不規則框剪結構樓房爆破拆除研究

吳太然，牛志昂

(重慶市公安局，重慶 401147)

0 引言

37m，寬25m，長寬比小，且形狀不規則，爆破后不易倒塌或倒塌后易偏移、后坐。

城市中高層樓房的拆除多采用爆破方式。框剪結構樓房，結構穩固，待拆違章建筑因設計不合理，建筑結構不規則，長寬比小，倒塌過程易偏移或后坐，甚至出現炸而不倒的情況，且因為炮孔多，爆破網路復雜，容易出現區域性拒爆。針對此情況，通過預處理，將建筑整體切割成兩部分，同時采用復式網路，利用四通，多回路串通，增加雷管除本身質量因素外的準爆率，提高網路可靠性，合理安排延期時間，保證順利倒塌，且不后坐不偏移。

1 工程概況

某待拆建筑（圖1、圖2）地面以上部分共有18層，54m，總建筑面積約為16000m2。建筑結構為框架剪力墻結構，墻厚200mm，板厚100mm。電梯間（筒體結構）墻厚200mm，建筑物長

圖1 房屋實物圖

圖2 平面圖

2 總體拆除方案

待拆建筑三面均有民房或在建設施，與民房最近間隔僅5m，為確保周邊民房不受爆破的影響，要求待拆建筑要向背離其東、北側民房的方向定向傾倒，傾倒得越徹底越好，下坐和后坐越小越好，為此先將樓體人工沿L軸切割成各自獨立的A、B兩個部分，如圖3所示。B棟設計兩個爆破切口，A棟設計一個切口。爆破切口形狀都為正梯形。B棟部分先爆，讓出倒塌空間后A棟部分隨即起爆，建筑整體向南傾倒，可使距保護民房最近的A棟部分的定向傾倒最徹底，下坐和后坐最小。

3 預處理

在保證待爆建筑結構絕對穩定的前提下，為了獲得比較理想的爆破效果，減少鉆孔工作量，保證待爆建筑的順利倒塌，必須在爆破施工前對建筑物的結構進行以下預處理：

（1）人工將整棟樓沿L軸分割成A、B兩棟獨立建筑，為保證建筑穩定，用輪盤鋸形成切割縫，且僅切割樓面板，盡量少破壞梁，不破壞立柱和剪力墻。

（2）非承重墻預處理。第1—8層非承重墻用人工配合小型機械預拆除；承重墻與磚墻的預處理基本相似，縱橫墻均進行預處理。處理各墻時，在靠近墻角處預留1m左右寬的墻體，在較寬墻面的中部預留1～3列孔寬度的墻體，其余墻體均進行預處理。預處理主要采用人工、機械、小炮等方法，預處理高度為2.5m左右。

（3）樓梯的預處理。第1—8層樓梯都剪斷，破壞其整體性，以免影響整個樓體的傾倒。

4 爆破拆除方案設計

4.1爆破方案選擇

兩棟樓房分別設計一個正梯形爆破切口，同時向南倒塌。倒塌方向如圖3所示。

圖3 倒塌方向圖

4.2爆破參數設計

（1）鋼混立柱炮孔布置和爆破參數設計[1]

鋼混立柱有0.2m×0.2m、0.2m×0.4m、0.2m×0.6m、0.2m×0.7m、0.2m×0.8m、0.22m×0.4m、0.24m×0.4m等幾種斷面類型。0.2m×0.2m鋼混立柱布一排孔，0.22m×0.4m、0.24m×0.4m、0.2m×0.4m鋼混立柱布兩排孔，0.2m×0.6m鋼混立柱布四排，0.2m×0.8m鋼混立柱布五排，爆破參數如表1所示，鋼混立柱炮孔布置如圖4所示。

表1 鋼混立柱爆破參數

圖4 立柱炮孔布置圖（單位：m）

（2）剪力墻炮孔布置和爆破參數設計

厚度δ=0.20m的剪力墻采用梅花形布孔方式，底排距地坪0.3m,孔距a=0.25m，排距b=0.2m,炮孔直徑d=ф0.04m，孔深L=0.15m，厚0.2m，爆破參數如表2所示，墻炮孔布置如圖5所示。

