建筑物爆破拆除倒塌失败原因分析.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V o l - 2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 2 ．0 2 7 建筑物爆破拆除倒塌失败原因分析 胡浩川1 ，池恩安1 , 2 ，乐松1 ，魏兴1 1 ．贵州新联爆破工程有限公司，贵阳5 5 0 0 0 2 ；2 ．武汉理工大学资源与环境7 - 程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要在建筑物爆破拆除工程中，常常在爆破后出现爆体不倒塌、爆体下坐、局部倒塌不完全、倒塌方向 与设计不符等现象。究其原因，主要是对建筑物的结构特点和其爆破失稳后的运动规律不了解，使设计的爆 破缺口和爆破网路存在缺陷、爆破参数选取不合理。建筑物在爆破后不按设计要求的预定方向或形式倒塌， 留下极大的安全隐患，给后续处理工作带来很大的难度。具体分析建筑物爆破拆除倒塌失败的原因，并提出 预防技术措施。以供类似工程借鉴。 关键词爆破拆除；倒塌失败；原因分析 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 0 0 9 9 一0 4 A n a l y s i so fC o l l a p s eF a i l u r eo fB u i l d i n gE x p l o s i v eD e m o l i t i o n H UH a o c h u a n l ，C H IE n 一口n 1 ”，Y U ES o n 9 1 ，W E IX i n 9 1 1 ．G u i z h o uX i n l i a nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gL i m i t e dC o r p ，G u i y a n g5 5 0 0 0 2 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h ee x p l o s i v ed e m o l i t i o no fb u i l d i n g ，t h e r ea 咒c o m m o n l yn o tc o l l a p s e d ，b a c k w a r d ，p a r t i a lc o l l a p s e d o rc o l l a p s e dn o ta g r e e i n gw i t hd e s i g nc t c ．a f t e rb l a s t i n g ．T h er e a s o ni sm a i n l yn o tu n d e r s t a n dt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r - i s t i c so fb u i l d i n g sa n dt h e i rl a wo fm o t i o na f t e rb l a s t i n g ，S Ot h ed e s i g no fb l a s t i n gn e t w o r ka n dg a p se x i s t ss h o r t c o m i n g s ，a n dt h eb l a s t i n gp a r a m e t e r sa r eu n r e a s o n a b l e ，a f t e rb l a s t i n g ，t h ec o l l a p s eo fb u i l d i n gn o ta g r e e sw i t hd e s i g nr e - q u i r e m e n t s ，t h ep o t e n t i a ls a f e t yh a z a r db r i n g sl a r g e rd i l t l c u l tt Ot h ef o l l o w i n gw o r k s ．