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16层Y字形全框剪结构楼爆破拆除

2016-11-24 10:27:39.0 责任编辑:崔玮娜

易  克1  吴克刚2  姜  洲2

(1.河南省现代爆破技术有限公司,河南郑州,450008;

2.国防科技大学,湖南长沙,410008)

摘  要:介绍了形状持殊的16层Y字形全框剪结构楼的控制爆破拆除。该楼结构复杂,拆除难度大。通过精心设计,正确地选取爆破参数,采用合理的分区和延时爆破以及安全措施,达到了预期的爆破效果。总结出的几点体会,为类似的工程设计提供了参考。

关键词:全框剪结构;爆破拆除;延时爆破;安全措施   

 

1工程概况

河南省郑州市帝湖花园2号楼的修建,占压了郑州市金水河的汛期泄洪道约1600m2,被郑州市政府定为违章建筑工程。为保证汛期金水河河道畅通,决定对其进行限期爆破拆除。

1.1周围环境

该楼位于航海路与工人路交叉口,工人路西侧,航海路南150m。该楼原计划建34层,实际已建成16层,地面以上高度49.8m,地下室为两层,每层高度4m,已建成建筑面积14700m2;由三个部分组成,整体呈Y字形分布,中央是电梯间和楼梯间,结构十分稳定,爆破拆除和解体的难度很大;周边环境也比较复杂,南侧距离帝湖花园围墙仅1.5m,围墙下面有一根裸露的10kV的高压电缆管线,围墙外是小区内的道路(4m宽),距离帝湖水面仅7m;东侧距离在建建筑物15m,东南侧45m是两栋高度为3层的居民楼;西侧是一些在建建筑物,距离40m,北侧距离被保护建筑物45m。

1.2大楼结构特点

大楼为全框剪式结构,房屋的结构整体性能和抗振性能都非常好。大楼现为16层混凝土整浇结构(混凝土标号C35),长47.29m,宽39.42m,高49.8m,地下室的墙体厚度为24cm,墙体内的钢筋是Ф14×12和Ф16×12的螺纹钢,构造柱内的钢筋是Ф18×10和Ф22×10的螺纹钢,环筋是Ф16×12;地面以上部分的墙体厚度为20cm,墙体内的钢筋是Ф12×12和Ф14×12的螺纹钢,构造柱内的钢筋是Ф16×10和Ф18×10的螺纹钢,环筋是Ф14×12。大楼基础是整浇的钢筋混凝土大型承台,混凝土标号C35,配置的钢筋是Ф25×10和Ф22×10的螺纹钢,环筋是Ф16×10。

2爆破拆除方案

大楼为全框剪结构建筑物,整体性好,梁、柱和剪力墙的布筋密度大,楼体结构强度大,解体困难,并且整体形状呈Y字形,楼梯各部分相互牵扯,不便于整体朝一个方向倒塌,必须分割为几个部分依次朝不同的方向倒塌。为避免大楼两翼倒塌后,对中央楼梯间部分的倒塌过程形成支撑,影响大楼的倒塌效果,两翼部分必须先倒。

2.1建筑物倾倒的方向

采取爆破切口高度差、延时起爆时间差相结合的定向倾倒方法。为了使整个建筑物实现全部解体,根据周围环境及施工时间可能出现的情况,最终确定定向倾倒方案:将2号楼分为A、B、C、D四个爆区。A将向北偏西15°倾倒;B将向北偏西10°倾倒;C将向北偏东35°倾倒;D将向北偏东35°倾倒。各区倾倒方向如图l所示。

 

2.2大楼的预处理

为保证倒塌的准确性及解体的完全性,对大楼实施了预切割处理,将大楼分成了相对独立的四个区。四条缝都是纵向切割,切割位置如图1所示,缝宽约为600mm。

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将各区爆破切口范围的楼梯上下换步台横梁、踏步中间、横向隔断墙切断。地下室的墙体较厚、立柱较大、钢筋较粗,因此提前用风镐将墙体及立柱外表面混凝土剥离,将最外面的钢筋隔断,减小结构强度。

