复杂环境下低层框架结构楼房拆除爆破
时间：2023-01-20 09:10:14 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王 贵，王 渊，孙国利，马保才，魏 正
(内蒙古康宁爆破有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017010)
因河道治理规划，需将鄂尔多斯市画舫景观建筑进行拆除，由于该建筑位于城市景区，过往的车辆、行人多，拆除施工的安全及环保要求高，控制粉尘及施工噪音污染要求严格。根据业主的进度目标，同时考虑城市拆除文明施工和环境保护的要求，最终选取定向爆破对楼房实施拆除。
1.1 周边环境
拟拆建筑位于鄂尔多斯市城市景区内，周围环境复杂[1-2]，拆除爆破建筑物正北方为保留的接待厅(钢筋混凝土框架结构)，距离12 m；
西北方210 m处是正在使用的中石油加油站(钢筋混凝土框架结构)；
东向约230 m处有天然气管道；
460 m处为正在通行的桥梁(钢结构、混凝土箱梁结构)。爆区周围环境如图1所示。
1.2 楼房结构
画舫建筑最高4层，为仿清式组合建筑，建筑面积共计2 582 m2，包括画舫甲板、主楼、连廊、两侧角楼等建筑物。楼房结构为框架结构楼房，拆除爆破部分建筑高约22 m，东西长41.5 m，南北宽17.5 m，东西向共12根支撑立柱，分为6排，结构平面如图2所示。立柱截面尺寸为直径450 mm的圆柱，每根立柱含8根直径为20 mm的竖向配筋。最外围2排立柱不起主体支撑作用，主体内支撑柱之间有砖墙作为隔墙。横梁和楼板为现浇结构，与支撑柱紧密连接，内部钢筋密集，支撑柱和横梁混凝土强度均为C30。
2.1 施工难点分析
1)预处理工程量大。楼房低，自重轻，容易形成炸而不倒或倒塌解体不充分的情况。楼房的混凝土强度高，配筋密，整体稳定性好，需要进行适当的预处理和充足的爆破切口。爆破切口内的隔墙和楼梯间要充分的预处理，同时将于楼房相连的两侧耳房进行机械拆除，预处理工程量大。
2)爆破安全技术要求高[1-2]。被爆楼房周围环境复杂，倒塌距离有限，控制爆破有害效应要求严格，需加强安全防护，控制粉尘及施工噪音污染，减少楼房倾倒距离。
3)施工难度大。本工程工期要求紧，且楼房位于城市景区内，周围的游客和车辆较多，施工组织和警戒困难。
2.2 爆破方案
2.2.1 爆破方案的确定
该建筑物呈东西向布置，南、东、西三面为乌兰木伦湖，不宜向湖内倾倒，距离北面12 m有需保留建筑物，倒塌空间足够，因此爆破物的倒塌方向选择为“定向向北倾倒”，采用三角形切口形式，切口内采用分区、分段一次性起爆。
2.2.2 预处理
在保证画舫按设计倒塌的前提下，爆破前对建筑物进行了预处理，达到减少钻孔数量和爆破器材使用量的目的，提高了爆破安全和效果。预处理的部位有：
1)将1层A柱与C柱之间的所有隔墙用破碎锤破碎；
2)用人工、机械预处理楼梯间，将1、2层之间的楼梯用机械将混凝土充分破碎出宽约30 cm切口，保留钢筋；
3)机械拆除与画舫相连的两侧的角楼、北侧的连接廊桥，以及一层周围的檐口及柱子；
4)将所有需要钻孔的柱子采用人工和机械拆除装修材料，方便钻孔施工。
2.3 爆破切口选择
本工程采用三角形切口，切口内主要破坏承重立柱，使其失稳，对于钢筋混凝土承重立柱，实际失稳的爆破高度H按照下式[3]计算：
H=K(B+Hmin)=K[B+(30～50)d]
(1)
式中：H为破坏高度，m；
K为经验系数，取2；
B为钢筋混凝土立柱直径，取450 mm；
Hmin=(30～50)d，取50d，查设计图纸确定d为18 mm，Hmin=0.9 m。
计算得出楼房失稳的最小切口高度为2.7 m。因建筑物自重轻，为增加建筑物倾倒速度，提高塌落过程中的解体效果，同时减少楼房倾倒距离，降低对周围建筑物的影响，需在计算的基础上适当提高切口高度，即从建筑物地坪以上0.6 m水平开爆破切口，切口高度为2层共5.7 m(见图3)。在切口支撑点上布置2个炮孔进行爆破松动，各层爆破破坏高度如表1所示。
表1 各层爆破破坏高度
2.4 爆破参数设计
