爆破拆除設計中重要參數的計算分析

汪小艷

（重慶市爆破工程建設有限責任公司，重慶 400020）

1 工程概況

某擬拆除爆破工程位于重慶市渝北區統景鎮，待拆建筑地面以上部分共有18層。建筑結構為框剪結構，墻厚200mm，板厚100mm，電梯井墻厚200mm,樓梯為現澆樓梯。所有樓層均已完成墻體填充工作，填充墻材料為多孔頁巖磚，墻厚200mm。

待拆建筑的周邊關系為：待拆建筑總體呈坐東向西的走向，西面正對河道，距河道最遠13.0m，最近8.0m，低于待拆建筑（標高±0m）7.0m的河岸埋有一處沿河岸布置的天然氣管線，河道寬40.0m左右，河對岸100.0m處建有民房；東面是一棟四層樓房，最小間距10.0m，待拆建筑與樓房之間存有施工圍墻，墻高2.5m，施工圍墻與樓房之間留有人行通道；南面為該項目已停工工地，施工圍墻外為統黃路，待拆建筑距統黃路24.0～63.0m，統黃路鄰施工圍墻側立有民用電線桿，桿上附有通信光纜，貫穿停工工地通向河對岸；北面為岸坡，岸坡東側建有一棟四層樓房，距待拆建筑最近處為5.0m（圖1）。

圖1 爆破區域總平面圖

2 工程重難點

（1）待拆建筑周圍環境復雜，特別是與居民樓的最近距離僅有5.0m。由于待拆建筑位于人口密集區，車流與人流量大，且周邊建筑環境非常復雜，因此必須嚴格控制爆破有害效應[1]。

（2）拆除高度大。需拆除的建筑物18層樓高，約60.0m左右，為A級爆破。

（3）工程量較大。本次擬拆除的建筑約16000m2，在爆破前要對樓體非承重墻進行預拆除工作；將樓體沿L軸切割分為A、B棟的作業量大 （具體分割部位見圖2）；承重墻（剪力墻）、柱的打眼工作量同樣較為龐大。

圖2 樓房主體切割平面圖

（4）待拆建筑結構復雜。該樓為18層核心筒框剪薄壁結構，整體構成要素較多。

3 總體拆除方案

3.1 爆破總體方案設計

為最大程度減小爆破施工造成的不利影響，特別是出于對待拆建筑東、北側最近距離僅5.0m民房的保護考慮，要求爆破倒塌方向為南側的御臨河方向，且應解體充分，防止后坐損壞被保護建筑[2]。因此在進行爆破設計時，先將樓體確定為沿L軸人工預先切割成獨立的A、B兩個部分，如圖3所示；再分別設計兩部分爆破缺口，爆破時先起爆距離被保護建筑較遠的B棟部分，讓出倒塌空間后再起爆A棟部分。

圖3 框架結構爆破傾倒缺口高度計算示意圖

3.2 爆破預處理

在確保待拆除建筑物穩定的前提下，為達到預期的爆破效果，減少鉆孔工作量，保證待爆建筑按照設計方向倒塌，必須在爆破前對建筑物進行預處理：

（1）將整棟樓沿樓梯L軸預切割成A、B兩棟獨立建筑；

（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；

（3）樓梯預處理。第1—8層樓梯預先拆分成多個小段，破壞其剛性，便于爆破時解體充分；

（4）樓板預處理。采用風鎬或人工作業在樓板上鑿出多條垂直于倒塌方向的小槽，保證樓體解體充分。

3.3 爆破參數設計

3.3.1 炸高的確定

在樓體倒塌過程中，當爆破缺口上部與地面完全閉合時樓體重心正好在經過觸點B＇的垂直線上。由幾何關系得，若要樓體失穩倒塌，就要求a≥a1，根據三角形相似原理可得：

代換得：

解得缺口最小高度：

式中：H為樓體重心高度；L為樓體寬度。

待拆建筑的樓高為54m，其重心高度H=27m。

①L軸到S軸的距離L=12.1m

故A部分的爆高N定為5m。

②B軸到J軸的距離L=17.4m

故B部分的爆高N定為12m。

3.3.2 爆破缺口底邊長的計算

待拆建筑墻體為鋼筋混凝土結構，其比重約為2551kg/m3，墻體長度1m、厚度0.2m、高度3m的任一墻體積為1m×3m×0.2m=0.6m3，故計算得出1m墻的質量為M=2551×0.6=1531kg。

