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双栋高层楼房重叠垮落爆破拆除

2016-08-17 16:37:03.0 责任编辑:崔玮娜

刘  昆  傅建秋  崔晓荣

(广东宏大爆破股份有限公司,广东广州,510623)

摘要:双栋高层建筑重叠垮落爆破拆除具有占地面积小,对周边环境影响较小的优点,但是必须解决爆堆叠加后过高和同一方向爆破振动的叠加效应使得振动加大的问题。作者在广州大源四栋12层楼房爆破施工中,为解决这两个问题,采用高切口、大倾斜度切口设计,合理选配延时时间,并且对楼房内剪力墙电梯井、立柱进行预处理的方法,实现了楼房本身解体充分。双栋楼层爆破中,第二栋倒地对前一栋造成二次撞击,降低爆堆高度;利用前栋楼房的爆堆来缓冲第二栋倒地撞击;第二栋楼房落地动能取到最优值,减小楼房爆破振动。

关键词:重叠垮落;爆堆高度;爆破振动;切口

1工程概况

1.1周边环境

随着城市化进程的加快推进,城中村违章建筑现象日益突出。严重影响了城市整体规划。广州市政府选定2栋高层违章建筑群进行爆破拆除,以此为契机展开全市的违章建筑治理工作。

该高层建筑群,东面14m为高层民居、厂房;北面两座楼前堆积大量建筑用料,35m为小学校园;南侧为绿地花园;西侧有物流公司停车场,较大的一块空地;周边环境如图1所示。

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1.2楼房结构

两栋待拆建筑呈“一”形排列,底层为整体。框架结构每栋南北长21.4m,5排立柱;东西宽14.6m,5排立柱,高约38m,总建筑面积约8500m2。第二栋内有两道“L”形剪力墙电梯井,贯穿1~12层楼。

1.3拆除难点分析

(1)倒塌方向。两栋12层楼房北面已经堆积大量建筑废料高约7m,且向北倒塌距离不足,极有可能对学校校舍造成损坏。

(2)爆堆高度控制。最终方案中选定两栋楼房均倒向西侧停车场空地,这将形成爆堆的叠加。

(3)减小爆破振动。两栋建筑距离小学教学楼很近,同时西侧72m处还有幼儿园综合楼,减小建筑物爆破和塌落振动至关重要。

2爆破设计

2.1倒塌方式

根据现场实际情况分析,两栋楼房向北、南定向倒塌距离不足,会对附近设施造成比较大的损坏。选择向西面空地倒塌是比较理想的,第二栋倒在第一栋楼房的爆堆之上,但是存在爆堆会比较高和爆破振动波叠加振动增大两个突出问题[1~3]。降低爆堆高度通过两种途径:首先,通过对每一栋楼房的切口进行设计,实现单栋楼房充分解体;其次,通过第二栋倒塌触地与第一栋已经形成的爆堆进行撞击完成二次破碎。振动效果的减弱主要通过对第二栋的切口闭合触地瞬间的振动进行有效控制来实现[4],第二栋是倒在第一栋的爆堆之上,所以第二栋切口的最先着地点处的爆堆要存在一定的空隙为第二栋楼触地提供一定的缓冲空间,来实现降低振动的效果[5,6]

2.2切口设计

根据该建筑群向西面定向倒塌,切口高度要尽可能地保证楼房整体解体充分。同时也要考虑到第二栋切口闭合时是在第一栋的爆堆之上,转动动能将会大大减小。两栋楼房切口高度均选择1~3层,三角形状,后两排爆破立柱低位,加大切口坡度,以此加速楼房的空中解体。爆破切口示意图如图2所示,切口起爆顺序如图3所示。

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2.3预处理

两栋楼房的预处理工作主要包括以下三个方面:

(1)两栋楼房一层的梁和板连为一体,用人工截断,使其成为两个独立的单体建筑;

(2)爆破切口内的电梯井剪力墙与楼板的连接处打断;.

