复杂环境下22 层框架楼房对向倒塌爆破拆除

张文龙,王艳红,郑文富,杨志红

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

0 引言

爆破拆除高耸建筑物一直是国内外工程技术人员重点关注和研究的对象[1-4]。 实际拆除过程中,根据周围环境的特点和拆除难点,工程技术人员在复杂环境下爆破拆除往往会遇到各种困难。 如何处理好复杂环境下安全高效拆除建筑物成为近年来爆破工程技术人员一直攻克钻研的首要难题。

张耀良等[5]在复杂环境下倒塌距离不足的情况下采用双向折叠爆破技术对长沙市一栋73 m 的高楼进行爆破拆除;王贵等[6]在复杂环境下采用三角形单切口成功爆破了内蒙古一座钢筋混凝土框架结构楼房;杨志红等[7]对两座框架核心筒结构楼房分别采取双切口、单切口的方式成功爆破昆明市违规建筑商业楼房。

提前做好高耸框架楼房的预拆除处理是爆破拆除成功的关键,同时做好爆破安全设计、安全防护和主动减振处理,才能成功完成复杂环境下高耸建筑物的拆除。

1 工程概况

1.1 周边环境

本文介绍的是云南省昆明市商业建筑楼群二期拆除楼中的A3-1 楼和A3-2 楼2 座框架商业楼的爆破拆除。

场地内A3-1 楼距离地下天然气管路最近为41 m(A3-1 楼东侧慧谷路处)。 A3-1 地块待拆建筑物东侧23 m 处为慧谷路,东侧48 m 处为A1 待拆地块;A3-1 东北侧85 m 处为昆明市安全文明协会(3 层构建筑物);A3-2 南侧38 m 为海源北路,88 m 处为居民楼;A3-2 号楼南侧96 m 处为生活用水管道。 北侧及西北侧为A4 待拆楼房地块。A3 的两栋楼间距为25 m 左右。

10 kV 新飞林Ⅱ回线及其杆号分布铺设环绕海源北路-慧谷路,高压线杆高8 m 左右,距待拆建筑物A3-1 最近为慧谷路23 m 处,距离A3-2 最近距离为海源北路80 m 处。

具体周边环境如图1 所示。

图1 A3 地块拆除爆破周围环境图

1.2 楼房结构

1)A3-1 楼及A3-2 楼均为22 层框架核心筒结构楼房,楼房长46.4 m,宽27.6 m,高78.15 m。两个楼体中间有裙楼连接。 A3-1 和A3-2 的平面结构如图2 所示。

图2 A3-1 和A3-2 平面结构示意图

2)楼房立柱尺寸主要有1.10 m×1.35 m(不规则)、0.95 m×0.95 m、0.95 m×0.90 m、0.90 m×0.90 m、0.60 m×0.60 m 5 种尺寸立柱。 待拆楼房主要立柱结构配筋率较高,纵筋直径为22 mm 和25 mm,箍筋布置为ø10@100～ø12@100。 各主要立柱位置及规格尺寸详见表1。

表1 主要立柱位置及规格

1.3 爆破难点分析

1)待拆的两个楼房结构墙柱混凝土强度高,柱子的配筋率高,核心筒结构增强了楼体的整体稳定性,拆除难度大。

2)楼体两侧临近市区公路,周围环境复杂。 有高压线、天然气管道、居民楼、商业楼等需要保护的设施,防止爆破振动、触地振动对周围设施的影响及飞石的控制。

3)待拆楼房周围环境复杂,对爆破飞石,建筑物触地解体二次飞溅以及爆破振动、触地振动等危害效应的控制要求比较高。

4)预拆除难度大,要严格按照爆破预拆除方案精细施工,对两栋楼房进行裙楼拆除,并确保两栋建筑物的稳定性。

2 爆破总方案设计

考虑到两栋楼房均为22 层框架结构,距离较近,倒塌方向上距离不够防止形成人字形,经过查证资料,结合相关拆除案例[4],决定采用定向倒塌的爆破拆除方案,均采用单切口,切口形式为梯形,沿短边A3-1 先倒塌,A3-2 再倒塌的起爆方式,起爆间隔时间为3 s。

3 预拆除措施

预处理主要拆除立柱之间的墙体和电梯井附近的墙体、剪力墙。 本次爆破楼梯预处理范围为5层,比切口高度多1 层,其余为4 层,电梯井处理3层。 预处理后楼房平面结构图如图3 所示。

图3 预处理后楼房平面结构图

4 爆破参数设计

4.1 切口参数设计

1)由于A3-1、A3-2 楼尺寸结构相近,均为22层框架结构,其楼房尺寸为:长46.4 m,宽27.6 m,高78.15 m,沿短边的高宽比为78.15/27.6=2.83。

2)本次A3 地块爆破设计以A3-1 楼爆破设计作为典型设计,A3-2 楼设计参照A3-1。

3)A3-1 楼房采用单切口,切口形式为梯形,如图4 所示。

图4 切口倒塌示意图(单位:mm)

