控制爆破拆除15层剪力墙结构厂房

控制爆破拆除15层剪力墙结构厂房

1项目总结1.1地下主副楼楼由于需要城市建设，将对芜湖长江东岸的香港龙酒店进行爆炸解放和拆除。该楼于1988年设计建造,总建筑面积5700m2,东西方向长25.6m、南北宽13.9m、高53m,共15层,为剪力墙框架结构。楼顶架设有发射天线塔、水箱等设备;大楼东部外是外部楼梯,楼内有两部电梯、一套楼梯。大楼的承重柱沿东西方向共8列,沿南北方向4行、共计32根,大部分墙面为砖体结构,部分墙面为钢筋混凝土所制(大楼结构参见图2、3,图3中黑色部分为钢筋混凝土部分)。1.2大楼周边工地条件待拆除建筑坐落在长江东岸,距东岸围墙约35m;大楼东面有民房和工房;大楼以北是一片工地,工地附近有一座小钟塔;大楼南侧为在建工地;电线环绕在大楼的西、南两侧。周围环境如图1所示。2爆炸试验的总体规划2.1确定爆破安全的原则待爆大楼系剪力墙高层建筑,周围环境良好,北侧有充足的倒塌空间,若向北倒塌,不会对西、南侧电线造成影响,且大楼附近无需要保护的特殊建筑物。经与省爆破专家的共同探讨,最终确定“大切口、多节点破坏、北向定向倒塌”的设计原则,具体如下:(1)依靠较大的爆破切口使大楼整体向北定向倒塌,同时,在切口以上楼层内的承重柱上多点布置炮孔,增加破碎节点,加强大楼倒地时的破碎效果。(2)在确保安全的前提下,对大楼进行爆破前预处理,减少最后一次爆破的用药量,削弱大楼的刚度,以便取得良好的爆破效果。(3)本次工程使用乳化炸药。2.2重力柱切口高度本次爆破依据“大切口一次倒塌”原则,根据待爆建筑“对称性”特点,通过验算其偏转重心,确定了如下爆破切口方案:①A排承重柱切口高度21.7m,范围覆盖1～5层全部及6层下方1.7m高部分;②B排承重柱切口高度14.70m,范围覆盖1～3层全部及4层下方1.7m高部分;③C排承重柱切口高度6.5m,范围覆盖1～2层下方1.7m高部分;④D排每个承重柱只需少量处理几个炮孔,形成转动铰即可。各承重柱的切口高度如图2所示。结合图3(a),本次工程涉及到的切口数量为8个。3预处理3.1制定合理的爆破、爆破过程中政府参与的处置办法大楼内的电梯间和楼梯起核心筒的作用。为了避免它们对大楼倒塌准确性的影响,爆破前应采取一定措施对内部电梯间和内、外部楼梯进行预处理。对于大楼的内部和外部楼梯,爆破前将1～6层每层楼梯上下的换步台横梁切断,踏步中间切断,横向隔断墙切断,切断后只残留钢筋部分。对于大楼的电梯筒,将其1～2层内支撑墙预先放小炮清除。电梯筒的处理要彻底、完全。3.2拆除建筑物内的砖块为了减少起爆药量、降低施工工作量,预先按设计要求人工将楼层内的砖墙拆除。预处理之后的大楼楼层如图3(b)所示。3.3有炮孔的区域根据爆破延期时间的差别,可将大楼有炮孔的区域分为6个区:A区、A-B区、B区、C区、C-D区、D区。各个区的承重柱和剪力墙情况如表1所示。3.4保证d区承担柱上炮孔数量为防止因底部支撑不够引起后坐,应减少东西向D区承重柱上炮孔数量,同时应给D区的承重柱、剪力墙部分留有充足的延期时间,以保证D部分爆破前A、B、C部分结构已在空中形成确定的倒塌姿势。4爆炸参数4.1重量各承重柱混凝土标号、配筋、厚度相同,可采用同样参数。(1)柱截面长度的变化根据爆破设计原则,柱类最小抵抗线等于柱截面短边长度的一半。待爆建筑32根承重柱尺寸基本相同,为50cm×60cm,故W1=1/2×50=25cm。(2)每根重柱的布置对于钢筋混凝土,孔距a=1.0～1.3W,取a1=1.3W1=32.5cm。每根承重柱只布1列炮孔。根据经验公式,b1=a1,考虑实际施工方便和单孔设计药量偏大,取b1=40cm。(3)孔深p1孔深大致等于最小抵抗线,将填塞长度计入,设壁厚L=60cm,则取孔深l1=(2/3)L=40cm。