沿L軸切割墻體，A棟樓體墻的總長度約為85m，樓板的面積為286m2；B棟樓體墻的總長度為228m，樓板面積為592m2（圖4）。

圖4 截面柱面積示意圖

A棟樓體總重MA=（85×1531+286×0.1×2551）×18=3656t；

B棟樓體總重MB=（228×1531+592×0.1×2551）×18=9002t；

A棟樓體柱的截面積總和為8.63 m2，所受軸壓為4152kPa；

B棟樓體柱的截面積總和為17.93 m2，所受軸壓為4920kPa。

待拆建筑支撐體結構的鋼筋混凝土均為C25，所能承受的軸壓為25MPa。當爆破切口過大，保留的支撐體柱面積過小時，混凝土達到極限強度后會被壓碎，導致樓體下坐或后坐。為避免發生此情況，需計算被保留支座總截面積，結果如下：

A棟SA=（3656×9.8）/（25×103）=1.39 m2；

B棟SB=（9002×9.8）/（25×103）=3.53 m2。

分析樓體的結構平面圖并計算可得，A棟樓體設計支座截面積總計為2.69 m2，大于SA=1.39 m2，滿足支座承載力要求，據此A棟樓體爆破梯形缺口底部長度為10.0m；B棟樓體設計支座截面積總計為5.03 m2，大于SB=3.53 m2，滿足支座承載力要求，據此B棟樓體爆破梯形缺口底部長度為14.3m。

3.3.3 其他爆破參數

（1）鋼混立柱炮孔布置和爆破參數設計：20cm×20cm、20cm×25cm、20cm×30cm鋼混立柱布—排 孔 ，22cm×40cm、24cm×40cm、20cm×40cm、20cm×45cm鋼混立柱布兩 排 孔 ，20cm×50cm、20cm×55cm鋼混立柱布三 排 孔 ，20cm×60cm、20cm×65cm鋼混立柱布四 排 孔 ，20cm×70cm、20cm×80cm鋼混立柱布五排孔（圖5）。

圖5 立柱炮孔布置圖（炸高2m）

（2）剪力墻炮孔布置和爆破參數設計：厚度=0.20 m的剪力墻采用梅花形布孔方式，底排距地坪0.30m，孔距a=0.25m，排距b=0.20m，炮孔直徑d=ф40mm，孔深L=0.15m（圖6）。

圖6 厚20cm墻炮孔布置圖(炸高2m）

（3） 梁炮孔布置： 梁采用20cm×40cm、20cm×45cm、20cm×50cm、20cm×55cm、20cm×60cm、20cm×65cm、20cm×70cm、20cm×80cm和15cm×30cm、15cm×40cm等幾種斷面類型。

3.3.4 爆破網絡設計

沿建筑物倒塌方向，爆區由西向東分布。B棟先爆破，選用非電雷管段別為HS1、HS2、HS3；3秒鐘后，A棟爆破，選用非電雷管段別為HS10、HS11和HS12（圖7）。

圖7 爆破切口及雷管分布示意圖

4 爆破安全校核

拆除爆破施工過程中，藥包數量多、分散，設置在建筑物的柱、墻及梁上，爆破產生的震動先通過建筑物傳向大地再由地面傳至相鄰建筑物，與集中裝藥近地表爆破引起的震動相比，其強度微乎其微。但高樓倒塌時對地沖擊引起的震動遠大于爆破本身產生的震動，因此該工程主要考慮落地沖擊產生的震動值。

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，根據中國科學院力學所修正后的公式計算倒塌觸地沖擊震動值[3]：

經計算得，該建筑物倒塌時對地沖擊引發的振動速度值為1.92cm/s，小于中華人民共和國國家標準 《爆破安全規程》（GB 6722—2014）[4]規定的一般磚房、大型非抗震砌塊建筑物質點的安全振動速度最小允許值2.0cm/s（主振頻率＜10Hz時），不會對被保護樓體造成損壞。

5 結語

在進行高樓爆破設計時精確設計爆破切口是保證爆破拆除成功的關鍵，在設計爆破切口參數值時，對炸高、爆破切口長度、支撐部分承載力的計算以及起爆網絡等要素的設計直接決定爆破拆除的成敗，因此在房屋的爆破方案設計中，這幾項參數的計算尤為重要。本文以重慶市某工程的爆破拆除為例，探討了復雜環境下爆破方案的設計重點，詳細計算并分析了爆破中的重要參數，可為同類工程的設計提供相關參考。