3爆破参数设计

3.1爆破切口高度

建筑物通常主要承重构件是立柱,起稳定作用的是梁、楼板、屋面梁(或板),一旦承重立柱破坏一定高度,楼体整体失稳,在重力作用下坍塌或定向倾倒。要使楼房可靠倒塌,确定立柱的破坏高度,是取得理想爆破效果的关键。根据理论计算和实践经验,墙体和构造暗柱的破坏高度按下式计算:

H=K(B+Hmin

式中,H为承重立柱的破坏高度;K为与建筑物倒塌形式有关的经验系数;B为立柱截面长边;Hmin为立柱最小破坏高度。

由于该工程建筑物为整浇框剪结构,其承重构件已经不是立柱了,而是每一层的所有墙体、构造暗柱,起稳定作用的是现浇梁和整浇楼板。承重墙体、构造暗柱破坏一定高度,楼体整体失稳,在重力作用下可以实现定向倒蝴,但是解体不一定会十分充分。按照上述公式计算得出的切口高度,楼体虽然会整体失稳和倾斜,为了实现解体充分,各个爆区爆破的楼层必须提高至1~8层不等。每一层的爆破切口高度H=2.5~3.5m不等;各个爆区爆破切口高度,既要保证倒塌效果,同时又要做到节约成本,尽可能地减少钻孔量与装药量。

(1)A区切口高度:地下-l层3m、-2层3.5m,地面1层3.1m、2层3.5m、3层3.3m、4层2.5m。

(2)B区切口高度:地下-l层3m、-2层3.5m,地面1层3.5m、2层3.3m、3层2.5m。

(3)C区切口高度:地面1层2.5m、2层2.5m、3层3.1m、6层3.5m、7层3.3m、8层2.5m。

(4)D区切口高度:第2层2.5m、3层3.1m、4层3.5m、5层3.3m、6层2.5m。

3.2爆破参数

单孔药量计算公式:

q=kV                      (1) 

式中,q为单孔药量,g;k为炸药单耗,g/m3;V为单孔破坏介质体积,m3。对墙体(24墙)孔距a=30cm,排距b=25cm,孔深L=16cm,炸药单耗k=1600g/m3,按式(1)计算得q=28.8g,实取30g。对墙体(20墙)孔距a=25cm,排距b=25cm,孔深L=14cm,炸药单耗k=1600g/m3,按式(1)计算得20g,实取30g。对构造柱(40cm×30cm)孔距a=40cm,孔深L=26cm,炸药单耗1800g/m3,按式(1)计算得86.4g,实取90g。

(1)A区倒向为西北方向,采用毫秒延时分5次起爆,24cm、20cm两种墙体钻孔2283个,单孔药量为30g,结构柱钻孔575个,单孔药量为90g,共使用炸药120kg。

(2)B区倒向为西北方向,采用毫秒延时分5次起爆,两种规格的墙体共钻孔2191个,单孔装药量为30g,结构柱钻孔345个,单孔药量为90g,共使用炸药97kg。

(3)C区倒向为东北方向,采用毫秒延时分6次起爆,墙体钻孔2963个,单孔药量为30g,结构柱钻孔528个,单孔药量为90g,共使川炸药116kg。

(4)D区倒向为东北方向,采用1次毫秒、5次半秒延时起爆,墙体钻孔3502个,单孔药量为30g,结构柱钻孔528个,单孔药量为90g,共使用炸药153kg。

本工程四个爆区共钻孔12915个,总装药量486kg。

3.3爆破网路

(1)起爆方式:本次爆破采用非电延时导爆管雷管复式混联起爆网路,网路采用分级簇联、双网路并联方式,主网路采用导爆管加四通的连接方式。即起爆网路系统由起爆雷管、过桥雷管、孔内导爆管雷管、四通和导爆管组成,首先由2个导爆管雷管连接一簇(20发以内),完成第一次过桥连接;接着再由双发导爆管雷管进行第2次过桥连接,直接用四通将第2次过桥连接导爆管接入导爆管主干线形成复式混联起爆网路;最后用2发电雷管激发导爆管主干线。

(2)区段划分及延时间隔:孔内采用毫秒及半秒导爆管雷管实现延时起爆。四个分区共使用19个段别导爆管雷管延时约4.5s。

4爆破安全与校核

4.1单响药量校核

为控制爆破振动效应,应严格控制最大单响起爆药量:

Qmax=R3(v/k)3/a    (2)

