控制爆破拆除15層剪力墻結(jié)構(gòu)廠房

控制爆破拆除15層剪力墻結(jié)構(gòu)廠房

1項(xiàng)目總結(jié)1.1地下主副樓樓由于需要城市建設(shè)，將對(duì)蕪湖長(zhǎng)江東岸的香港龍酒店進(jìn)行爆炸解放和拆除。該樓于1988年設(shè)計(jì)建造,總建筑面積5700m2,東西方向長(zhǎng)25.6m、南北寬13.9m、高53m,共15層,為剪力墻框架結(jié)構(gòu)。樓頂架設(shè)有發(fā)射天線塔、水箱等設(shè)備;大樓東部外是外部樓梯,樓內(nèi)有兩部電梯、一套樓梯。大樓的承重柱沿東西方向共8列,沿南北方向4行、共計(jì)32根,大部分墻面為磚體結(jié)構(gòu),部分墻面為鋼筋混凝土所制(大樓結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2、3,圖3中黑色部分為鋼筋混凝土部分)。1.2大樓周邊工地條件待拆除建筑坐落在長(zhǎng)江東岸,距東岸圍墻約35m;大樓東面有民房和工房;大樓以北是一片工地,工地附近有一座小鐘塔;大樓南側(cè)為在建工地;電線環(huán)繞在大樓的西、南兩側(cè)。周圍環(huán)境如圖1所示。2爆炸試驗(yàn)的總體規(guī)劃2.1確定爆破安全的原則待爆大樓系剪力墻高層建筑,周圍環(huán)境良好,北側(cè)有充足的倒塌空間,若向北倒塌,不會(huì)對(duì)西、南側(cè)電線造成影響,且大樓附近無(wú)需要保護(hù)的特殊建筑物。經(jīng)與省爆破專家的共同探討,最終確定“大切口、多節(jié)點(diǎn)破壞、北向定向倒塌”的設(shè)計(jì)原則,具體如下:(1)依靠較大的爆破切口使大樓整體向北定向倒塌,同時(shí),在切口以上樓層內(nèi)的承重柱上多點(diǎn)布置炮孔,增加破碎節(jié)點(diǎn),加強(qiáng)大樓倒地時(shí)的破碎效果。(2)在確保安全的前提下,對(duì)大樓進(jìn)行爆破前預(yù)處理,減少最后一次爆破的用藥量,削弱大樓的剛度,以便取得良好的爆破效果。(3)本次工程使用乳化炸藥。2.2重力柱切口高度本次爆破依據(jù)“大切口一次倒塌”原則,根據(jù)待爆建筑“對(duì)稱性”特點(diǎn),通過(guò)驗(yàn)算其偏轉(zhuǎn)重心,確定了如下爆破切口方案:①A排承重柱切口高度21.7m,范圍覆蓋1～5層全部及6層下方1.7m高部分;②B排承重柱切口高度14.70m,范圍覆蓋1～3層全部及4層下方1.7m高部分;③C排承重柱切口高度6.5m,范圍覆蓋1～2層下方1.7m高部分;④D排每個(gè)承重柱只需少量處理幾個(gè)炮孔,形成轉(zhuǎn)動(dòng)鉸即可。各承重柱的切口高度如圖2所示。結(jié)合圖3(a),本次工程涉及到的切口數(shù)量為8個(gè)。3預(yù)處理3.1制定合理的爆破、爆破過(guò)程中政府參與的處置辦法大樓內(nèi)的電梯間和樓梯起核心筒的作用。為了避免它們對(duì)大樓倒塌準(zhǔn)確性的影響,爆破前應(yīng)采取一定措施對(duì)內(nèi)部電梯間和內(nèi)、外部樓梯進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)于大樓的內(nèi)部和外部樓梯,爆破前將1～6層每層樓梯上下的換步臺(tái)橫梁切斷,踏步中間切斷,橫向隔斷墻切斷,切斷后只殘留鋼筋部分。對(duì)于大樓的電梯筒,將其1～2層內(nèi)支撐墻預(yù)先放小炮清除。電梯筒的處理要徹底、完全。3.2拆除建筑物內(nèi)的磚塊為了減少起爆藥量、降低施工工作量,預(yù)先按設(shè)計(jì)要求人工將樓層內(nèi)的磚墻拆除。預(yù)處理之后的大樓樓層如圖3(b)所示。