哈尔滨市某厂房爆破拆除振动监测与分析

哈尔滨市某厂房爆破拆除振动监测与分析

1塌落振动的形成及影响高层建筑爆炸破坏和土壤崩塌引起的振动，不同于低频振动和低频自然地震。这是两种振动形式的边界。在楼房爆破拆除中,由于建筑物体积、质量大,该振动对近距离目标产生的效应,明显要比爆破振动产生的危害大。随着高层建筑物爆破拆除的日趋增多,塌落振动已成为当前工程爆破领域中令人十分关注的问题。研究塌落振动的形成和振动效应及其在介质中的传播规律,是控制和减小塌落振动强度的基础和前提。本文以哈尔滨市一幢16层楼房的拆除爆破为例,介绍本次爆破的参数选取,并根据爆破结果和现场实测数据,对特定条件下高层建筑物倾倒触地规律和撞击地面的能量和振动波在介质中的传播规律等进行了分析,为今后类似工程中预防和控制塌落振动的破坏效应提供了参考。2项目总结2.1地面地面建筑改造该楼房是一幢框架剪力墙结构的高层建筑,原设计地面上26层,建到16层后搁置十余年成为烂尾楼,因城市建设需将其拆除。大楼位于中山路与新乡里街交汇处,香安街北侧。该楼四周建有围墙,在围墙外侧有燃气管线、电力电缆管线、供水管线、排气管线及供热管线。其四周环境如图1所示。大厦总体建筑面积为25000m2,由主楼和裙楼组成。对大厦主楼地面以上部分拟采用控制爆破方法拆除,对裙楼及主、裙楼的地下部分采用机械方法拆除。大厦主楼建筑面积约13000m2,采用控制爆破方法拆除大楼地面以上部分(16层),使其倒塌在规定的范围内。大楼主体倒地后再采用机械法破碎及清除。2.2大楼定向党组织倾斜式爆破方案爆破主楼的高度为60m,南侧可供倒塌的距离只有42m,向东为45m,其余方向都为近距离需保护目标。由于大厦本身墙柱结构坚固,平面布局为非对称布置,允许的塌落范围不足以使大楼定向倒塌,同时希望爆破后的爆堆尽可能低,以便于机械的二次破碎与清运,所以整个大厦不能采用整体定向倒塌方案。为实现大楼安全爆破的总目标,确定爆破拆除前通过预处理将大楼预先切割为两体,使其东部向东南方向空地折叠倒塌,使西部向正南方向折叠倒塌,通过将主楼一分为二的办法有利于倒塌方向的控制以及爆破振动及塌落振动的控制,总体方案如图2所示。大楼的底部四层每层高5m,上部每层高3m。为了实现大楼的定向倾倒,根据计算确定其炸高为1~2、4~5、9~10层。该楼采用塑料导爆管延期雷管和非电导爆系统来实现安全、可靠、准爆(图3)。2.3爆破后的防护措施结构物在爆破拆除时为减小炸药爆炸产生振动及结构物塌落触地时产生塌落振动,采用方法如下:(1)为避免能量集中,采用多打孔、少装药和延期起爆技术,将能量均衡,合理利用,减少一次齐爆药量。(2)整个结构物通过划分爆区和爆段的方法,爆破后的倒塌过程不断削减大厦的重力势能,减小塌落物触地时的能量,从而降低了塌落振动的强度。(3)在建筑物坍塌范围内,用建筑垃圾铺设垫层可达到较好的减震效果。(4)为确保周围建筑及管线安全,在倒塌位置设置减震墙(用建筑垃圾和土构成),在围墙内开挖减震沟。为了有效地防止爆破时个别碎块的飞溅,严格控制药量,最大限度地利用炸药能量,使其主要用于破碎介质,减少飞石。主要的防护措施:(1)内防:在构件爆破部位,用3~4层草帘捆绑,并在草帘洒水。有效厚度不小于13cm,重点部分用5~6层草帘捆绑。(2)外防:在重点保护目标的方向(南侧、西侧、北侧及东北侧方向)在楼的外面挂草帘封闭,高度为10m,上面2个切口在重点保护目标方向挂双层草帘防护。