11 层框架结构楼房爆破拆除

罗 伟,王明明,刘治兵

(1.深圳市地健工程爆破有限公司,广东 深圳518040;2.深圳市城投爆破工程有限公司,广东 深圳518040;3.中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司,安徽 淮北235000)

1 工程概况及结构特点

某大学科研教学服务中心楼原为社区的行政楼,根据规划需要,须进行拆除。 由于楼房高度较高,用人工和机械的方法拆除危险性大,为确保安全,决定对其采用定向控制爆破的方法予以拆除。

待拆楼为11 层的钢筋混凝土框架结构,高度约45 m,建筑面积约8 200 m2,如图1 所示。 楼房呈西北-东南走向,设有2 个楼梯间和1 个电梯井,长度为39.8 m,5 跨6 排立柱;宽度为20 m,2 跨3 排立柱,主要立柱截面尺寸为65 cm×105 cm,配筋不详,平面结构如图2 所示。

图1 待拆楼侧面照

图2 待拆楼平面结构

待拆楼东南侧为学苑大道,距离学苑大道主道105 m,距离学苑大道一侧的居民楼135 m;西南侧为校园内绿化用地,西北侧为行政楼,距离110 m;东北侧为空地,东侧为教工楼,距离92 m。 周边环境如图3 所示。

图3 待拆楼周边环境

2 总体方案设计

根据待拆楼的结构特点、周边环境及业主对工程施工的安全要求,对爆破方案的技术性、经济性和安全性进行了评估与分析,决定采用定向控制爆破技术予以拆除,对室内影响倒塌的楼梯、电梯井、转角等部位进行预拆除,楼房倒塌方向确定为东北方向。

3 爆破参数设计

3.1 爆破缺口高度

爆破缺口形式采用“三角形缺口”形式,通过倒塌角理论计算倾覆解体的缺口高度,计算公式为:

式中:H1为爆破缺口高度,m;L为建筑结构倒塌方向宽度,m,现场勘查L=20 m;α为倒塌角,一般取25° ～40°。

楼房为框架结构,整体性好,考虑施工安全、方便和保证建筑物充分解体,选取较大的倒塌角34°。经计算,缺口高度为H1=13.50 m,即爆破3.5 层。爆破缺口如图4 所示。

图4 爆破3.5 层的爆破缺口

3.2 爆破参数设计

1)炮孔参数

最小抵抗线W:立柱短边长65 cm,取W=32.5 cm;

炮孔间距a:a=(1.0 ～2.0)W,取a=40 cm;

炮孔深度L:L=(0.58 ～0.8)B=45 ～70 cm;

2)单孔装药量计算公式[1]为:

式中:q为单孔装药量;K为单位体积用药量系数(单耗);a为炮孔间距;b为炮孔排距;H为构件的破坏高度。

根据以上公式和现场试爆效果,前排和中间排立柱炸药单耗选用1 000 g/m3,后排立柱选用800 g/m3。 楼房一层到三层中间4 柱布置2 排孔,其他为单排孔,且一层后排柱子采取减弱爆破,具体参数见表1。

表1 爆破参数

4 起爆网路

起爆网路采用电-非电起爆网路,孔内全部采用毫秒延期导爆管雷管,按倒塌方向设计延期时间,前排柱采用MS-3 段雷管,中间排柱采用MS-5段雷管,后排柱采用MS-9 段雷管,孔外采用MS-1段雷管传爆。 孔内雷管与孔外传爆雷管采用簇联,毎组捆绑2 发导爆管雷管。 各楼层先进行分区,各区独立连接成复式交叉网路,再接入2 发电雷管引爆。 起爆网路如图5 所示。

图5 起爆网路

5 安全核算

5.1 振动验算

1)爆破振动采用下式计算:

式中:V为质点爆破允许振动速度,cm/s;Q为单段最大药量,kg;R为保护物与爆破中心的距离,m;K为与地震波传播地段岩土特性等有关的系数,取200;α为地震波衰减指数,取1.8;K′为高差系数,取0.4;K″为离散系数,取0.7。

楼房爆破拆除时单段最大药量为38.13 kg,代入式(3)计算,距离92 m 的教工楼爆破允许振动速度为0.145 3 cm/s,距离50 m 处的地面爆破允许振动速度为0.435 3 cm/s。

2)触地塌落振动

楼房整体倒塌,产生的塌落振动强度最大,触地塌落振动速度利用式(4)[2]计算:

式中:v1为塌落引起的振动速度,cm/s;M为下落建筑物的质量,取2 800 t;H为建筑物的重心高度,m,取15 m;g为重力加速度,9.8 m/s2;σ为地面介质的破坏强度,MPa,一般取10 MPa;R为观测点到冲击地面中心的距离,m,取40 m;kt,β分别为塌落振动速度衰减系数和指数,取kt=3.37,β=-1.66。

经计算,在爆破正前方50 m 处v1=0.94 cm/s,实际测试,测得的爆破最大振动速度为0.873 7 cm/s,与爆破验算值0.94 cm/s 相接近,均小于安全允许振动速度1.0 cm/s,符合GB 6722—2014《爆破安全规程》的要求。 爆破振动速度测试的具体数据见表2,爆破振动波形如图6 所示。

表2 爆破振动速度测试数据

图6 爆破振动波形

5.2 爆破飞石安全距离计算

根据文献[3-4],爆破飞石安全距离S采用式(4)计算。

式中,V为飞石初始飞行速度。 控制爆破中,当爆破作用指数为1 时,V取20 m/s,则S=40 m。

爆破飞石方向不确定,为防止飞石造成事故,实际施工时,柱子四周采用竹夹板包裹防护,且在楼房的东西侧和北侧(爆破切口处)搭设防护排架,排架采用双层竹夹板,距离墙体15 ～20 cm,内侧挂竹笆,外侧挂密目网。 起爆时,人员及车辆均撤离至100 m 范围以外[5-8]。

6 结语

起爆后,楼房倒塌方向与设计方向一致,并充分解体,达到了预期效果。 如图7 所示。

图7 爆破后楼房倒塌

楼房爆破拆除前,应精心设计爆破方案,合理选择爆破参数。 在保证结构安全的前提下,对建筑物进行预处理,合理控制延期时间,有利于结构解体,降低爆破有害效应。