T h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec a u s eo f c o l l a p s ef a i l u r ei ne x p l o s i v ed e m o l i t i o no fb u i l d i n g si nd e t a i l sa n dp r o p o s e dp r e v e n t i v et e c h n i c a lm e a s u l ℃sa n dr e f e r - e n c e sf o rs i m i l a rp r o j e c t s ． K e yw o r d s e x p l o s i v ed e m o l i t i o n ；c o l l a p s ef a i l u r e ；c a u s ea n a l y s i s 0 引言 在拆除爆破工程中，建筑物爆破后倒塌失败的 案例常见报道，主要表现形式有整体不倒塌、整体 下坐、局部倒塌不完全、倒塌方向出现偏差。出现倒 塌失败的原因是多方面的，既有技术设计方面的原 因，也有施工方面的原因，但主要是技术方面的原 因。从爆破原理上分析，对设计爆破缺口内的介质 收稿日期2 0 0 9 一1 1 3 0 作者简介胡浩川 1 9 7 2 一 ，男，贵州新联爆破工程有限公司工程 师。从事工程爆破工作。E m a i l c h i 8 8 8 8 s i n a ．c o r n 。 进行爆破破坏后，建筑物不一定失稳，即使失稳也并 不一定完全倒塌，因为建筑物在爆破后失稳是其倒 塌的必要条件，但并不是其倒塌的充分条件。只有 在爆破后建筑物的重心位置发生了显著偏移或在垂 直方向上出现了很大高差的前提下才能构成完全倒 塌条件。要满足这个条件，一是要确保爆破后形成 能完全贯通的爆破缺口；二是对局部处理要有效，尤 其是楼梯间、卫生间、厨房等稳定性好的区域；三是 依据建筑物本身的结构特点和荷载的大小，设计合 理的爆破缺口形式和确定爆破缺口形成区域、形成 个数，使建筑物爆破失稳后获得很大的初始运动速 万方数据 1 0 0爆破 2 0 1 0 年6 月 度和加速度，随着运动时间的增加，建筑物获得很大 的的动能⋯，在爆破缺口的上、下沿线闭合时构件 与地面、构件与构件间相互猛烈冲击、碰撞、挤压以 破坏建筑物的整体刚度，使建筑物在失稳倒塌的同 时墙体垮塌、立柱扭曲、联系梁开裂，达到充分破碎 的理想效果，就常见的几种倒塌失败现象进行原因 分析 因爆破网路原因引起的建筑物倒塌失败现象 在文中不作分析 并提出相应的预防技术措施。 1 爆破后整体不倒塌 建筑物在爆破后整体不倒塌，说明缺口内的介 质没有得到充分破碎，没有形成爆破缺E l 或爆破缺 口未贯通，缺V I 内未破坏部分不但点多、面广，而且 具备一定的承载能力，整个建筑物还保持相对稳定， 出现这种情况主要有2 种原因一是炸药单耗的选 取不合理；二是孔网参数的选取不合理。 1 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构的主要承重结构是立柱、剪力 墙，隔墙 填充墙 是非承重结构，一般是砖砌体，在 爆破前可用人工对缺口内的墙体作预处理，需要爆 破的部位一般是立柱和联系梁。破坏立柱、剪力墙 的目的是让建筑物整体失稳，破坏联系梁的目的是 降低建筑物的整体刚度，使建筑物破碎效果更充分， 因此立柱、剪力墙的破坏效果好与差直接影响到整 个建筑物是否充分失稳，而破坏效果不仅要求混凝 土要充分破碎，而且钢筋要完全脱笼，混凝土要位 移。出现爆破缺口未完全形成的原因主要有2 种 一是设计缺口内所有立柱或剪力墙的炸药单耗不 够，仅仅使混凝土破裂、龟裂而钢筋未脱笼，这样的 立柱或剪力墙还具备一定的承载能力；另一种情况 是孔网参数选取不合理，主要指孔距、排距、孔深、填 塞深度、最小抵抗线心】，使得炸药爆炸后释放的能 量作用不均匀，没有完全破坏介质，炸后立柱或剪力 墙同样具备一定的承载能力。 根据欧拉公式 L 筹 若将，l 值取2 、3 、4 ，⋯各值，则K 竽，罕，竿， 与之对应的临界载荷分别为 F 一4 盯2 E I9 , r r 2 E l 1 6 耵2 E I ⋯ ‘“一 肛z 2 ’ 肛Z 2 ’ 肛Z 2 ’ 可见杆件的正弦曲线拐点越多，所对应的临界载 荷也越大【3 】。而对于拆除爆破而言，载荷为建筑物的 自然质量，要实现建筑物在爆破后失稳并倒塌的途径 主要有2 种方式，一是通过减少拐点来减小F c ，值；二 是增大爆破缺口高度即增加f 值来减小只，值。 对于爆破缺口内的同一立柱或剪力墙的不同区 域，要使其均匀破坏所需要的炸药单耗是不相等的， 主要原因在于一是不同区域的强度有区别，如基础 连接处和混凝土柱、梁、墙连接处，其钢筋密，构件强 度高；二是同一区域的不同部位的约束条件有区别， 对处于同一高程立柱、剪力墙的不同部位，两侧有3 个自由面，受到的约束小，而中间部分只有2 个自由 面，受到的约束大。