4)根据经验与理论计算,A3-1 切口为4 层,高度为17.85 m,定向倒塌切口闭合角为43°,倒塌距离估算为60 m。 切口高度如图4 所示。

4.2 立柱切口炮孔参数设计

1)典型立柱炮孔布置如图5 所示。

图5 柱子类型及炮孔布置示意图(单位:mm)

2)立柱爆破参数

①立柱破坏高度

本次爆破楼房属于钢筋混凝土框架结构,其承重立柱的爆破破坏高度H按下式确定:

式中:H为立柱的破坏高度;K为经验系数,取1.5～2.0;B为立柱的边长,取最大值;D为钢筋的直径,取大值0.025 m;Hmin为最小破坏高度,Hmin=(30～50)D,Hmin=0.75 m。

实际施工中,结合以往实践经验,立柱炸高H=K(B+Hmin)= 1.5×(1.35+0.75),H=3.0 m。

②后支撑铰链高度

后支撑铰链高度H铰=1.2×B窄,取H铰=1.2 m。

③立柱爆破层数设计

A 排立柱爆破4 层;B 排立柱爆破4 层;C 排立柱爆破2 层;D 排立柱爆破1 层。

④钻孔直径设计炮孔直径为42 mm,为钻孔作业方便,炮孔布置在距底板0.5 m 以上。

4.3 典型立柱爆破参数

楼房立柱具体爆破参数见表2。

表2 典型立柱爆破参数表

4.4 切口延期时间及起爆网路设计

1)A3-1 切口延时设计:A3-1 的A 排墙柱采用MS-1 段别,B 排墙柱采用HS-2 段别,C 排墙柱采用HS-3 段别,D 排墙柱采用HS-4 段别。

2)A3-2 切口延时设计:A3-2 的A 排墙柱采用HS-7 段别,B 排墙柱采用HS-8 段别,C 排墙柱采用HS-9 段别,D 排墙柱采用HS-10 段别。

3)起爆网路设计:采用四通与簇联相结合的复式网路,孔内采用指定段别的单发导爆管雷管,孔外采用双发瞬发MS-1 段雷管进行传爆,双雷管尾线采用四通方式接入敷设的双根导爆管网路中形成复式起爆。 同时,为确保整体起爆网路的可靠性,同一层间通过双线搭接的方式,形成多个闭环,上、下层间选择2 个节点,使用4 条导爆管连接。复式起爆网路布置如图6 所示。

5 爆破安全防护措施

考虑到周围环境的复杂程度,结合以往爆破拆除施工防护经验,本次爆破防护采取以下方式:

1)在楼房倒塌方向上加强防护工作,采用多道减振堤的防护形式,减振土堤采用现场红土堆砌,顶宽1 m,底宽2 m,高度1～3 m,顶部压2 至3 层彩条布与建筑滤网,最上层堆砌两层防水沙袋。 根据设计方案,预计主体倒塌长度不超过60 m,因此,从楼房前沿开始算起,每15 m 砌筑一道减振土堤,由倒塌方向共搭设4 道。 确保减振堤在倒塌方向上的铺设范围满足倒塌安全要求。

2)立柱上采用20 层密网进行包裹,再用12 号铁丝进行捆扎。

3)为了阻挡个别飞石飞出警戒范围,在切口方向外侧悬挂安全网,通过延缓能量的释放达到控制飞石的目的。

4)在爆破前,对待拆建筑周边地下室侧面地连墙的梁及楼板进行切割、留缝,割断连接处的钢筋,以形成减振沟,隔断振动波的传播。

6 爆破触地振动校核

根据周家汉提出的理论计算公式[8-9]:

式中:M为下落构件质量;g为重力加速度,g=9.8 cm/s2;kt,β为相关参数,k=3.37,β=-1.66;H为构件重心高度;R为保护物至着地点距离,R=96 m;σ为地面介质的破坏强度,一般取10 MPa,为A3-2 号楼定向倒塌对其背向96 m 处的生活用水管道的影响。 代入公式(3),经计算得vt=1.58 cm/s,根据《爆破安全规程》的安全标准,该塌落振动不会对周围建筑物、设施等产生损伤。

7 爆破效果

本次爆破A3 地块两栋楼房共使用炸药446.82 kg,导爆管雷管1 222 发,导爆管6 500 m,钻孔1 088 个。 两栋楼房按照预期设计延期时间逐一倒塌。

本次爆破采用主动防护和被动防护相结合的安全防护方式,有效控制了爆破飞石和爆破噪声。海源北路的高压线和邻近居民区及生活用水管道、慧谷路的高压线均未受到影响。 针对A3 地块可能引起的爆破及触地振动均布置了测振点,测振结果均未超过《爆破安全规程》允许振动范围。

8 结论

1)本次两栋距离较近楼房的成功爆破验证了爆破拆除延期时间设置为3 s 是合理的,楼房爆破墙柱间采用500 ms 间隔时间是合理的,两栋楼房的爆堆折叠程度在预期高度以内,可供其他类似工程参考借鉴。

2)针对楼房拆除采用主动防护和被动防护可以有效控制爆破飞石和爆破振动。

3)对于有地下室的楼房爆破拆除,一定要做好提前预拆除,对地下室的楼板、梁柱等提前隔断对于顺利倒塌和减弱爆破振动是有效的。