表2 剪力墻爆破參數

圖5 墻炮孔布置圖(單位：m）

（3）梁炮孔布置

梁有0.2m×0.4m、0.2m×0.6m、0.2m×0.8m和0.15m×0.3m、0.15m×0.4m等幾種斷面類型，其爆破參數如表3所示。

表3 梁爆破參數

（4）爆破網路

沿建筑物傾倒方向，從西到東按爆區分布，孔內起爆雷管分布為B棟先爆破， 所用非電雷管為MS3、HS2、HS3、HS4段；3秒鐘后，A棟爆破；A棟采用半秒非電管HS10、HS11段；同時準備電子雷管，用于調節A棟后排裝藥延期[2]。

采用多重閉合非電導爆管延時起爆網路，孔內采用非電半秒延期導爆管雷管起爆，孔外采用MS1段非電毫秒雷管簇聯。每個房間支撐墻體的導爆管通過四通連接形成小單元閉合網路；之后將每個小閉合相互用四通多次串聯，形成每一層的“中閉合”；再將每一層用四通多次相互串聯，形成 “大閉合”，即多重閉合網路；最后從每一層閉合網路中各扯出2～4根導爆管引導至地面相互匯總，再將這些導爆管并簇聯在主起爆雷管上，從而實現多點起爆，如圖6、圖7所示。

圖6 起爆網路圖

圖7 爆破切口及雷管分布示意圖

5 爆破安全校核

5.1爆破地震效應安全校核

為了控制爆破震動對周圍建(構)筑物的影響，采用微差爆破方法，通過減少一次齊爆藥量來降低爆破震對周圍建(構)筑物的震動影響。本次拆除爆破主要校核爆破對居民樓的震動影響。

式中：

Q為齊發爆破總裝藥量,或毫秒微差爆破中單段起爆的最大藥量，kg；R為爆區中心離建(構)筑物最近的距離，m；kd為受地形、地質條件影響的系數，一般取kd=150；α為與地形有關的地震波衰減指數，取α=1.8；k'為減振系數，k'=0.3～0.7，一般取k'=0.4。

將最大一次齊爆藥量Q（50kg）和爆區中心到最近磚混房屋的距離R（20m+5m）代入公式（1）計算：根據以上計算結果可知，爆破震動對居民樓磚混房屋引起的最大振速Vmax=1.91cm/s。

5.2觸地震動安全校核

三角形爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿設計傾倒方向倒塌，倒塌觸地沖擊震動速度[3]：

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，該工程中為7～18層質量，M=6000t；G為重力加速度（9.8m/s2）；H為構件的高度 （m）。 該工程中為7～18層高度，H=36m；σ為地面介質的破壞強度（MPa），一般取10MPa；R為觀測點至沖擊地面中心的距離 （m），R磚混房＝40m；Kt為塌落振動速度衰減系數，框架結構的樓房爆破拆除時Kt取1.1～2.1；β為塌落振動速度衰減指數，一般取-1.66～-1.80；計算得，建筑物塌落觸地對最近磚混房屋處引起的振動速度Vt=1.92m/s。

5.3飛石距離驗算

L=71q0.58

式中：L為個別飛石的最大飛散距離 （無防護），m；q為炸藥單耗，按q=3.0kg/m3。計算得，L=130m,施工中按200m進行警戒[4]。

6 結論

爆破后，建筑物按預定方向充分倒塌，無后坐及偏移，沒有對周邊民房造成損傷，爆破飛石在30m以內，周邊民房的爆破振動和塌落振動在1.5cm/s以內。今后的類似工程可有如下參考：

6.1預處理

該工程主要保證措施即預處理施工，針對樓房的不規則結構，直接爆破裝藥量大，且易后坐，從而損傷周邊建筑。通過預處理，將原樓房分割成獨立兩部分，保證其順利倒塌。但類似工程預處理的位置需根據實際情況合理選擇，不能破壞建筑主要支撐結構。

6.2爆破網路

拆除爆破雷管用量大，網路可靠性直接影響爆破成敗，實際施工應采用復式網路。類似該工程，還應考慮A、B部分倒塌時間間隔問題，先爆部分必須為后爆部分留出足夠傾倒空間。

6.3其他

城市中樓房的爆破拆除已經很普遍，且技術都很成熟，但高層建筑的結構形式千差萬別，而對于缺乏規范設計的違章建筑，結構的不規則和建筑圖紙的缺失，為后續的拆除施工造成很大困難。很多不炸自倒、炸而不倒、倒塌偏向等爆破事故，多由于預處理不充分、過充分，布孔方式不合理，網路設計不當等造成。本文中樓房為框架剪力墻結構，形狀不規則，結構堅固，所處環境復雜，通過特殊的預處理方式和網路設計，保證了樓房的順利倒塌，可為今后類似工程提供參考。