小高寬比多跨承重立柱樓房定向爆破拆除*

林從謀，陳連進(jìn)，王志全

(1.福建省禎安爆破工程有限公司，漳州363100；2.華僑大學(xué) 巖土工程研究所，廈門(mén)372021；3.泉州市爆破行業(yè)協(xié)會(huì)，泉州362000)

近年來(lái)隨著城市的發(fā)展，需要進(jìn)行爆破拆除的高大樓房和建筑物數(shù)量逐步增加，與本世紀(jì)初期及以前爆破拆除的樓房相比，影響爆破效果的關(guān)鍵因素劇增，如樓房的長(zhǎng)(高)寬比、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性質(zhì)等均已發(fā)生明顯變化，使得爆破拆除理念與技術(shù)需要不斷地更新發(fā)展[1-4]。本文在高寬比小的違建樓房爆破拆除中，依據(jù)精心設(shè)計(jì)、精心施工和精心管理的科學(xué)方法和理念，采用開(kāi)挖減震溝、鋪設(shè)緩沖層等防振措施、主動(dòng)與被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合防飛石措施，取得了良好的爆破效果。成果對(duì)今后類似樓房的爆破拆除具有借鑒意義。

1 工程概況

1.1 周圍環(huán)境

待拆除樓房位于福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)金峰鎮(zhèn)，為一座違章建筑。樓房正面(東側(cè))緊挨著一條水渠(距離約為1.5 m)、高壓線1和高壓線2(最近距離分別約為15.68 m和44 m)和西環(huán)路(距離約為17.44 m)，穿過(guò)西環(huán)路后與幾家工廠廠房及辦公樓的最近距離：福建省長(zhǎng)樂(lè)市合興針紡廠圍墻和廠房(51.79 m和76.94 m)、旭升樓(84.96 m)。西北側(cè)距離約95 m有一土地廟(需重點(diǎn)保護(hù))。南側(cè)距離約186 m為卡德龍化纖公司。爆破環(huán)境復(fù)雜，但西側(cè)為空地和山體(山體距離樓房約為150 m)。詳見(jiàn)圖1。

圖 1 爆破環(huán)境(單位：m)Fig.1 Blasting environment(unit:m)

1.2 樓房結(jié)構(gòu)

待拆除違章建筑樓房為鋼筋混凝土框架整體結(jié)構(gòu)。占地面積約為：主體2297.12 m2、樓外側(cè)一樓梯間73.8 m2，總占地面積約為2370.2 m2。樓層為7～9層(7層4跨，9層3跨)，高度約32～40 m(第1層高7.65 m，其余層高4.0 m)，建筑面積約為18 623 m2。目前，樓房的主體結(jié)構(gòu)施工已完成(詳見(jiàn)圖2和圖3)。

圖 2 樓房正面(東側(cè))Fig.2 Building facade(east)

圖 3 樓房立柱布置(單位：m)Fig.3 Plan of the building column arrangement(unit:m)

2 爆破方案

2.1 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

(1)不允許有發(fā)生后座現(xiàn)象：周邊建筑較多且距離較近，尤其是樓房正面(東側(cè))緊挨著一條水渠(距離約為1.5 m，不允許有發(fā)生后座現(xiàn)象)、高壓線(距離約為18 m)和西環(huán)路(距離約為22 m)。

(2)振動(dòng)與飛石需嚴(yán)格控制：土地廟(需重點(diǎn)保護(hù))及廠房是主要控制保護(hù)的對(duì)象，需采用整體定向傾覆、優(yōu)化爆破參數(shù)、控制藥量、多重覆蓋防護(hù)飛石、開(kāi)挖減震溝減震和對(duì)水渠強(qiáng)覆蓋等措施，確保周邊環(huán)境安全。

(3)樓房立柱截面大、長(zhǎng)度方向不對(duì)稱且高寬比接近1：樓層為7～9層(7層4跨，9層3跨)、高寬比1.08～1.35。

(4)由于事先未能獲得結(jié)構(gòu)的配筋，故需要對(duì)爆破的部分構(gòu)件要先行試爆，測(cè)算選定炸藥單耗，做到對(duì)承重立柱藥量“破碎、脫籠”，對(duì)“切梁斷柱”藥量既能破碎但又不能產(chǎn)生飛石。

