪力墙拆除一半，其余非承重墙全部拆除，保留立柱和部分剪力墙。

3层、8层预拆除时，A、B轴保留，拆除C轴以西的非承重墙和部分剪力墙。

C轴以西的剪力墙(除电梯井)全部拆除，1～3层采用机械进行预拆除，7～8层剪力墙采用绳锯切割拆除，隔间墙采用风镐、大锤人工拆除。

电梯井在楼房的倒塌方向，处理不当会影响楼房的倒塌和解体，所以电梯井剪力墙只保留成4个1 m宽的墙柱钻孔爆破，其余全部拆除；楼体用风镐在转角休息平台和楼层平台间上下各开凿一道缝槽，剔除混凝土露出钢筋，槽宽50 cm。

2.2 爆破切口

按照楼房上部结构重心位于倾倒方向的支撑点外侧计算[4]：

(1)

式中：L为2个外承重柱(墙)之间的跨度，取17.5 m；H为上部结构的重心高度，取25 m；h为立柱破坏高度，计算得h≥10.73 m。

主楼第1爆破切口(1～3层)高13.0 m，满足楼房倾倒条件。

第2爆破切口(7～8层)高6.2 m，在第1切口之后起爆，爆破后下落的构件将冲击先已下落着地的构件，充分利用上层构件的下落势能部分着地转变成下层构件的破坏能，进一步解体破碎[3]。

主楼拆除爆破的2个切口都采用梯形切口(见图3)。第1爆破切口每层立柱炸高2.5～4.0 m，剪力墙炸高2.0 m，上下段各1 m，铰链轴A立柱炸高0.5 m；第2爆破切口立柱炸高2.25 m，剪力墙炸高2.0 m，上下段各1 m。

图3 爆破切口及网路延时Fig.3 Blasting cutting and network delay

2.3 爆破孔网参数及药量设计

本次爆破立柱较大，为保证立柱爆破效果，布置成双排孔，排距适当减小，采用连续装药；剪力墙保留为1 m宽的墙柱，平行于墙面钻单排孔，采用导爆索+药卷间隔装药。炮孔直径d=38 mm；立柱的最小抵抗线W=30 cm，孔距a=50 cm，排距b=20 cm，炮孔深度L=(3/5～2/3)δ，δ为钻孔方向立柱的厚度，cm；单孔装药量按Q=qV计算[3]，q为炸药单耗，g/m3；V为单孔破坏介质的体积，m3；爆破孔网参数如表1所示。

表1 爆破孔网参数

2.4 起爆网路

采用数码电子雷管起爆网路，炮孔内装填数码电子雷管，按轴线D-C-B-A(自西向东)每根立柱的每发雷管进行编号注册，设置每排立柱的延时时间(见图3)。将雷管用起爆线并联方式连接，将所有雷管均分为4 条线路，保证每条线路的雷管数量均衡，最后将4 条线路的起爆器连接到1台主起爆器上进行起爆。

3 爆破安全校核与防护

3.1 爆破振动

爆破振动可按下式进行校核[5]：

(2)

式中:v为振动速度，cm/s；Q为最大单响药量，kg；K,α分别为与地形、地质因素有关的系数，K=150，α=1.6；K′为衰减系数，取0.25；R为药包布置中心至保护建筑物之间的距离，m。

此次爆破最大单响药量为60 kg，需保护的最近建筑物为43 m，经计算得v=0.81 cm/s<3 cm/s，符合《爆破安全规程》(GB 6722-2014)的规定[6]。

3.2 塌落振动

塌落振动速度可按公式[3]验算：

(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，t；g为重力加速度，m/s2；H为构建中心高度，m；R为观测点至冲击地面中心的距离，m；σ为地面介质的破坏强度，MPa，一般取10 MPa；Kt、β分别为塌落振动速度衰减系数和指数，Kt=3.37～4.09，β=-1.80～-1.66。

此次爆破的塌落振动，经预处理和采用2个爆破切口后，m=7 500 t；Kt取3.37,β取-1.66，H=20 m。取周边建筑物最近的距离带入式(3)，得vt=2.75 cm/s<3 cm/s，小于安全允许振动速度。在7、8层设计第2爆破切口，建筑物触地时分两段，可使楼房在坍塌解体过程中起到一定的减振效果。

在楼房倒塌方向的正西面筑3道减振坝，开挖减振沟。因为开挖减振沟、筑减振坝等措施[3]，Kt可减小到原值的1/3～1/2。

3.3 安全防护

待拆楼房位于闹市区，周边环境复杂，为防止爆破飞石对周边建筑和设施造成破坏，必须做好安全防护措施。

1)装药部位的防护[7]。对装药的立柱和预留剪力墙，采用单层棉毡和双层钢丝网进行防护，将立柱和剪力墙四周包裹，钢丝网搭接部位不少于20 cm，用铁丝在每段钢丝网上、中、下位置进行捆绑牢固。

2)楼房外围安全防护屏障。在待拆楼房北面和西面⑤～⑦轴的1～3层外墙，用1 m×15 m的钢丝网片从4层栏杆位置垂到地面，用膨胀螺丝上下固定，网片间搭接10 cm，每隔50 cm用铁丝进行捆绑。在楼房7～8层北面、南面和西面⑤～⑦轴外墙，采用同样的方法进行防护(见图4)。

图4 安全防护Fig.4 Safety protection

4 爆破效果

2019年4月18日5时36分准时起爆，楼房按照设计方向完全倒塌。经爆后检查，周边建筑物及设施完好无损，取得了预期的爆破效果。

为准确判断爆破对周边建筑物是否产生影响，结合楼房周边环境，布置了9台测振仪器，测点编号及位置如图1所示，监测数据如表2所示。

表2 各测振点监测数据

由爆破各测点数据分析可知，最大振动速度为③号测点2.07 cm/s，各测点振速均明显降低，说明采取的减振坝和开挖减振沟等措施是切实有效的，对楼房倒塌触地振动产生了一定的隔断与减弱作用[8]，各测点振动速度均在安全允许范围内。

楼房整个倒塌过程历时5.3 s，楼房无后坐，6层以下基本上原地坍塌，最远倒塌距离43 m，楼房倒塌后解体效果较好，爆堆最高8.5 m。通过对楼房爆破过程(见图5)进行分析，楼房倒塌过程中在空中有解体趋势，倒塌着地后，势能转化为动能，在前冲过程中进一步解体。

图5 爆破过程Fig.5 Blasting process

5 结语

1)根据楼房的特点和周边环境，精心设计爆破方案。综合考虑环境影响，设计出合理的爆破参数和起爆网路，采取了有效的减振措施，选择了可靠的安全防护方案。本次爆破可为同类工程提供参考。

2)在倒塌范围和距离受限制的情况下，采用折叠爆破，有利于楼房倒塌范围的控制和楼房解体效果。

3)框剪结构楼房由于稳定性好，一般解体效果较差，需适当延长前后排立柱爆破时差。通过对爆破过程的分析，在爆破过程1.48 s时，由于前后爆破时差，楼房西半部分在重力作用下，对承重梁造成剪切破坏，使楼房在倒塌过程中部分解体。在整个楼体坍塌着地后，进一步解体破坏。

4)为防止楼房后坐，倒塌反向后排必须预留足够的支撑，特别是跨度较大的楼房爆破，后排支撑较弱，可适当减少后两排的延时时差，保证有足够的支撑力来支撑楼房朝设计方向倒塌。本次爆破6层以下楼房基本原地坍塌，说明支撑力不够，再者，也受楼房第2爆破切口闭合时对下部楼体造成的势能冲击影响。