大跨距高楼房爆破拆除控制技术与倒塌形态分析.pdf

第38卷第1期 2021年3月 Vol. 38 No.l Mar. 2021 bMg d o i10.3963/j. issn . 1001 -487X. 2021.01.014 大跨距高楼房爆破拆除控制技术与倒塌形态分析 杨肌*,张新雨射伤2,韩体飞2 1.安徽江南爆破工程有限公司，宣城242300 ；2,安徽理工大学，淮南232001 摘 要以立柱间跨距北侧约8 m处有两个配电站, 北侧约9 m处地下有由东向西布置的市政自来水 管、光缆，北侧约10 m处为阳德中路，北侧马路对面 距137 m为在建楼房,西北方向阳德中路斜对面为 商住混合楼,直线距离约为150 mo爆破环境较为 复杂。见图l o 图1周边环境图单位m Fig. 1 Surrounding environment unit m 12楼房结构 待拆楼房主楼为18层，裙楼4层。主楼平面结 构为长方形，长x宽二48.0mx 28.87 mo主楼为框 剪结构,1楼层间高度为4. 8 m,2 18楼的层间高 度均为3.5 m,高度为64.3 m,连同顶部框架主楼地 面以上的总高度为70. 3 mo本次爆破拆除的总建 筑面积约为30 214.3 m2o 楼房内部布置有22根立柱，中间部位为框剪结 构电梯井和楼梯间等。立柱间距纵向7根立柱间 距均为8.0m,横向4根立柱间距均为8.6 mo立柱 断面为正方形，断面规格1层为0.95 mx 0.95 m, 2层递减为0.9 mx O.9 m,3〜6层均为0. 85 m X 0. 85 m,9层以上递减为0.8 mx 0.8 mo立柱的层 间高度第1层为4. 8 m,梁下高度为4.0 m；第2层 及以上各层的层间高度为3. 5 m,梁下高度2.8 mo 每层立柱间分布有纵向和横向的大梁，大梁断面规 格为第1层为宽X高二0.4 mx 0.8 m,第2层及 以上各层为宽X高二0. 4 m x 0. 7 mo中心部分为 框剪建筑结构，分布有电梯井、楼梯间和管线、通风 井等;剪力墙厚度分别为0.36 m和0.25 m,分层总 长度约为37.4 m和12. 5 mo横向每两排立柱之间 为一个开间单元铺面，1〜3层每个开间单元都布 置有楼梯间和卫生间。 13工程特点、难点分析 本工程的特点难点有 1 待拆楼房为现浇钢筋混凝土框剪结构,宽 度较大，高宽比仅为2. 25,楼房重心偏移距离较大。 2 北临阳德中路，车流及人流较多，且北侧 8 m处有两个配电箱;东距新建高层楼房群最近仅 50 m；爆破产生的飞石和楼房塌落产生的振动对周 围建筑物有很大的安全风险。 3 楼房的主要承重构件为立柱和局部的剪力 墙，中心部位结构复杂，立柱排数少,排间跨度大，势 能转换快，不易控制后坐。 2爆破方案的选择与确定 21爆破方案选择 根据18楼情况，决定采用“向南定向折叠倒 塌”的爆破方案。 爆破方案的主要内容 11 5层布置第一个爆破切口 ,11-12层布 设第二个爆破切口 []。见图2。 第38卷第1期杨 帆，张新雨,胡坤伦，等 大跨距高楼房爆破拆除控制技术与倒塌形态分析89 图2爆破缺口布置示意图 Fig. 2 Layout of blasting gap 2爆破缺口内的立柱全部钻孔爆破;爆破缺 口内的每层电梯间和楼梯间采用爆破方式切割成条 状，每个侧面留3〜4个约1.5 m宽的支撑墙体，其 余部分的混凝土全部采用爆破和人工方式剔除;在 楼房梁的交叉处布置5 6个炮孔，对梁体进行破 坏，使倒塌更充分。施工中必须按照设计进行，确保 施工安全和楼房的整体安全性。 3 同时与倒塌方向平行的梁采用爆破的方式 进行分段爆破，以便于楼房在倒塌过程中能够较好 的折叠，使之空中解体,以减小塌落时的触地冲量, 这样先期塌落到地面的楼板等建筑垃圾就成为后继 塌落物的缓冲层，可进一步减小塌落震动，并最大限 度的降低爆堆。 4 采用草袋和竹笆对楼房立柱的东、西及北 侧进行严密防护,11、12楼对东西及南侧进行严密 防护，防止爆破飞石对售楼部、在建楼房和商场造成 破坏o 2.2爆破参数设计 1爆破参数见表1、表2。 