要使同一立柱、剪力墙的不同区 域获得一样的破碎效果，就必须调整不同区域的炸 药单耗一种方法是优化设计立柱的排距、孔距、最 小抵抗线，但它们的差值又不能过大，如是多排孔， 一般取b W 埘，边孔具有3 个自由面， 破碎效果好，中间部分的破碎效果差。如是单排孔， 一般取口 2 w ；另一种方法是调整孔深，通过增加局 部区域的单孔装药量来增加炸药单耗，同时对孔深 要精确计算和校核，一般药包中心为钻孔方向断面 尺寸的中心 单药包 ，如超深或欠深，炸药能量主 要朝一侧释放，另一侧破碎效果差，如是分层装药， 也要掌握药包间间距小于单药包的最小抵抗线的装 药结构原则。 因此，可在参照同类工程单耗选取的基础上选 择1 根对整体承重无影响的立柱或局部剪力墙作爆 破试验，包括防护情况、飞石情况，最后根据试爆效 果调整炸药单耗。 2 砖混或砖砌结构 砖混或砖砌结构爆破的介质主要是砖砌体材 料，该类结构建筑物在爆破后整体不倒塌的情况有 2 种一种情况是节点 转角处 的破坏不彻底，炮孔 一般布置的是4 5o 的水平斜孔，由于最小抵抗线方 向和大小的原因使单个炮孑L 的作用范围有限，如果 布置不合理，炸药只破坏转角处，而对临近的3 面或 4 面墙体没有破坏，单个未充分破坏的节点类似于l 根具备一定承重能力的立住，所有节点通过累积后 就能支撑整个建筑物；另外一种情况是炸药单耗取 值整体偏小，尽管爆破的介质为砖砌体材料，但是不 同的砖砌体材料 有粘土类烧结砖、捣制混凝土砖 块、硅酸盐砖、粉煤灰砖、石膏砖 和不同的使用环 境 干旱、潮湿、化学污染 、不同的砌体厚度、不同 的修建年代其炸药单耗相差比较大，如完全按照经 验来确定单耗就极有可能造成单耗取值偏小，墙体 只是开裂或局部崩落而未完全破坏，爆破缺口未贯 通，使建筑物爆而不倒。 预防措施对砖砌体材料采用的爆破方式是抛 掷爆破，即爆破后砌体完全破碎、抛掷，为爆破缺口 万方数据 第2 7 卷第2 期胡浩川，池恩安，乐松，等建筑物爆破拆除倒塌失败原因分析 1 0 1 的上、下沿线间提供较大闭合空间，使建筑物在爆破际案例见图1 、图2 所示。 失稳后获得很大的运动速度。对于转角处，墙体的 边孔离转角处距离口 1 0c m 为合适，且转角处炮孔 单耗取墙面孔的1 ．5 倍为合适；对于墙体，爆破参数 一般取b 0 ．8 a ，口≤艿，单耗必须经试爆最后确定， 使相邻炮孑L 问的爆破漏斗半径要部分交叠，确保整 个爆破缺口的完全形成。 2 爆破后下坐 爆破后下坐指的是建筑物在爆破后尽管形成了爆 破缺口，但是由于设计的缺口形式、大小和延期时间等 方面存在缺陷，爆体没有获得较大的运动速度，重心位 置在水平方向上没有发生明显偏移，建筑物变为下坐， 层数减少，整体高度降低，并保持相对稳定M 1 。 根据一般平面运动刚体的动能计算公式 丁 峨2 扣∞2 式中，J o ∑豫 p 2 ，为一般平面运动刚体对C 轴 的转动惯量；t ，。和∞分别为其质心的绝对速度和其 绝对角速度的值。t ，。 a t ，o ∞二。显然，当爆破 缺口形成后，缺口上部分在重力作用下开始向下运 动，势能转化为动能，在质量一定的情况下，爆体的 运动速度、角速度的大小影响动能的大小，炸高取大 值，运动速度、角速度就大，反之就小，而爆体缺口 上、下部分在相互接触、冲撞、挤压时动能转化为机 械能，当机械能过小，不足以破坏接触面附近的构件 使其断裂、倒塌、移位时建筑物就出现倾而不塌的形 状，并重新趋于稳定。 1 钢筋混凝土结构 建筑物的高宽比小，或本身高度小，重心低，自 重轻，如设计的爆破缺口高度小，缺口以外的立柱的 节点和联系梁未作适当破坏，就极有可能在爆破后 只下坐不倒塌。 预防措施宜采用大三角形爆破缺口或依据建 筑物的高度取2 3 个爆破缺口，并对爆破缺口以外 的立柱和联系梁有选择性地作适当破坏，以降低建 筑物的整体刚度。 2 砖混或砖砌结构 由于砖混或砖砌结构复杂，尤其是砖混结构，它 是2 种不同结构材料组成的承重结构体系，但它们 又都是部分地用砌体承重的结构，有构造柱和圈梁， 墙体多，稳定性好，爆破后最容易发生下坐而不倒塌 现象【5J 。其主要原因是爆破缺口高度小、后面留得 支撑体投影面积小、前后爆破延期时间不合理，在建 筑物的质心偏移一小角度后整体下坐。爆后下坐实 图1 爆破前 图2 钢筋混凝土建筑物楼梯间倒塌不完全实例图片 预防措施依据其结构特点采用大爆破缺口，并 对墙体作适当预处理，使爆破后建筑物获得明显的 失稳趋势，并获得很大的初始运动速度，使建筑物的 上下缺口沿线闭合时其质心获得很大偏移，同时使 爆破缺口上、下部产生猛烈冲击，加快建筑物的解体 和破碎。 