控制爆破拆除15層剪力墻結構廠房

1項目總結1.1地下主副樓樓由于需要城市建設，將對蕪湖長江東岸的香港龍酒店進行爆炸解放和拆除。該樓于1988年設計建造,總建筑面積5700m2,東西方向長25.6m、南北寬13.9m、高53m,共15層,為剪力墻框架結構。樓頂架設有發射天線塔、水箱等設備;大樓東部外是外部樓梯,樓內有兩部電梯、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32根,大部分墻面為磚體結構,部分墻面為鋼筋混凝土所制(大樓結構參見圖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;大樓南側為在建工地;電線環繞在大樓的西、南兩側。周圍環境如圖1所示。2爆炸試驗的總體規劃2.1確定爆破安全的原則待爆大樓系剪力墻高層建筑,周圍環境良好,北側有充足的倒塌空間,若向北倒塌,不會對西、南側電線造成影響,且大樓附近無需要保護的特殊建筑物。經與省爆破專家的共同探討,最終確定“大切口、多節點破壞、北向定向倒塌”的設計原則,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,在切口以上樓層內的承重柱上多點布置炮孔,增加破碎節點,加強大樓倒地時的破碎效果。(2)在確保安全的前提下,對大樓進行爆破前預處理,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“大切口一次倒塌”原則,根據待爆建筑“對稱性”特點,通過驗算其偏轉重心,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排每個承重柱只需少量處理幾個炮孔,形成轉動鉸即可。各承重柱的切口高度如圖2所示。結合圖3(a),本次工程涉及到的切口數量為8個。3預處理3.1制定合理的爆破、爆破過程中政府參與的處置辦法大樓內的電梯間和樓梯起核心筒的作用。為了避免它們對大樓倒塌準確性的影響,爆破前應采取一定措施對內部電梯間和內、外部樓梯進行預處理。對于大樓的內部和外部樓梯,爆破前將1～6層每層樓梯上下的換步臺橫梁切斷,踏步中間切斷,橫向隔斷墻切斷,切斷后只殘留鋼筋部分。對于大樓的電梯筒,將其1～2層內支撐墻預先放小炮清除。電梯筒的處理要徹底、完全。3.2拆除建筑物內的磚塊為了減少起爆藥量、降低施工工作量,預先按設計要求人工將樓層內的磚墻拆除。預處理之后的大樓樓層如圖3(b)所示。3.3有炮孔的區域根據爆破延期時間的差別,可將大樓有炮孔的區域分為6個區:A區、A-B區、B區、C區、C-D區、D區。各個區的承重柱和剪力墻情況如表1所示。3.4保證d區承擔柱上炮孔數量為防止因底部支撐不夠引起后坐,應減少東西向D區承重柱上炮孔數量,同時應給D區的承重柱、剪力墻部分留有充足的延期時間,以保證D部分爆破前A、B、C部分結構已在空中形成確定的倒塌姿勢。4爆炸參數4.1重量各承重柱混凝土標號、配筋、厚度相同,可采用同樣參數。(1)柱截面長度的變化根據爆破設計原則,柱類最小抵抗線等于柱截面短邊長度的一半。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。根據經驗公式,b1=a1,考慮實際施工方便和單孔設計藥量偏大,取b1=40cm。(3)孔深p1孔深大致等于最小抵抗線,將填塞長度計入,設壁厚L=60cm,則取孔深l1=(2/3)L=40cm。(4)單耗及熱價根據設計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)炮孔行數的確定考慮到鉆孔的實際操作,每根承重柱均從地面以上50cm處開始鉆孔。考慮預防后坐問題,D區8根承重柱每根只少量打2排孔,形成轉動鉸即可。對于A區6層、B區4層、C區2層,該三層每層承重柱只打4排孔。對于爆破節點的處理,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,根據層高即可求得炮孔總數。每根承重柱只打1列炮孔,故炮孔行數即該承重柱的炮孔數。求得承重柱炮孔數量,如表2所示。4.2墻上的墻壁各剪力墻混凝土標號、配筋、厚度均相同,可采用同樣參數。(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根據鐵道設計院的實踐經驗,對于鋼筋混凝土墻體,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爆破經驗,當剪力墻較高時,為了節省工時和施工成本,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的剪力墻高度分別有2.9m、4.1m、4.8m三種類型(見圖4)。