3.3有炮孔的區(qū)域根據(jù)爆破延期時(shí)間的差別,可將大樓有炮孔的區(qū)域分為6個(gè)區(qū):A區(qū)、A-B區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、C-D區(qū)、D區(qū)。各個(gè)區(qū)的承重柱和剪力墻情況如表1所示。3.4保證d區(qū)承擔(dān)柱上炮孔數(shù)量為防止因底部支撐不夠引起后坐,應(yīng)減少東西向D區(qū)承重柱上炮孔數(shù)量,同時(shí)應(yīng)給D區(qū)的承重柱、剪力墻部分留有充足的延期時(shí)間,以保證D部分爆破前A、B、C部分結(jié)構(gòu)已在空中形成確定的倒塌姿勢(shì)。4爆炸參數(shù)4.1重量各承重柱混凝土標(biāo)號(hào)、配筋、厚度相同,可采用同樣參數(shù)。(1)柱截面長(zhǎng)度的變化根據(jù)爆破設(shè)計(jì)原則,柱類最小抵抗線等于柱截面短邊長(zhǎng)度的一半。待爆建筑32根承重柱尺寸基本相同,為50cm×60cm,故W1=1/2×50=25cm。(2)每根重柱的布置對(duì)于鋼筋混凝土,孔距a=1.0～1.3W,取a1=1.3W1=32.5cm。每根承重柱只布1列炮孔。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,b1=a1,考慮實(shí)際施工方便和單孔設(shè)計(jì)藥量偏大,取b1=40cm。(3)孔深p1孔深大致等于最小抵抗線,將填塞長(zhǎng)度計(jì)入,設(shè)壁厚L=60cm,則取孔深l1=(2/3)L=40cm。(4)單耗及熱價(jià)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中承重柱的鋼筋配比情況,取炸藥單耗q=0.5kg/cm3=500g/cm3,暫定承重柱單孔藥量q1=500×0.4×0.5×0.6=60g,暫定q1=75g。(5)炮孔行數(shù)的確定考慮到鉆孔的實(shí)際操作,每根承重柱均從地面以上50cm處開(kāi)始鉆孔?？紤]預(yù)防后坐問(wèn)題,D區(qū)8根承重柱每根只少量打2排孔,形成轉(zhuǎn)動(dòng)鉸即可。對(duì)于A區(qū)6層、B區(qū)4層、C區(qū)2層,該三層每層承重柱只打4排孔。對(duì)于爆破節(jié)點(diǎn)的處理,6層以上每根承重柱距地面50cm以上打2排孔。由于承重柱尺寸相同,且每層承重柱均為32根,根據(jù)層高即可求得炮孔總數(shù)。每根承重柱只打1列炮孔,故炮孔行數(shù)即該承重柱的炮孔數(shù)。求得承重柱炮孔數(shù)量,如表2所示。4.2墻上的墻壁各剪力墻混凝土標(biāo)號(hào)、配筋、厚度均相同,可采用同樣參數(shù)。(1)w2最小阻力線剪力墻墻體厚25cm,W2=1/2×25=12.5cm,取W2=12cm。(2)孔距a2和排距b2根據(jù)鐵道設(shè)計(jì)院的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)于鋼筋混凝土墻體,a=(1.2～2.0)W,取a2=25cm;取排距b2=a2=25cm。(3)孔深l2取13cm;根據(jù)剪力墻配筋情況,暫定單孔藥量q2=30g。(4)剪力墻布孔方式根據(jù)爆破經(jīng)驗(yàn),當(dāng)剪力墻較高時(shí),為了節(jié)省工時(shí)和施工成本,可采用“上中下”分三段布孔的方式,效果與剪力墻布滿炮孔相同。本次施工中爆破切口內(nèi)的剪力墻高度分別有2.9m、4.1m、4.8m三種類型(見(jiàn)圖4)。鉆孔時(shí),考慮到實(shí)際操作,均從距底部0.5m處開(kāi)始布孔。