3 爆破后局部倒塌不完全 指爆破后部分区域解体不完全，堆渣很高，或倒 塌不完全，耸立在爆堆上，不利于挖掘作业，主要是 体现在几个方面 1 楼梯间 一般楼梯间开间小、其踏步与每层的梁、板连 接，有立柱，稳定性很好，在爆破后很容易出现该处 高耸于爆堆中，特别是总体高度不高的建筑物，失稳 后冲击作用下，楼梯间更容易出现倒塌不完全的现 象。工程实例见图3 所示。 预防措施对楼梯间必须充分爆破处理，其中踏 步间隔处理 预先人工用大锤处理或钻孑L 爆破处理 ， 墙体沿楼梯走向钻孔爆破，立柱和横梁钻孔爆破。 2 砖砌边墙或后墙 由于砖墙不抗剪，边墙或后墙在爆破时常常不 布孔，使得建筑物在倒塌时受圈梁的拉伸作用墙体 在2 楼或3 楼折断，留下很高的墙垛。 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 质心越高，建筑物就越容易失稳倒塌，但是，如果爆 破缺口选取不当，或者炸药爆炸后爆破缺口不能完 全形成通视，都有可能改变建筑物的倒塌方式，偏离 预期的设计目标，出现爆破安全和质量事故，给后续 处理工作带来相当大的危险性，因此在进行爆破前， 必须详细了解建筑物的结构特点、周围的环境情况， 优化技术设计方案，精心组织施工，并对重要参数通 过作爆破试验来确定，确保建筑物的顺利倒塌。 参考文献 图3 砖混或砖砌结构建筑物楼梯间倒塌不完全实例图片 [ 1 ]黄士辉．试析中美两国城市建筑拆除爆破发展的异同 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 7 ，1 3 4 4 4 4 9 ． 预防措施这种情况与圈梁的设置情况有很大 [ 2 ] 刘贵清，陈华腾，谭胜禹，等．控制爆破拆除楼房的若 关系，如每层都设有圈梁，则后面可留支撑墙体，如干要素[ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 1 5 9 - 6 2 ． 在2 层以上没有设圈梁，在可在预留的支撑体布1 [ 3 ] 梅风翔，周际平，水下平．工程力学[ M ] ．北京高等教 一2 排孔，滞后主爆破5 0 0m s 起爆。 育出版社，2 0 0 3 [ 4 ]刘宏刚，王东光．邛崃五彩广场楼房拆除爆破事故剖 4 结语析[ J ] ．爆破，2 0 0 1 ，1 8 4 6 9 - 7 1 ． ⋯塞釜望堂篓噔堡墼望黧氅声竺堡竺擘口∞3 篓詈雾盎盏卅, 2 0 0 9 砖混, 2 6 结构1 1 建0 6 篙爆破拆除失败 后依靠自身荷载按预定方向倒塌，显然，荷载越大， 。。。～ 上接第7 3 页 表1 施工机具 序号名称型号数量备注 1 钻杆0 ．8m 长2 根 2 钻头西3 8 姗4 个一字形 3 风管 1 i n1 0 01 1 1 胶管 4 编织袋普通水泥袋1 0 0 条土袋 5 铅丝8 ’ 2 0k g 6 导爆管 M S 2 1 5 0 发包括排架倒地后解体爆破 7 导爆管 M S 3 1 2 0 发包括排架倒地后解体爆破 8 导爆索 工业 3 0 0m 9 炸药2 。岩石铵梯2 4l c g 包括排架倒地后解体爆破 1 0火雷管8 ’ 2 0 发包括排架倒地后解体爆破 1 1 电工胶布4 盘 6 爆破效果 爆破后，排架底部完全破碎，排架及渡槽按设计 方向倾倒，爆破碎块分布在沟壑底部，没有向上产生 爆破块溢出，大部分渡槽钢筋混凝土破碎解体，排架 部分采用手风钻浅孔爆破和液压锤破碎解体，达到 安全陕速拆除目的，爆破效果良好。 7 施工总结 该爆破为初次进行渡槽拆除实践，通过爆破方 案的选择、排架稳定演算，爆破药量的计算、安全防 护等尝试，初步掌握了构筑物的爆破倾倒设计的方 法和施工安全控制手段，为今后进行拆除爆破的控 制积累了理论和实践上的经验。 参考文献 [ 1 ] 冯叔瑜，吕毅，杨杰昌，等．城市控制爆破[ M ] ．北 京中国铁道出版社，1 9 8 7 7 8 ．1 0 5 ． [ 2 ] 高文乐，毕卫国．框架结构会议厅的定向爆破拆除 [ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 3 5 3 - 5 4 ． [ 3 ]顾毅成．北京火车站口原中央科技馆遗址拆除爆破工 程[ c ] ／／中国典型爆破工程与技术．北京冶金工业出 版社，2 0 0 6 4 5 3 - 4 5 5 ． [ 4 ] 朱朝祥，吴岩，崔允武．十四层框架结构办公楼的爆 破拆除[ J ] ．工程爆破，2 0 0 7 ，1 3 3 1 5 9 - 6 1 ．‘ [ 5 ] 孙江，王海峰，蔡伟，等．4 67 0 01 1 1 2 楼房一次爆破 拆除[ J ] ．工程爆破，2 0 0 8 ，1 4 2 4 5 4 7 ． 万方数据