鉆孔時,考慮到實際操作,均從距底部0.5m處開始布孔。切口內2.9m剪力墻主要分布在F5、F6,其中F6層僅底部2m炮孔區,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區的3個面;B區F1-F4的1-2單元間1個面,3-5單元間2個面,7-8單元間2個面;C區F1-F2的1-2單元間1個面,3-5單元間2個面,5-6單元間1個面;C-D區5單元的2個面。每層共計剪力墻14面,電梯筒的6面墻預處理時解決。4.3增設爆破節點為了保證電梯筒對大樓倒地破碎效果不產生太大影響,有必要對7～15層的電梯筒增設爆破節點。每層電梯筒增設4個爆破節點。每個節點從地面以上50cm處開始鉆孔,以25cm為排距,設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個炮孔,共計8×9=72個炮孔。5爆炸網絡工程5.1區域起爆序本此爆破工程周圍環境良好,設計方案為定向倒塌,整體起爆次序為從下至上,區域起爆次序定為:A區先起爆、其次B區、再次C區(均包括各區的爆破節點),最后是D區起爆。本工程爆破拆除的重點主要是防止爆破造成后坐,D區的延期時間要著重考慮。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。考慮到后坐問題,爆破延時設計如下:A區(包括A-B)與B區、B區(包括B-C)與C區均為0.5s延時,C區(包括C-D)與D區為1.5s延時。暫定每一炮孔內使用1發雷管,各區的雷管段別、數量和延時如表3所示。5.3瞬發節拍2發采用“簇聯”和四通連接聯合使用的導爆管爆破網路。先將柱內炮孔導爆管雷管捆扎成一束(不超過20根),再綁上2發瞬發毫秒導爆管雷管。瞬發毫秒導爆管雷管用四通連成復式網路,每柱為一個小循環、每層柱為一個中循環、整個樓形成一個大循環。小循環之間、中循環之間、大循環之間多處搭接,形成復式交叉網路。用起爆器起爆導爆管雷管。5.4雷管導爆管長度按照本設計,不考慮接力雷管,本次爆破設計共鉆孔5216個,需用雷管5216發,炸藥212.61kg。孔內導爆管雷管導爆管長度一律取3m;接力雷管導爆管長度一律取10m,初步估計接力雷管總數550發左右。6爆炸振動校正和保護措施6.1爆破振動安全的確定爆破振動主要按爆破切口最大單響段藥量進行驗算,該藥量是147.06kg,爆炸加權中心距離最近民房30m。按常用的垂直振動速度計算公式:v=K′?K(Q??√3/R)αv=Κ′?Κ(Q3/R)α式中:v為垂直振動速度,cm/s;K、α分別為與地形、地質因素有關的系數,取K=150,α=1.6;K′為拆除爆破衰減系數,這里取0.25;Q為單響最大藥量,kg;R為測點到爆源的距離,m將以上數據代入公式核算其振動速度為v≈2.33cm/s。《爆破安全規程》中對爆破振動安全允許標準:鋼筋混凝土框架結構樓房的耐震能力為5cm/s。另一方面,爆破產生的地震波衰減快,振動頻率比天然地震高(爆破振動頻率50Hz左右,而天然地震頻率為2～5Hz),并且爆破振動持續的時間短。以上計算的數據證明,按此設計對相鄰的建筑是安全的。6.2塌落振動速度t根據周家漢教授提出的高大建筑物倒塌落地振動公式: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速度,cm/s;M為下落構件的質量,t;g是重力加速度,9.8m/s2;H是構件的高度,m;σ為地面介質的破壞強度,一般取10MPa;R為觀測點至沖擊地面中心的距離,m;Kt、β分別為塌落振動速度衰減系數和指數,Kt=3.37～4.09,計算時取3.37,β=-1.66～-1.80,計算時取-1.66。根據本次工程建筑的結構和爆破方案,估算式中Mmax≈3.77×107kg、R=30m、H≈29m。將以上數據代入公式中,計算得倒塌觸地振動速度為vt≈0.56cm/s。倒塌振動遠小于《爆破安全規程》中對民房振動安全允許標準,故大樓倒塌觸地振動對附近民房不會引起破壞。6.3開挖防振溝,限制爆破爆破災害主要是爆炸和沖擊產生的振動和飛石破壞,為此除采用多段延時起爆網路減小一次起爆藥量外,還在樓房倒塌方向開挖3條寬1.5m、深2m的防振溝,在整個大樓外掛防護網,有效地防止了爆破振動和飛石的危害。7爆炸效果及方案評估7.1現場爆破試驗2008年7月16日17時15層大樓被準時起爆,大樓按預定方向準確倒塌,爆破振動未對鐘樓產生破壞;由于飛石防護措施得當,附近鐘樓、民房未遭