式中,Qmax为一次齐爆药量,kg;R为保护目标至爆点距离,m;v为允许的振动速度,cm/s;k和α分别为与地振波传播地段的介质性质及距离有关的系数和衰减指数,根据文献[1],取k=32.1,α=1.57。

以居民楼作为保护目标,取[R]=15m,[v]=3cm/s,计算的Qmax=36.49kg。

以电缆管线作为保护目标,电缆管线离D区最近,D区在保留支撑墙的情况下,最近药包离电缆线约4m,以文献[4]的结论,取[R]=4m,、[v]=5cm/s,计算的Qmax=1.836kg。

因此严格控制管线附近的最大一次单响药量不超过1.836kg,被保护建筑物附近最大单响药量不超过36.49kg,就可以保证相邻建筑物及电缆管线的安全。

4.2塌落振动效应

楼体在塌落过程中冲击地面产生振动,其强度比爆破振动要大、频率低,对四周建(构)筑物危害更大,必须引起足够重视。为降低塌落振动效应的危害,应尽量防止构件同时触地,而采用分段分区使构件依次触地来控制塌落振动。

塌落振动由下式验算:

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式中,v为塌落引起的地表振速,cm/s;m为下落构件质量,t;g为重力加速度,m/s2;H为构件重心的高度,m;σ为地面介质的破坏强度,一般取10MPa;R为观测点至冲击地面中心的距离,m;kt、β为衰减参数,分别取kt=3.37、β=1.66。

以离电缆管线最近的D区为例,总质量约为6000t,大楼倾倒并非自由落体,按总质量的1/3估算;重心落差H取20m,R取30m。由式(3)计算得出在管线处塌落振动引起的地表振速为4.14cm/s,根据文献[4]的结论,当v≤5cm/s时,可保证管线的绝对安全。重心落差H取20m,R取45m。由式(3)计算得出在管线处塌落振动引起的地表振速为4.14cm/s,根据文献[4]的结论,当v≤5cm/s时,可保证管线的绝对安全。重心落差H取20m,R取45m。由式(3)计算得出受保护建筑物处塌落振动引起的地表振速为2.1cm/s,小于国家规定的安全标准。

4.3爆破飞石安全距离及防护措施

李守臣[3]通过实验,对爆破飞石的抛掷距离与炸药单耗之间的关系进行了回归分析,得到了无覆盖条件下,爆破飞石距离与炸药单耗之间的关系:

L=70q0.58   (4)

式中,L为飞石抛掷距离,m;q为炸药单耗,取1.8kg/m3。计算出本次爆破飞石的距离为98.44m,因此警戒必须在98.44m以外才能保证人员安全,在采取严密的防护措施后,可控制飞石的飞散距离。

本次爆破采取的防护措施如下:

(1)对爆破构件的装药位置,用荆笆或铁丝网等遮挡。

(2)用荆笆或铁丝网遮挡附近被保护建筑物的门窗和被保护的外部设备。

(3)在管线上垒一道高1.2m、宽lm的沙袋墙,防止爆碴砸坏管线。

5爆破效果及体会

5.1爆破效果

2008年2月25日14时起爆,B爆区、C爆区、D爆区三区重叠处,爆堆高度为1lm,D爆区反向没有任何后坐,紧邻1m的高压电缆线、围墙完好无损。A、B爆区也按设计方向倒塌,没有后坐,完全达到了设计效果,爆破非常成功,16层框剪结构楼爆破效果如图2所示。

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5.2几点体会

(1)段别分配合理有序,采取毫秒延时和秒延时相结合,为D爆区的爆破塌落争取了空间,达到了理想的爆破效果。

(2)各区域布置了预裂爆破孔,大大降低了结构的整体性。

(3)框剪结构建筑物定向爆破,要有效地利用倒塌场地、起爆网路的时间差和切口的高度差。

参考文献

[I]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[2]于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京:冶金工业出版社,2004.

[3]李守巨·拆除爆破中的安全防护技术[J].工程爆破,1995,1(1):7l~75.

[4]王彦利,黄吉顺,周鹏.分段爆破解体原地倾斜塌落法在拆迁过程中的应用[J].工程爆破,2005  ,11(1):34~36.

摘自《中国爆破新进展》