復雜環境下低層框架結構樓房拆除爆破

王 貴，王 淵，孫國利，馬保才，魏 正

(內蒙古康寧爆破有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017010)

1 工程概況

因河道治理規劃，需將鄂爾多斯市畫舫景觀建筑進行拆除，由于該建筑位于城市景區，過往的車輛、行人多，拆除施工的安全及環保要求高，控制粉塵及施工噪音污染要求嚴格。根據業主的進度目標，同時考慮城市拆除文明施工和環境保護的要求，最終選取定向爆破對樓房實施拆除。

1.1 周邊環境

擬拆建筑位于鄂爾多斯市城市景區內，周圍環境復雜[1-2]，拆除爆破建筑物正北方為保留的接待廳(鋼筋混凝土框架結構)，距離12 m；西北方210 m處是正在使用的中石油加油站(鋼筋混凝土框架結構)；東向約230 m處有天然氣管道；460 m處為正在通行的橋梁(鋼結構、混凝土箱梁結構)。爆區周圍環境如圖1所示。

1.2 樓房結構

畫舫建筑最高4層，為仿清式組合建筑，建筑面積共計2 582 m2，包括畫舫甲板、主樓、連廊、兩側角樓等建筑物。樓房結構為框架結構樓房，拆除爆破部分建筑高約22 m，東西長41.5 m，南北寬17.5 m，東西向共12根支撐立柱，分為6排，結構平面如圖2所示。立柱截面尺寸為直徑450 mm的圓柱，每根立柱含8根直徑為20 mm的豎向配筋。最外圍2排立柱不起主體支撐作用，主體內支撐柱之間有磚墻作為隔墻。橫梁和樓板為現澆結構，與支撐柱緊密連接，內部鋼筋密集，支撐柱和橫梁混凝土強度均為C30。

2 爆破設計

2.1 施工難點分析

1)預處理工程量大。樓房低，自重輕，容易形成炸而不倒或倒塌解體不充分的情況。樓房的混凝土強度高，配筋密，整體穩定性好，需要進行適當的預處理和充足的爆破切口。爆破切口內的隔墻和樓梯間要充分的預處理，同時將于樓房相連的兩側耳房進行機械拆除，預處理工程量大。

2)爆破安全技術要求高[1-2]。被爆樓房周圍環境復雜，倒塌距離有限，控制爆破有害效應要求嚴格，需加強安全防護，控制粉塵及施工噪音污染，減少樓房傾倒距離。

3)施工難度大。本工程工期要求緊，且樓房位于城市景區內，周圍的游客和車輛較多，施工組織和警戒困難。

2.2 爆破方案

2.2.1 爆破方案的確定

該建筑物呈東西向布置，南、東、西三面為烏蘭木倫湖，不宜向湖內傾倒，距離北面12 m有需保留建筑物，倒塌空間足夠，因此爆破物的倒塌方向選擇為“定向向北傾倒”，采用三角形切口形式，切口內采用分區、分段一次性起爆。

2.2.2 預處理

在保證畫舫按設計倒塌的前提下，爆破前對建筑物進行了預處理，達到減少鉆孔數量和爆破器材使用量的目的，提高了爆破安全和效果。預處理的部位有：

1)將1層A柱與C柱之間的所有隔墻用破碎錘破碎；

2)用人工、機械預處理樓梯間，將1、2層之間的樓梯用機械將混凝土充分破碎出寬約30 cm切口，保留鋼筋；

3)機械拆除與畫舫相連的兩側的角樓、北側的連接廊橋，以及一層周圍的檐口及柱子；

4)將所有需要鉆孔的柱子采用人工和機械拆除裝修材料，方便鉆孔施工。

2.3 爆破切口選擇

本工程采用三角形切口，切口內主要破壞承重立柱，使其失穩，對于鋼筋混凝土承重立柱，實際失穩的爆破高度H按照下式[3]計算：

H=K(B+Hmin)=K[B+(30～50)d]

(1)

式中：H為破壞高度，m；K為經驗系數，取2；B為鋼筋混凝土立柱直徑，取450 mm；Hmin=(30～50)d，取50d，查設計圖紙確定d為18 mm，Hmin=0.9 m。

計算得出樓房失穩的最小切口高度為2.7 m。因建筑物自重輕，為增加建筑物傾倒速度，提高塌落過程中的解體效果，同時減少樓房傾倒距離，降低對周圍建筑物的影響，需在計算的基礎上適當提高切口高度，即從建筑物地坪以上0.6 m水平開爆破切口，切口高度為2層共5.7 m(見圖3)。在切口支撐點上布置2個炮孔進行爆破松動，各層爆破破壞高度如表1所示。

