单向三折叠拆除爆破技术在复杂环境下的应用

刘士兵,贺攀,程赛珍

(湖南南岭民爆工程有限公司,长沙410013)

1 工程概况

岳阳市友阿德赛商业广场位于岳阳市区的中心地带,巴陵西路南侧,始建于2002年,因城市规划需要拆除。友阿德赛商业广场大楼有17层,属于框架结构,高53.7 m,总建筑面积约18 280 m2(其中主楼17层,建筑面积12 240 m2,采用拆除爆破;辅楼5层,建筑面积6 040 m2,采用机械拆除)。第1层层高4.3 m,2～4层层高4.0 m,5～17层层高2.9 m(见图1)。

图1 待拆楼房现场Fig.1 Site of the buildings to be demolished

1)周边环境。待拆大楼距离巴陵西路南侧外沿18 m,北边距离地下商场入口7 m,距离对面建筑物68 m;大楼西侧为在建工地,西侧外沿距离工地外沿14 m;大楼南侧42 m及东侧8 m均为在建工地深基坑,南距南辅街100 m,东距小区通道120 m(见图2)。

图2 周边环境Fig.2 Surrounding environment

待拆大楼的周边环境复杂,三面是在建工地深基坑且边坡为临时支护。大楼北侧7 m有地下通道,大楼与通道间存在大量地下管网,稍有不慎,爆破振动就可能损害这些通道、管网。待拆大楼毗邻巴陵西路,车、人流量大,商铺密集,且临近地下商场,必须严格控制爆破施工中的危害效应(如飞石、振动、空气及路面的污染)。

2)楼房结构。待拆楼房的墙主要是24 cm砖墙和钢筋混凝土剪力墙。立柱为钢筋混凝土结构,截面为方形和圆形,其中方形截面立柱尺寸分别为800 mm×800 mm、600 mm×600 mm和1 000 mm×1 000 mm;竖筋直径20 mm,每间隔18 cm布置1根(见图3)。圆形截面立柱尺寸为φ1 000 mm。

图3 1 000 mm×1 000 mm立柱竖筋分布Fig.3 1 000 mm×1 000 mm distribution of vertical ribs

2 爆破设计

2.1 倒塌范围

因为待拆大楼最高为53.7 m,倒塌范围42 m外有正在施工的深基坑,所以决定采用单向三折叠爆破技术[1]进行拆除,并将倒塌范围控制在35 m以内。

2.2 爆破方案

为实现待拆大楼安全拆除爆破的总目标,决定采用以下技术:

1)合理确定切口形式和延时时间,使大楼朝指定方向倒塌;

2)控制大楼不同楼层构件的破坏范围和程度,实现大楼整体爆破塌散范围的控制;

3)采用预处理技术,实现对爆破振动强度的控制;

4)采用单向三折叠爆破技术,为大楼倒塌留出足够空间。

2.3 预拆除

在保证待拆大楼结构绝对稳定的前提下,预先对可能影响拆除爆破的非承重和部分承重墙、楼梯、电梯井及门窗等进行机械和人工处理,以获得比较理想的爆破效果[2]。同时,可以减少钻孔工作量,实现大楼的顺利倒塌。

1)门窗、非承重墙。将爆破切口内的门窗、非承重墙全部拆除。

2)楼梯。将待拆楼房爆破切口内及上2层的楼梯进行人工处理,处理时必须彻底破坏其整体刚性,以免影响整个楼体的倾倒(见图4)。

3)管线。将待拆楼房内所有水电气、供暖、通讯管线进行人工拆除或迁移。

4)电梯井。将爆破切口电梯及电梯井的非承重墙部分拆除,对倒塌方向的剪力墙进行破坏。

图4 楼梯预处理Fig.4 Stair pretreatment

2.4 爆破参数

1)倾覆解体切口高度。在爆破实践中,楼房倾覆解体切口高度h计算公式[3]如下:

式中:Bx为楼房宽度,m;α为倒塌角;n为爆破切口分布层数;hc为楼房层高,m。

对于倒塌角α的取值:抗震烈度6度以上的砖混结构楼房的倒塌角α≥25°;框架结构楼房的倒塌角α≥29°;框剪结构楼房,用框架结构α值计算倾覆解体切口高度,承重墙部分的切口高度应再提高1～2个楼层。根据现场查看,本次爆破倒塌角α取30°。楼房最宽处是13.596 m,Bx取13.6 m,得出h=Bx×tanα=13.6×tan 30°≈7.85 m。n=h/hc=7.85÷4=1.96≈2层。第1爆破切口高度提高1个楼层高度,设置在1～3层,取12.3 m。为了保证楼房倒塌后解体充分,具体的爆破切口设计如图5所示。考虑到倒塌范围不够,增加第2切口,设置在7～8层,切口高度取5.8 m;增加第3切口,设置在12～13层,切口高度取5.8 m。