表1楼房立柱和梁的爆破参数 Ta bl e 1 Bl a st in g pa r a met er o f t he bu il d in g c o l u mn a n d bea m 截面尺寸/最小抵抗线/孔距/排距/孔深/炸药单耗/单孔 cm X cmcmcmcmcmkg m-3装药量允 95 x95303040753.0550 90 x90303040703.0500 85 x85303040653.0450 80 x80303040603.0400 80 x40 20 3057 3.0 260 70 x40 20 3045 3.0 220 表2剪力墙及楼板爆破参数 Ta bl e 2 Bl a st in g pa r a met er s o f shea r wa l l a n d f l o o r 剪力墙厚度/最小抵抗线/孔距/排距/ cm 孔深/ cm 炸药单耗/ kg m-3 单孔 装药量/g cmcmcm 3615.03025263.5130 2512.52520173.570 4010.035 一 303.5120 157.520 20 102.020 2炮孔数及装药量统计 总炮孔数3928个;总装药量886.2 k g。 2.3起爆网路及顺序 整栋楼房炮孔内全部采用孔内延期，从楼房南边 第1排立柱用MS・5〜9段，第2排立柱采用MS-7- 12段,电梯间和楼梯间从南北轴线正中间分区，南半 区采用MS-7-12段，第3排立柱、电梯间和楼梯间北 半区采用HS・4段，最后一排立柱采用HS・6段，爆破 缺口以上的横梁切断采用与后排立柱相同段别的雷 管。具体延期时间安排及网路连接见图3。 起爆网路为每根立柱炮孔采用“大把抓”捆绑2 发MS・2段导爆管雷管连接一组簇联网路，同一楼 层爆破切口内各组MS・2段导爆管雷管形成网格式 闭合起爆网路，确保网路传爆的可靠性。然后各层 之间,各切口之间在进行交叉连接，整体上形成立体 交叉复式闭合回路。 90爆破2021年3月 图3主楼爆破切口范围及网路延期时间图 Fig. 3 Blasting cut range and delay time network diagram of main building MS-7MS-6第12层 /“MS-8MS-7MS-6第11层 1区 2区 第五层 3区 MS-8第四层 HsX MS-9MS-7第三层 jfs-4 MS-8MS-6第二层 H6HS-4MS-7MS-5第一层 上部切口和下部切口用HS-4段连接。 2.4爆破振动控制技术 由于此次爆破为楼房爆破,起爆药包均布置在 地面以上的立柱、墙体、梁及楼板中，装药空间位置 处于地面以上，单个药包药量小,爆炸点分散,并且 采用微差爆破技术，根据以往施工经验，由爆破自身 产生的振动对周围环境产生的影响很小，可以不予 考虑。在本次爆破施工中，需要考虑的是楼房倒塌 触地产生的振动。 触地振动由公式VtKt[/R进行估算 式中匕为爆破振动峰值速度,c m/s ；M为塌落 楼房质量,22 360 t；H为塌落高度,35 m；g二9.8 c m/s2 ； “为塌落楼房破坏应力，一般取10 MPa；/为质心 至计算点的距离，叫K八0为衰减指数,K取值为 1.20,0取值为1.66；按此公式核算，得到距爆区 50 m的塌落震动速度为1.41 c m/s。 减振措施 1 减振土堤在楼房倒塌方向距离楼体2 m 至46 m处的地面上垒筑平行于楼房长50 m、高3 m 的土堤,土堤使用挖掘机压实,并加盖渣土覆盖网。 2 减振沟在楼房西侧距楼房5 m处,挖一条 由北向南深4 m、长80 m沟槽;在楼房北侧配电南 侧且距离楼房3 m处，挖一条由西向东长20 m、深 2 m的沟槽。 3 爆破18楼前10 d停止浇筑混凝土和砌筑 墙体。在爆破前2 h关停18楼北侧自来水、电等。 主楼采用单向折叠倒塌方式并且倒塌后会落到 已预先拆除的20楼建筑垃圾和减振土堤上面，倒 塌触地振动效应会明显削弱。且倒塌触地产生的震 动小于楼房允许的最大振动速度,对周围的建筑物 是安全的。 