北侧挂尼龙网防护。3振动监测系统由于国际上普遍以地面质点的振动速度来衡量振动对周围建筑物的影响,因此本次测试采用了两台美国WHITE公司的Mini-SeisII型数字式爆破地震波采集仪,可同时获得垂向、径向、切向三个方向上的振动速度、频率等参数。考虑到爆区周围环境、重点关心的建筑物(离该楼最近的居民楼只有18m,西侧180m为省医院),对a、b两个测点进行了振动监测。测点布置如图1所示。4爆炸效果与振动分析4.1大楼塌散范围大楼严格按照爆破设计,东部楼体沿东南方向倾倒,西部楼体沿正南方向倾倒,大楼塌散范围约为40m,整体爆破效果较好。爆后大楼南侧面向居民楼部分草帘掀掉一部分,致使个别飞石砸破居民楼的6块玻璃,其它均完好无损。4.2爆破振动检测图4和图5为a、b测点测得的振动波形时呈曲线。从测试波形可以看出,整个振动过程包括两部分:首先是爆破产生的振动,接着是大楼倾倒触地引起的塌落振动。图4和图5能清楚地体现该过程。由振动波形可知:整体拆除过程中,a点测得最大爆破振动速度为6.9850mm/s,b点为5.0800mm/s。测点a距离爆区只有35m距离,爆破振动速度较小,主要是因为预先在爆区和居民楼之间开挖的减震沟起到了良好的减震效果,减小了爆破地震波带来的振动效应;测点b距离爆区108m,爆破地震波在传播过程中经过衰减,振动效应较小,相应对建筑物的破坏效应也较小。只要优化爆破设计,合理采用分区、分段的爆破方法,采用合理的微差时间,爆破振动危害是完全可以得到控制的。由实测数据和振动波形可以看出:a点测得楼房倾倒过程中最大塌落振动速度为20.320mm/s;b点最大塌落振动速度为19.304mm/s。东、西两部分楼体塌落过程中测点a测得的数据大于测点b对应的数据,测点a较测点b离爆区更近,振动效应更为明显。高层建筑物的拆除爆破工程中塌落振动的破坏效应较大。本次拆除爆破过程中,爆破振动速度最大值为6.985mm/s,是由西部楼体爆破过程中引起的;塌落振动速度最大值20.320mm/s,是由东部楼体塌落过程中引起的。塌落振动速度峰值明显大于爆破振动速度峰值。表明对于高层建筑物的爆破拆除过程中塌落振动效应比爆破振动效应更为明显,危害更大,应该给予足够的重视。通过两个测点测得的数据分析,楼房爆破拆除过程中:a点测得爆破振动主频为32.0Hz,b点测得爆破振动主频为10.3Hz;对实测数据进行FFT变换之后得到a点塌落振动的主频7.52Hz,b点塌落振动的主频8.63Hz,这表明最大主频是由爆破振动引起的,塌落振动的频率较低,接近建筑物固有的自振频率,因此容易引起建筑物共振,造成较大的危害效应。从图4和图5可以看出,振动波形的初始阶段由爆破引起的振动波形衰减较快,由塌落振动引起的振动波形衰减相对缓慢,这是由于爆破振动的高频性质及塌落振动的低频性质所决定的。5城市高层建筑物爆破质量的影响因素分析本文通过对该烂尾楼爆破拆除过程中振动监测数据的分析,得出以下几点结论:(1)通过工程实践与理论测试分析的对比得到,在类似的高层楼房爆破中,理论上的测试分析可以更直观地指导爆破参数的选取以及减振防护措施的实施,以便实现对周围目标影响的最小化。(2)对于城市高层建筑物的拆除爆破,爆区环境日益复杂,控制爆破的要求较高,因此必须根据工程环境优化爆破方案设计,严格组织施工,切实采取有效的安全