切口內(nèi)2.9m剪力墻主要分布在F5、F6,其中F6層僅底部2m炮孔區(qū),可全部鉆孔,F5可采用“2-3”的布孔方式;4.1m剪力墻分布在F2、F3、F4,全部布滿炮孔需要14行,改進(jìn)為采用“3-1-3”方式布孔;4.8m剪力墻分布在F1,全部布滿炮孔需要17行,改進(jìn)為采用“4-1-4”方式布孔。各類型剪力墻布孔方式如圖4所示。本工程中,涉及剪力墻處理的部分有A-B區(qū)的3個(gè)面;B區(qū)F1-F4的1-2單元間1個(gè)面,3-5單元間2個(gè)面,7-8單元間2個(gè)面;C區(qū)F1-F2的1-2單元間1個(gè)面,3-5單元間2個(gè)面,5-6單元間1個(gè)面;C-D區(qū)5單元的2個(gè)面。每層共計(jì)剪力墻14面,電梯筒的6面墻預(yù)處理時(shí)解決。4.3增設(shè)爆破節(jié)點(diǎn)為了保證電梯筒對(duì)大樓倒地破碎效果不產(chǎn)生太大影響,有必要對(duì)7～15層的電梯筒增設(shè)爆破節(jié)點(diǎn)。每層電梯筒增設(shè)4個(gè)爆破節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)從地面以上50cm處開(kāi)始鉆孔,以25cm為排距,設(shè)1行2排炮孔,單孔藥量暫定同剪力墻情況。因此每層電梯筒有8個(gè)炮孔,共計(jì)8×9=72個(gè)炮孔。5爆炸網(wǎng)絡(luò)工程5.1區(qū)域起爆序本此爆破工程周圍環(huán)境良好,設(shè)計(jì)方案為定向倒塌,整體起爆次序?yàn)閺南轮辽?區(qū)域起爆次序定為:A區(qū)先起爆、其次B區(qū)、再次C區(qū)(均包括各區(qū)的爆破節(jié)點(diǎn)),最后是D區(qū)起爆。本工程爆破拆除的重點(diǎn)主要是防止爆破造成后坐,D區(qū)的延期時(shí)間要著重考慮。5.2爆破延遲分析參考類似的爆破工程,決定使用半秒非電延期雷管作為起爆器材?？紤]到后坐問(wèn)題,爆破延時(shí)設(shè)計(jì)如下:A區(qū)(包括A-B)與B區(qū)、B區(qū)(包括B-C)與C區(qū)均為0.5s延時(shí),C區(qū)(包括C-D)與D區(qū)為1.5s延時(shí)。暫定每一炮孔內(nèi)使用1發(fā)雷管,各區(qū)的雷管段別、數(shù)量和延時(shí)如表3所示。5.3瞬發(fā)節(jié)拍2發(fā)采用“簇聯(lián)”和四通連接聯(lián)合使用的導(dǎo)爆管爆破網(wǎng)路。先將柱內(nèi)炮孔導(dǎo)爆管雷管捆扎成一束(不超過(guò)20根),再綁上2發(fā)瞬發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管。瞬發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管用四通連成復(fù)式網(wǎng)路,每柱為一個(gè)小循環(huán)、每層柱為一個(gè)中循環(huán)、整個(gè)樓形成一個(gè)大循環(huán)。小循環(huán)之間、中循環(huán)之間、大循環(huán)之間多處搭接,形成復(fù)式交叉網(wǎng)路。用起爆器起爆導(dǎo)爆管雷管。5.4雷管導(dǎo)爆管長(zhǎng)度按照本設(shè)計(jì),不考慮接力雷管,本次爆破設(shè)計(jì)共鉆孔5216個(gè),需用雷管5216發(fā),炸藥212.61kg。孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管導(dǎo)爆管長(zhǎng)度一律取3m;接力雷管導(dǎo)爆管長(zhǎng)度一律取10m,初步估計(jì)接力雷管總數(shù)550發(fā)左右。