2.4.1 炮孔爆破参数设计
按照设计的爆破切口在立柱布置1排炮孔，且将A柱与B柱之间1到2层的横梁布置炮孔，将横梁切断。布孔如图4所示，爆破参数如表2所示。
表2 主要爆破参数
2.4.2 起爆网路
本次爆破将爆破立柱从时间上和空间上进行区域划分，各分区依次选用MS3、MS5、MS7段非电导爆管雷管。孔外以单柱为一簇，选择2发MS3段雷管作为孔外雷管连接成多个击发点，然后将各个击发点采用四通连接成复式交叉式的闭合起爆网路(见图5)。
3.1 振动校核与控制措施
3.1.1 爆破振动校核
本工程最大单响药量为8.45 kg，根据下列公式[4-5]可预测爆破振动速度：
(2)
式中：R为爆源中心至保护对象之间的距离，m；
Q为一次齐爆的炸药量，kg；
v为保护对象地面质点振动速度，cm/s；
K"为折减系数，与布药面积和爆破方式有关，取K"=0.3；
K、α为与爆破振动传播区域地形地质条件有关的系数，取K=260，α=1.9。
经计算，距楼房12 m处需保留接待厅理论计算振度为2.68 cm/s，距离楼房210 m的加油站理论振动速度为0.020 cm/s，距离楼房230 m的天然气管道理论振动速度为0.016 cm/s。
3.1.2 振动控制措施
1)施工时严格控制单孔药量，通过充分的预处理和合理的延时时间，减少爆破总装药量和单响药量。
2)开挖减振沟。利用楼房周围的水池作为减振沟，爆破前将水池中水抽完，并在临近建筑物的一侧开挖深约1 m的减振沟，以减弱振动波的传播。
3)设置缓冲垫层。楼房倒塌冲撞地面的介质由原来的刚性介质转换为可压缩介质，采取将接触点的地砖用风镐铲除，露出基础的回填土的方法，并在爆破前将土浸湿。延长了建筑物塌落对地面的作用时间，减小了建筑物的塌落冲量。
4)爆破前在主要保护建筑、设施安放爆破振动监测仪，对爆破振动和坍塌振动进行监测，为安全影响评估得出准确的振动速度参数。
3.2 飞石安全距离校核与防护措施
3.2.1 飞石距离
拆除爆破个别飞石距离的计算比较困难，可根据实测飞石速度采用下式[6]进行估算：
R=ν2/2g
(3)
式中：R为飞石距离，m；
v为飞石速度，根据摄影观测资料v=10～30 m/s，无防护措施时取大值，取v=30 m/s；
g为重力加速度，m/s2；
带入得无防护措施下的飞石距离R=45.9 m。
3.2.2 飞石防护措施
1)对被爆立柱覆盖多层防护。先将草帘子与金属网捆绑一起，施工前用草帘子提前将立柱进行包裹，露出缝隙装药，以减少爆破作业时间。爆破施工完毕后将缝隙合上，再绑上2层孔较细密的金属网并用铁丝绑扎牢固。
2)缓冲覆盖防护。为了减缓飞石飞出的速度，在倒塌方向的一面用草帘与铁丝网绑在一起并挂在楼房外侧，用铁丝相连。
3)近体防护。距离被保护楼3 m左右搭设1排挂有防护网的围挡排架。排架的高度为6 m，略高于被保护楼房的高度，防护如图6所示。
4)保护性防护。用草帘和棉被在被保护楼房的玻璃门窗上进行架空式的遮挡覆盖防护。
爆破前进行试爆，以便于优化爆破参数和检验起爆网路的可靠性。试爆位置选取在C柱中间一根立柱，从柱子中间挑选5个炮孔进行装药，装药量与设计药量一致，按照设计起爆网路进行连接，起爆后爆破效果良好，立柱上的混凝土全部脱离，钢筋撑开(见图7)。
爆破后，被爆建筑物向正北方倾倒，从起爆到解体、折断，最后塌落[7-8]。楼房前倾距离较小，坍塌后的爆堆高约4 m，1～3层立柱全部折断，楼房的解体和破碎较为充分，取得了良好的爆破效果(见图8)。爆破振动通过实测，距离12 m处的爆破振动峰值速度为0.333 cm/s，对应的主振频率为21.667 Hz，爆破振动波形如图9所示。爆破飞石控制效果良好，未对周围环境造成危害[9-10]。
1)针对高度低且跨度大的建筑物，拆除爆破提高切口高度、进行充分的预处理和合理的炸药单耗，以保障建筑物能够充分倒塌解体。
2)景区框架结构楼房拆除爆破通过多层次的爆破飞石防护和有效的振动控制措施，保障了周围建筑物、加油站、天然气管道的安全。
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