2.2 總體爆破方案

本次爆破拆除的總體思路是對(duì)違章建筑樓房爆破拆除擬采用向西整體定向倒塌方案。選擇三角形切口，切口主要布設(shè)在1～3層，由西向東順序延時(shí)爆破。為了爆破拆除后樓房能充分解體，在樓房的第5層和第7層(僅在樓房南端9層高一側(cè))設(shè)置“切梁斷柱”炮孔。為了避免發(fā)生后座，需加快建筑物向倒塌方向的傾斜速度，同時(shí)還必須使保留的支撐部分形成“鉸鏈”而不會(huì)產(chǎn)生折斷，造成向預(yù)設(shè)傾倒方向的反向“滑塌”。考慮違建樓房為新建建筑且承重立柱截面大，故選擇最后一排立柱作為承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全驗(yàn)算。

2.3 預(yù)拆除

本工程預(yù)拆除內(nèi)容為：違建樓房的樓梯間的樓梯及構(gòu)造柱。

預(yù)拆除程度為：(1)樓梯踏步全部拆除。(2)構(gòu)造柱預(yù)拆除高度與同排或?qū)?yīng)立柱的炸高。

3 爆破參數(shù)選擇

3.1 爆破切口

切口主要布設(shè)在1～3層，每層均選擇三角形切口(傾角約為15°～30°)[5]，組合成一個(gè)復(fù)合式切口(圖4)。切口各層高度：第一層為H=2.4 m(底層高度7.65 m，底層距地表0.5 m開(kāi)始布孔)。第二層和第三層均為H=2.0 m。

圖 4 爆破切口(單位：mm)Fig.4 Blasting notch(unit:mm)

3.2 爆破參數(shù)計(jì)算

違建建筑的主要支撐立柱規(guī)格尺寸有：立柱A700×700 mm；立柱B800×800 m：立柱C700×600 mm；立柱D200×280 mm；立柱E600×320 mm和立柱F600×700 mm。下面以立柱B(800×800 mm)為例設(shè)計(jì)計(jì)算爆破參數(shù)。

炮孔布置：從樓板以上0.5 m開(kāi)始雙排布孔(見(jiàn)圖5)。

圖 5 立柱B炮孔布置圖Fig.5 Layout of blastholes on column B

最小抵抗線W：W=300 mm。

炮孔間距a和b：a=mW(m=1.2～1.5)，取m=1.5,則a=mW=1.5×300=450 mm，b=200 mm。

炮孔深度L：L=0.7B=0.7×800=560 mm。

單孔裝藥量q：通過(guò)試爆取單耗k=1.8 kg/m3，則單孔裝藥量q：q=kV。

式中：V為單孔藥量所承擔(dān)的爆破體積，對(duì)于立柱B，q=1.8×0.45×0.8×0.8÷2=0.26 kg。為減少爆破飛石，將第二層以上立柱上炮孔的單孔裝藥量減少15%，對(duì)東側(cè)立柱及“切梁斷柱”上炮孔的單孔裝藥量減少25%。

本次爆破共鉆孔1207個(gè)，炸藥216 kg。

3.3 微差延時(shí)和起爆網(wǎng)路

采用孔內(nèi)分段的方法，考慮到建筑物的充分倒塌時(shí)間的要求，采取長(zhǎng)微差起爆。起爆順序?yàn)椋簭奈飨驏|逐排起爆，采用的雷管段別分別為：1#、5#、9#和13#。第5層和第7層采用15#雷管。將每個(gè)炮孔的導(dǎo)爆管用四通連接成多路多點(diǎn)激發(fā)的起爆網(wǎng)路。最后將雷管束(簇)用瞬發(fā)雷管引爆。

4 爆破安全驗(yàn)算及防護(hù)措施

4.1 爆破與塌落振動(dòng)

爆破振動(dòng)按照常用的振動(dòng)速度計(jì)算公式[6]