2.5爆破效果 2.5.1 倒塌形态 2020年3月31日11时28分对大楼实施爆破， 起爆后，楼房向预定方向倒塌,倒塌过程历时7 s ,爆 破后，爆堆破碎效果理想，爆堆高度6 m左右，楼房 前冲40 m,东西两侧坍塌范围5 m,北靠西侧最大后 坐8 m,靠东侧最大后坐10 mo爆破后发现后排立 柱从4楼顶处折断,上部压塌下部后坐。其中最西 侧立柱伸入两个受保护的配电房中间10 c m,未损 坏配电房。见图4。 图4倒塌过程及形态 Fig. 4 Collapse process and shape 2.5.2后坐原因分析 能转换快,1区和2区延期时间最大为550 msms-12, 118楼房跨距为8 m x 其他5个测点布置在待拆楼房西侧,待 拆楼房西侧距楼房5 m处，挖一条由北向南深4 m、长 80 m减振沟;他、他和他测点布置在东侧在建楼房 的1层、4层和7层，离地面高度分别为0 m、9 m、 18 m,三个测点距离待拆楼房距离89.1 mo 表3振动监测数据 Ta bl e 3 Vibr a t io n mo n it o r in g d a t a 测点 距爆源 距离/m 爆破振动塌落振动 通道1 通道2通道3 通道1 通道2通道3 振幅/ cm s_1 主振 频啓 Hz 振幅/ cm s_i 主振 频啓 Hz 振幅/ cm s_1 主振 、频脅 Hz 振幅/ cm s_i 主振 频啓 Hz 振幅/ cm s_1 主振 、频就 Hz 振幅/ cm s_i 主振 频脅 丿Hz N1东56.90.2896.4090.2236.1040.24414.9540.3156.4090.1766.1040.20514.954 N2西69.10.1387.9350.1734.5780.56389.4170.0787.9350.0804.5780. 10989.417 N389.10.1537.935-0.1414.8830.1346.7140.1317.9350.0994.8830.0796.714 N4 89.1 高9 0.2488.5450.2664.8830.2516.7140.1298.5450.0904.8830.1366.714 N5 89.1 高 18 0.1616.7140.2204.8830.2906.7140.0836.7140.1084.8830.0906.714 N6109.1失真 92爆破2021年3月 对各测点振动速度进行统计分析表明如图7 所示N与其余测点比较发现，减振沟能减小塌落 振动约40,但对爆破振动基本无影响。比较他、 他和他测点,可以发现测点所在楼层高度对爆破 振动速度有一定放大效应,而对塌落振动基本无影 响。见图7。 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 ■ BP-通道1 匚二I BP-通道2 - 匚二I BP-通道3 N1 N2 N3 N4 N5 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 N1 N2 N3 N4 N5 测点测点 a爆破振动 a Blasting vibration b塌落振动 b Collapse Vibration 图7各测点爆破振动与塌落振动振速对比图 Fig. 7 Comparison of blasting vibration and collapse vibration velocity of each measuring point 3结论 1 大跨距高楼,由于势能转换快，极易引发后 坐，因此要合理设置各排间延期时间，控制倒塌形 态,防止破坏周边需保护的建筑物。 2 通过分区、分楼层延期爆破技术达到楼房 空中解体,加垫减振土堤、利用先期拆除的楼房作缓 冲，通过开挖减振沟等措施减小振动效果明显。通 过理论计算和实际振动监测,本次大跨距楼房爆破 拆除所引发的振动低于爆破安全规程中允许系 数。减振沟能减小塌落振动约40,但对爆破振动 基本无影响;测点所在楼层高度对爆破振动速度有 一定放大效应,而对塌落振动基本无影响。 参考文献References [1] 顾毅成，史雅语,金骥良工程爆破安全[M].合肥中 国科学技术大学出版社,2009. 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