6爆炸振動(dòng)校正和保護(hù)措施6.1爆破振動(dòng)安全的確定爆破振動(dòng)主要按爆破切口最大單響段藥量進(jìn)行驗(yàn)算,該藥量是147.06kg,爆炸加權(quán)中心距離最近民房30m。按常用的垂直振動(dòng)速度計(jì)算公式:v=K′?K(Q??√3/R)αv=Κ′?Κ(Q3/R)α式中:v為垂直振動(dòng)速度,cm/s;K、α分別為與地形、地質(zhì)因素有關(guān)的系數(shù),取K=150,α=1.6;K′為拆除爆破衰減系數(shù),這里取0.25;Q為單響最大藥量,kg;R為測(cè)點(diǎn)到爆源的距離,m將以上數(shù)據(jù)代入公式核算其振動(dòng)速度為v≈2.33cm/s?！侗瓢踩?guī)程》中對(duì)爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn):鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓房的耐震能力為5cm/s。另一方面,爆破產(chǎn)生的地震波衰減快,振動(dòng)頻率比天然地震高(爆破振動(dòng)頻率50Hz左右,而天然地震頻率為2～5Hz),并且爆破振動(dòng)持續(xù)的時(shí)間短。以上計(jì)算的數(shù)據(jù)證明,按此設(shè)計(jì)對(duì)相鄰的建筑是安全的。6.2塌落振動(dòng)速度t根據(jù)周家漢教授提出的高大建筑物倒塌落地振動(dòng)公式:vt=Kt(R(MgH/σ)13)βvt=Κt(R(ΜgΗ/σ)13)β式中:vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度,cm/s;M為下落構(gòu)件的質(zhì)量,t;g是重力加速度,9.8m/s2;H是構(gòu)件的高度,m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,一般取10MPa;R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離,m;Kt、β分別為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù),Kt=3.37～4.09,計(jì)算時(shí)取3.37,β=-1.66～-1.80,計(jì)算時(shí)取-1.66。根據(jù)本次工程建筑的結(jié)構(gòu)和爆破方案,估算式中Mmax≈3.77×107kg、R=30m、H≈29m。將以上數(shù)據(jù)代入公式中,計(jì)算得倒塌觸地振動(dòng)速度為vt≈0.56cm/s。倒塌振動(dòng)遠(yuǎn)小于《爆破安全規(guī)程》中對(duì)民房振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn),故大樓倒塌觸地振動(dòng)對(duì)附近民房不會(huì)引起破壞。6.3開(kāi)挖防振溝,限制爆破爆破災(zāi)害主要是爆炸和沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)和飛石破壞,為此除采用多段延時(shí)起爆網(wǎng)路減小一次起爆藥量外,還在樓房倒塌方向開(kāi)挖3條寬1.5m、深2m的防振溝,在整個(gè)大樓外掛防護(hù)網(wǎng),有效地防止了爆破振動(dòng)和飛石的危害。7爆炸效果及方案評(píng)估7.1現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)2008年7月16日17時(shí)15層大樓被準(zhǔn)時(shí)起爆,大樓按預(yù)定方向準(zhǔn)確倒塌,爆破振動(dòng)未對(duì)鐘樓產(chǎn)生破壞;由于飛石防護(hù)措施得當(dāng),附近鐘樓、民房未遭