表1 各層爆破破壞高度

2.4 爆破參數設計

2.4.1 炮孔爆破參數設計

按照設計的爆破切口在立柱布置1排炮孔，且將A柱與B柱之間1到2層的橫梁布置炮孔，將橫梁切斷。布孔如圖4所示，爆破參數如表2所示。

表2 主要爆破參數

2.4.2 起爆網路

本次爆破將爆破立柱從時間上和空間上進行區域劃分，各分區依次選用MS3、MS5、MS7段非電導爆管雷管。孔外以單柱為一簇，選擇2發MS3段雷管作為孔外雷管連接成多個擊發點，然后將各個擊發點采用四通連接成復式交叉式的閉合起爆網路(見圖5)。

3 安全防護

3.1 振動校核與控制措施

3.1.1 爆破振動校核

本工程最大單響藥量為8.45 kg，根據下列公式[4-5]可預測爆破振動速度：

(2)

式中：R為爆源中心至保護對象之間的距離，m；Q為一次齊爆的炸藥量，kg；v為保護對象地面質點振動速度，cm/s；K'為折減系數，與布藥面積和爆破方式有關，取K'=0.3；K、α為與爆破振動傳播區域地形地質條件有關的系數，取K=260，α=1.9。

經計算，距樓房12 m處需保留接待廳理論計算振度為2.68 cm/s，距離樓房210 m的加油站理論振動速度為0.020 cm/s，距離樓房230 m的天然氣管道理論振動速度為0.016 cm/s。

3.1.2 振動控制措施

1)施工時嚴格控制單孔藥量，通過充分的預處理和合理的延時時間，減少爆破總裝藥量和單響藥量。

2)開挖減振溝。利用樓房周圍的水池作為減振溝，爆破前將水池中水抽完，并在臨近建筑物的一側開挖深約1 m的減振溝，以減弱振動波的傳播。

3)設置緩沖墊層。樓房倒塌沖撞地面的介質由原來的剛性介質轉換為可壓縮介質，采取將接觸點的地磚用風鎬鏟除，露出基礎的回填土的方法，并在爆破前將土浸濕。延長了建筑物塌落對地面的作用時間，減小了建筑物的塌落沖量。

4)爆破前在主要保護建筑、設施安放爆破振動監測儀，對爆破振動和坍塌振動進行監測，為安全影響評估得出準確的振動速度參數。

3.2 飛石安全距離校核與防護措施

3.2.1 飛石距離

拆除爆破個別飛石距離的計算比較困難，可根據實測飛石速度采用下式[6]進行估算：

R=ν2/2g

(3)

式中：R為飛石距離，m；v為飛石速度，根據攝影觀測資料v=10～30 m/s，無防護措施時取大值，取v=30 m/s；g為重力加速度，m/s2；帶入得無防護措施下的飛石距離R=45.9 m。

3.2.2 飛石防護措施

1)對被爆立柱覆蓋多層防護。先將草簾子與金屬網捆綁一起，施工前用草簾子提前將立柱進行包裹，露出縫隙裝藥，以減少爆破作業時間。爆破施工完畢后將縫隙合上，再綁上2層孔較細密的金屬網并用鐵絲綁扎牢固。

2)緩沖覆蓋防護。為了減緩飛石飛出的速度，在倒塌方向的一面用草簾與鐵絲網綁在一起并掛在樓房外側，用鐵絲相連。

3)近體防護。距離被保護樓3 m左右搭設1排掛有防護網的圍擋排架。排架的高度為6 m，略高于被保護樓房的高度，防護如圖6所示。

4)保護性防護。用草簾和棉被在被保護樓房的玻璃門窗上進行架空式的遮擋覆蓋防護。

4 爆破效果及分析

爆破前進行試爆，以便于優化爆破參數和檢驗起爆網路的可靠性。試爆位置選取在C柱中間一根立柱，從柱子中間挑選5個炮孔進行裝藥，裝藥量與設計藥量一致，按照設計起爆網路進行連接，起爆后爆破效果良好，立柱上的混凝土全部脫離，鋼筋撐開(見圖7)。

爆破后，被爆建筑物向正北方傾倒，從起爆到解體、折斷，最后塌落[7-8]。樓房前傾距離較小，坍塌后的爆堆高約4 m，1～3層立柱全部折斷，樓房的解體和破碎較為充分，取得了良好的爆破效果(見圖8)。爆破振動通過實測，距離12 m處的爆破振動峰值速度為0.333 cm/s，對應的主振頻率為21.667 Hz，爆破振動波形如圖9所示。爆破飛石控制效果良好，未對周圍環境造成危害[9-10]。

5 結語

1)針對高度低且跨度大的建筑物，拆除爆破提高切口高度、進行充分的預處理和合理的炸藥單耗，以保障建筑物能夠充分倒塌解體。

2)景區框架結構樓房拆除爆破通過多層次的爆破飛石防護和有效的振動控制措施，保障了周圍建筑物、加油站、天然氣管道的安全。