V=KK′(Q1/3/R)α

式中：V為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s；K、α、K′為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取K=150，α=2.0，K′=1；Q為毫秒延時(shí)爆破中最大一段藥量，kg；R為藥包布置中心至保護(hù)建筑物的距離，m。

塌落觸地沖擊振動(dòng)計(jì)算公式[7-9]

V=Kt[(Mgh/σ)1/3/R]β

式中：V為樓房倒塌觸地考察點(diǎn)最大塌落振動(dòng)速度，cm/s；M為觸地時(shí)的最大質(zhì)量，支撐立柱每米按1600 kg、樓板和梁每平方米按260 kg計(jì)，樓房總重約為2.6×106kg；g為重力加速度，9.8 m/s2；h為構(gòu)筑物下落重心高度，取h=20 m；R為塌落觸地沖擊地面至保護(hù)建筑物的距離，m；σ為塌落地面介質(zhì)承載極限強(qiáng)度，σ=5～10 MPa，這里取σ=10 MPa；Kt為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Kt=3.3～3.8，一般取3.37；β為衰減系數(shù)，β=1.3～1.8，一般取1.66。

計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表 1 爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)匯總表Table 1 Blasting vibration and collapse vibration

計(jì)算結(jié)果表明：上述幾處建(構(gòu))筑物處基礎(chǔ)地面爆破振動(dòng)速度值均小于依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)選取的安全允許值，即此次爆破拆除由炸藥爆炸產(chǎn)生的爆破振動(dòng)能夠保證周邊建(構(gòu))筑物除水渠外的安全。對(duì)于廠房及辦公樓基礎(chǔ)地面觸地振動(dòng)速度值均小于依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)選取的安全允許值，但土地廟、西環(huán)路、水渠等建(構(gòu))筑物處則超過(guò)允許的安全值。

為了確保周邊所有建(構(gòu))筑物的安全，做到萬(wàn)無(wú)一失，必須采取減震技術(shù)措施。即必須在違建樓房倒塌方向設(shè)置緩沖層，使得違建樓房塌落實(shí)現(xiàn)軟著陸。同時(shí)對(duì)水渠用土進(jìn)行全部充填，在違建樓房與土地廟之間開(kāi)挖減震溝。

4.2 爆破飛石防護(hù)措施

為防止意外飛石對(duì)周圍建(構(gòu))筑物造成損害，必須有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行防飛石防護(hù)，確保爆破意外飛石控制在廠區(qū)范圍內(nèi)。

(1)所有炮孔的孔口位置盡量避開(kāi)東側(cè)。

(2)所有炮孔均用黏土堵塞嚴(yán)密，爆破時(shí)加強(qiáng)警戒。

(3)所有爆破部位包括立柱、主梁等必須有切實(shí)可行的近體防護(hù)措施，近體防護(hù)分兩層：第一道至第三道為柔性防護(hù)層：在裝藥部位綁扎濕透的帆布(地毯或草袋，第一道)并滿掛竹簾片(第二道)，并利用不小于8目的鋼網(wǎng)(一起到防護(hù)作用，二起到固定作用，第三道)。同時(shí)，在違建建筑三個(gè)方向(除面向山體的西側(cè)之外)的外墻搭設(shè)毛竹排架掛雙層竹簾片和大型安全網(wǎng)，形成第四道和第五道防線。

5 爆破效果及分析

2018年12月27日下午15時(shí)58分起爆，待拆樓房按設(shè)計(jì)預(yù)定方向倒塌，歷時(shí)約8 s(詳見(jiàn)圖6和圖7)。整幢樓房充分解體，實(shí)測(cè)爆堆高度7.8 m，降低率：80.5%。傾倒方向(西側(cè))向前延伸16.7 m，兩側(cè)(南側(cè)和北側(cè))4.1m，無(wú)后座。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在東側(cè)布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，vmax<0.62 cm/s，未對(duì)周圍建(構(gòu))筑物造成任何損害，本次拆除達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖 6 爆破效果Fig. 6 Blasting effect

圖 7 爆破過(guò)程Fig. 7 Blasting process