(3)楼梯与楼板连接处破断。

2.4炮孔及联网参数

炮孔布置采用梅花孔型布置,分为三列(1.2m宽柱为5列),中间一列在立柱宽边中心线上,炮孔直径38mm,孔深为短边长度的0.65倍;炸药单耗确定为1500~1750g/m3[7]。楼房建筑切口范围内的立柱类型不一,具体参数见表1和表2。

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2.5爆破网路选择

孔内炸药用高安全的非电导爆管半秒雷管起爆;孔内雷管用“大把抓”捆绑的非电导爆管毫秒雷管起爆;用四通和导爆管连接“大把抓”引出的雷管脚线,形成封闭的回路。

最终从“大把抓”和四通的复式网路形成的封闭回路中引出两条导爆管,形成起爆网路,用击发枪进行起爆[8]。起爆网路连接如图4所示。

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为了减少爆破冲击振动,每一栋楼房采用孔外延期分栋爆破,孔外延期时间不少于110ms,需采取措施保护好孔外延期雷管。

3爆破振动核算

3.1爆破振动速度核算

常用的垂直振动速度计算公式[9~11]如下:

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式中 v——保护对象的质点的最大允许振动速度,cm/s;

K,α——受爆破地点到保护对象之间的地形情况、岩层赋存等条件影响的系数、衰减指数,分别取K=150,α=1.6;

K′——拆除爆破衰减系数,这里取K′=0.33;

Q——炸药量,延时爆破为最大一段药量,21kg;

R——爆破振动安全允许距离,m。

爆破振动安全核算药量取第一、第二栋Hs-3段为最大单响药量,本工程中Q=2lkg。

安全核算距离为需要保护楼房距离爆破单体的平均距离,R取30.7m。

计算最大爆破振动速度,得v=1.05cm/s。

3.2塌落振动的验算

楼房塌落倒地时对地面的冲击也会产生振动,目前楼房塌落振动的计算公式为[5~7]

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式中vt——振动速度,cm/s;

Kt,β——衰减参数,一般取Kt=3.37,β=1.66;

M——楼房质量,t,本项目取顶层楼房塌落质量21.4×14.6×0.5×2.4=375t;

H——楼房质心高度,本项目取顶层楼房塌落高度26m;

σ——介质的破坏强度,MPa,一般取l0MPa;

R——冲击地面中心到楼房的最近距离,取30.7m;

g——重力加速度,m/s2,一般取9.8m/s2

将有关数据代入上式得vt=1.83cm/s<2cm/s,以上计算数据对周围建筑的振动影响是符合要求的。

4爆破效果

第1次爆破的两栋建筑按照预定时差定向向西面空地倒塌,无明显后坐现象,飞石在可控范围以内,未造成校舍、民宅等房屋的损坏。最终爆破效果如图5所示。通过录像回放可以发现第二栋建筑切口闭合触地时无明显停顿,缓冲作用明显,顺畅倒地。

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第2次爆破与第1次爆破相同。第2次爆破中的第三、第四两栋建筑与第一、第二栋建筑(9层)结构相同(如图1所示),采用相同爆破参数分别爆破拆除。经测量第三、第四两栋爆堆最高处分别为6.Om、6.3m;第一、第二栋重叠垮落爆破后的爆堆最高处为4.5m,爆堆向西长度为27.5m,爆堆高度明显降低。

5结论

(1)重叠依次定向爆破拆除楼房可以通过合理的设计切口高度、倾角等经历自身解体破碎、二次撞击破碎来降低爆堆高度。

(2)通过低位爆破、预拆除等手段确保第二栋倒塌建筑触地时,接触爆堆有充裕的缓冲空间以此减小第二栋建筑的触地振动。

(3)重叠依次定向爆破拆除楼房很大程度上降低了对周边环境的依赖,避免了对周边楼房的损坏。

参考文献

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[11]冶金部安全技术研究所.GB 6722—2003爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社,2004.

摘自《中国爆破新进展》