图5 爆破切口Fig.5 Blasting notches

2)立柱破坏高度。因大楼为框架结构,立柱较多,故将大楼立柱由南向北方向编号为a、b、c轴,立柱由东向西依次编号为1～9(见图6)。

图6 立柱分布Fig.6 Column distribution

对于钢筋混凝土框架结构,承重立柱破坏高度计算公式[4]为

式中:B为立柱截面边长,m;Hmin为承重立柱失稳最小破坏高度,一般为31～50d[5],d为钢筋直径,mm;K为经验系数,一般取K=1.5～2.0。

Hmin取0.66 m,K取1.5,将B取1.0、0.8、0.6分别代入式(3)计算,得承重立柱最小破坏高度分别为2.49、2.19、1.89 m;按此计算结果立柱可以被破坏,但为了保证楼房的倒塌可靠性,同时也为了使楼房充分解体,切口的立柱炸高部分增加到2.8 m,具体爆破切口立柱破坏高度参数如表1所示。

表1 爆破切口内立柱破坏高度参数Table 1 Parameters of column’s destruction height in blasting notches(m)

3)爆破参数设计。根据实际经验,待拆楼房的立柱和砖墙都采取连续装药的方式,所确定的爆破参数如表2所示。

表2 爆破参数Table 2 Blasting parameters

2.5 起爆方式

1)起爆器材选择。全部采用非电起爆系统对楼房进行拆除爆破。孔内起爆元件使用半秒导爆管雷管(HS3～HS5);第1、2切口“抓把”使用毫秒导爆管雷管(MS1,MS5)(见图7a);第3切口“抓把”使用毫秒导爆管雷管(MS9,MS10)(见图7b);击发元件使用高能脉冲起爆器(CHA-2000)、起爆击发针。延时时间如表3所示。

图7 切口爆破分区Fig.7 Notches blasting zone

表3 起爆延时时间Table 3 Initiation delay time(ms)

2)起爆网路。根据拆除爆破方案,为确保起爆网路安全,准确传爆,采用孔内高段延时、同层孔外毫秒延时、切口半秒延时及双回路起爆网路(见图8)。用四通连接件和导爆管把所有非电导爆雷管连接在一起,形成复式起爆网路。

图8 起爆网路Fig.8 Initiation network

2.6 爆破振动控制

1)采用延时爆破技术,合理安排起爆次序,降低齐发药量。

2)加大预处理拆除部分,减少爆破钻孔数量。

3)在大楼倒塌位置设置3道厚1.5 m,长60 m,宽1.2 m的废渣作缓冲层。

3 爆破效果及分析

爆破区域周边200 m范围内为警戒区域,巴陵西路进行交通管制120 min。从设计到实施起爆共历时35 d,施工炮孔1 750个,使用乳化炸药414 kg,雷管2 950发。

通过无人机航拍结果可知,楼房从失稳到坍塌历时4.7 s,爆破后楼房充分解体,倒塌范围控制在25 m以内,爆破效果符合设计要求(见图9)。

图9 爆破效果Fig.9 Blasting effect

施工过程中未出现安全事故,周边建筑未受爆破飞石的损伤。聘请第三方检测机构,采用Blast-UM型爆破测振仪在大楼周边进行振动监测,其中距离建筑物最近7 m处的质点振速为1.02 cm/s(见图10),符合《爆破安全规程》[6]规定。该点沉降速率小于0.04 mm/d,可认为建筑物处于稳定阶段。

图10 质点振动波形Fig.10 Particle vibration waveform

4 结语

1)单向三折叠破技术有利于控制高大建(构)筑物的倒塌距离和爆堆面积。

2)采用孔内高段延时、同层孔外毫秒延时、切口半秒延时及双回路起爆网路,可靠程度高,有利于形成不同切口的梯次塌落,有助于控制塌落振动。

3)采用了无人机航拍爆破过程,有助于爆破效果的分析。