高大勁性柱樓房異型切口爆破技術與應用

周浩倉

（1.江西國泰五洲爆破工程有限公司， 江西 南昌 330038；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012）

0 引 言

在安全與環境允許的情況下，爆破拆除既有建筑物因具有安全、經濟、快速、環保、工期短和施工簡單的優點而成為首選方法。爆破拆除截面為長方形的樓房時，一般采用定向倒塌的爆破方式，且倒塌方向基本都垂直于長軸，這是因為采用定向倒塌的方式具有爆破效果好、安全可控性強、施工成本低，且施工技術成熟等優點，而對于一些含有特殊結構的樓房，盡管其截面總體仍呈長方形，但在爆破參數設計、爆破施工與爆破效果等方面都不同于常見的長方形截面樓房，若不仔細研判其結構和形狀，容易造成爆破失敗或產生爆破事故。

本文以一棟高大勁性柱樓房爆破切口尺寸與形狀的設計為實例，介紹爆破此類樓房的技術與施工關鍵點，以期對同行有所借鑒。

1 工程概況

待拆青山湖賓館總建筑面積約28687 m2，處于鬧市區，人員密集，車輛往來頻繁，東面距居民住宅區70 m、賢士二路150 m；東南面距南昌健康生殖醫院94 m、商場和店鋪97 m；北面距南京西路及高壓電線95 m、江西淘鑫職業培訓學校128 m、臨街店鋪和住宅區 118 m；西面距武興住宅小區43 m、七星商務酒店80 m、福州支路160 m；西北面距商鋪和住宅區93 m；南面距人民公園128 m、福州路60 m、金昌利大廈85 m、店鋪和飯店83 m。此外待爆樓房東南面50 m處為燃氣主管道，北面95 m處為供電主網，南面60 m處為自來水主管，見圖1。

青山湖賓館主樓為18層鋼筋砼框剪結構樓房，其中地上16層、地下2層，東西長57.8 m，南北寬16.8 m，占地面積約971.4 m2，建筑高度60.92 m。剪力墻規格為240 mm，立柱尺寸數量及規格分別為800 mm×600 mm的14根；800 mm×550 mm的4根；600 mm×600 mm的18根，共36根立柱。其中有4根勁性柱，該結構柱體強度大，支撐力和承載力強，難以破壞。勁性四周布設有由34根Φ25 mm配筋與4根25#A槽鋼，在柱子豎向每間隔1.0 m在水平面方向用鋼板將其焊接一圈，以增加其穩定性與承重力，見圖2。

2 爆破方案選擇

選擇合適爆破方案的關鍵是對被拆除物結構有準確的了解，使預拆除工作量和鉆孔工作量盡量的少，同時確保樓房按照設計者的設想塌落、破碎、堆積。

本次爆破拆除樓房的特殊結構是有 4 根勁性柱和在樓房的東西兩端各有1個樓梯間和1個電梯間，且均為剪力墻結構，支撐力與穩定性均好，強度高，較難破壞失穩，因此決定采用三角形與局部預拆除相結合的爆破切口，選用由南向北的定向倒塌控制爆破方案，從樓房的東側或西側觀察，切口為三角形，見圖 3，而從樓房的平面觀察，通過局部預拆除，形成局部梯形切口，見圖 4，即采用機械方法將樓房東部的電梯井與樓梯及西部的電梯井拆除至4樓，將樓房西部的樓梯分層打斷；此外，為確保勁性柱在樓房爆破中失穩，將一樓部分的勁性柱KJZ22、KJZ23、KJZ26與KJZ27全部用機械拆除，其中的工字型鋼、外層箍筋及立筋采用氧割切斷或切除，只預留部分內層立筋與混凝土采用爆破方法拆除，以確保不降低樓房自身穩定性，并保證爆破時樓房能夠順利倒塌。

圖1 工程環境示意

圖2 勁性柱結構

3 爆破參數

3.1 切口高度

按倒塌角理論計算傾覆解體高度：

式中：h—立柱破壞高度，m；

L—兩個外承重柱（墻）之間的跨度，m；

α—倒塌角，°。

根據實際經驗，對框架結構的樓房取 α≥29°即可滿足樓房傾覆解體需要，經計算本次樓房的切口高度為：h=L·tgα=16.8 m×tg29°=9.3 m。

故爆破切口位置為一層、設備層、二層，對切口內有電梯井、樓梯及剪力墻的部位提高1層，故各柱體切口高度分別是：

（1）D排立柱，爆破位置一層、設備層、二層、三層，切口高度約14 m；

（2）C排立柱，爆破位置一層、設備層、二層、三層，切口高度約13 m；

（3）B排立柱，爆破位置一層，切口高度約3.2 m；

（4）A排立柱，爆破位置一層，切口高度約0.8 m。

3.2 破壞高度

實踐經驗表明，為確保樓房爆破順利倒塌，立柱承重的炸高H通常采用如下經驗公式確定：

式中：K——經驗系數，取K=1.5～2.0；

B——立柱截面的最大邊長，cm；

Hmin—承重立柱最小破壞高度，Hmin=（30～50）d，d為鋼筋截面直徑，cm。

當要求立柱爆破后能形成鉸鏈時，爆破破壞的高度H=（1.0～1.2）B。

圖3 爆破切口側視圖

承重立柱最小破壞高度 Hmin根據建筑物的承重立柱結構尺寸、鋼筋布置及其所承受荷載情況計算，的炮孔直徑為38～42 mm。對鋼筋混凝立柱和剪力即爆破后，鋼筋與混凝土分離，鋼筋所承受的實際荷載大于其所能承受的容許荷載。

根據樓房立柱尺寸及各立柱配筋，第一層取2.4 m，設備層取1.2 m，其余樓層取1.8 m。

對于厚240 mm剪力墻，采用爆破方法進行拆除，炸高為1.2～1.5 m。

對于厚100 mm位于電梯井的剪力墻，全部采用機械預拆除處理。

3.3 炮孔參數

梁、柱爆破的最小抵抗線取其斷面短邊的一半，墻壁取厚度的一半，即最小抵抗線W=B/2。

爆破采用墻體，炮孔間距取a=（1.2～2.0）W，大斷面多排布孔時，排距一般取b=（0.8～1.2）a，各柱及墻面鉆 4～7個孔。本次爆破，根據立柱的具體結構尺寸孔距取30～40 cm，采取矩形或梅花形布孔，剪力墻炮孔排距取30 cm，采用矩形或梅花形布孔。

圖4 爆破切口平面圖

炮孔深度以保證裝藥將構件破壞為原則，孔深取（0.6～0.65）B，其中B為構件斷面長邊或墻厚的填塞長度取（1.1～1.2）W，W為最小抵抗線。

3.4 炸藥單耗與單孔藥量

炸藥單耗K的確定，是根據柱、梁及墻的最小抵抗線、材料強度、配筋和要求的破壞程度來確定，立柱K的取值范圍通常為1.0～1.8 kg/m3，剪力墻K的取值范圍通常為1.5～2.5 kg/m3，對于下層及強度大的爆破構件，取大值；對于上層及強度小的爆破構件，取小值。單孔裝藥量根據體積原理按下式計算確定：

式中：q—單孔藥量，kg；

K—單位體積用藥量系數（單耗），kg/m3；

a—炮孔間距，m；

b—炮孔排距，m；

B—構件斷面長邊或墻厚，m。

采用連續裝藥，孔內用一發非電導爆管雷管起爆。爆破參數見表1。

表1 爆破參數

4 起爆方式

因爆破樓房周邊需保護的建構筑物較多，且有危房存在，為減小爆破振動和空氣沖擊波，決定采用斜線、逐跨、延時爆破方法，即將樓房從北向南、從東向西分成6個爆破區域，分4段起爆，見圖5，孔內按照設計采用半秒延期，孔內每區塊與區塊之間依次延時間隔為500 ms，共6個區塊，每個樓層間通過MS3段毫秒雷管孔外延期，分為4個毫秒延期段，每個樓層間隔時間為50 ms，同排立柱由下至上依次起爆，自起爆至爆完歷時約2 s，實現大樓按設計的起爆順序先后向北逐漸傾斜、倒塌、觸地，從而有效地控制塌落震動對周邊民房構成的損壞。

孔內雷管采用單發半秒延時雷管，孔外對每根立柱及墻體用2發MS1段雷管綁扎后采用塑料導爆管與四通連接成復式閉合多通道傳爆網路。

圖5 起爆網絡示意

5 爆破效果

起爆后樓房東北角較快下落并傾斜，但在傾斜倒塌0.8～1.0 s 間速度突然變慢，且持續有稍許時間支撐并停止下落，在位于中間的勁性柱部分開始傾斜和塌落時，東北角才繼續傾斜，待勁性柱部分下落和倒塌一段時間后，東北角才迅速倒塌，最終整個樓房按照設計順序與位置傾斜倒塌。

塌落后爆堆呈錐形，最高處為 7.1 m，爆堆最大長度為39.0 m、寬度為66.0 m，樓房橫梁、柱子及樓板塌落后逐層疊起、全部破碎斷裂，實現了“樓房空中破碎解體、落地疊起、依次觸地”的設計理念，見圖6，有效降低了爆破危害。

圖6 爆破效果

6 結 論

對爆破局部含有特殊結構的樓房，在選擇爆破方法時，須進行針對性預拆除設計，如減弱局部結構強度、提前機械拆除部分結構和采用特殊爆破切口等，才可確保被爆樓房順利倒塌。

爆破區域、起爆時間與順序要結合樓房構造與樓房解體難易程度進行合理分配，避免因時間間隔不合理而導致樓房下坐，造成“傾而不覆、立而不倒”的情況出現。

電梯井、剪力墻與樓梯間集中在一處時，應引起足夠的重視，并采取非常規處理，否則容易造成樓房塌落不徹底，爆堆形狀不理想，而導致破碎效果不滿意。