(4)单耗及热价根据设计图纸中承重柱的钢筋配比情况,取炸药单耗q=0.5kg/cm3=500g/cm3,暂定承重柱单孔药量q1=500×0.4×0.5×0.6=60g,暂定q1=75g。(5)炮孔行数的确定考虑到钻孔的实际操作,每根承重柱均从地面以上50cm处开始钻孔。考虑预防后坐问题,D区8根承重柱每根只少量打2排孔,形成转动铰即可。对于A区6层、B区4层、C区2层,该三层每层承重柱只打4排孔。对于爆破节点的处理,6层以上每根承重柱距地面50cm以上打2排孔。由于承重柱尺寸相同,且每层承重柱均为32根,根据层高即可求得炮孔总数。每根承重柱只打1列炮孔,故炮孔行数即该承重柱的炮孔数。求得承重柱炮孔数量,如表2所示。4.2墙上的墙壁各剪力墙混凝土标号、配筋、厚度均相同,可采用同样参数。(1)w2最小阻力线剪力墙墙体厚25cm,W2=1/2×25=12.5cm,取W2=12cm。(2)孔距a2和排距b2根据铁道设计院的实践经验,对于钢筋混凝土墙体,a=(1.2～2.0)W,取a2=25cm;取排距b2=a2=25cm。(3)孔深l2取13cm;根据剪力墙配筋情况,暂定单孔药量q2=30g。(4)剪力墙布孔方式根据爆破经验,当剪力墙较高时,为了节省工时和施工成本,可采用“上中下”分三段布孔的方式,效果与剪力墙布满炮孔相同。本次施工中爆破切口内的剪力墙高度分别有2.9m、4.1m、4.8m三种类型(见图4)。钻孔时,考虑到实际操作,均从距底部0.5m处开始布孔。切口内2.9m剪力墙主要分布在F5、F6,其中F6层仅底部2m炮孔区,可全部钻孔,F5可采用“2-3”的布孔方式;4.1m剪力墙分布在F2、F3、F4,全部布满炮孔需要14行,改进为采用“3-1-3”方式布孔;4.8m剪力墙分布在F1,全部布满炮孔需要17行,改进为采用“4-1-4”方式布孔。各类型剪力墙布孔方式如图4所示。本工程中,涉及剪力墙处理的部分有A-B区的3个面;B区F1-F4的1-2单元间1个面,3-5单元间2个面,7-8单元间2个面;C区F1-F2的1-2单元间1个面,3-5单元间2个面,5-6单元间1个面;C-D区5单元的2个面。每层共计剪力墙14面,电梯筒的6面墙预处理时解决。4.3增设爆破节点为了保证电梯筒对大楼倒地破碎效果不产生太大影响,有必要对7～15层的电梯筒增设爆破节点。每层电梯筒增设4个爆破节点。每个节点从地面以上50cm处开始钻孔,以25cm为排距,设1行2排炮孔,单孔药量暂定同剪力墙情况。因此每层电梯筒有8个炮孔,共计8×9=72个炮孔。5爆炸网络工程5.1区域起爆序本此爆破工程周围环境良好,设计方案为定向倒塌,整体起爆次序为从下至上,区域起爆次序定为:A区先起爆、其次B区、再次C区(均包括各区的爆破节点),最后是D区起爆。本工程爆破拆除的重点主要是防止爆破造成后坐,D区的延期时间要着重考虑。5.2爆破延迟分析参考类似的爆破工程,决定使用半秒非电延期雷管作为起爆器材。考虑到后坐问题,爆破延时设计如下:A区(包括A-B)与B区、B区(包括B-C)与C区均为0.5s延时,C区(包括C-D)与D区为1.5s延时。暂定每一炮孔内使用1发雷管,各区的雷管段别、数量和延时如表3所示。5.3瞬发节拍2发采用“簇联”和四通连接联合使用的导爆管爆破网路。先将柱内炮孔导爆管雷管捆扎成一束(不超过20根),再绑上2发瞬发毫秒导爆管雷管。瞬发毫秒导爆管雷管用四通连成复式网路,每柱为一个小循环、每层柱为一个中循环、整个楼形成一个大循环。小循环之间、中循环之间、大循环之间多处搭接,形成复式交叉网路。用起爆器起爆导爆管雷管。5.4雷管导爆管长度按照本设计,不考虑接力雷管,本次爆破设计共钻孔5216个,需用雷管5216发,炸药212.61kg。孔内导爆管雷管导爆管长度一律取3m;接力雷管导爆管长度一律取10m,初步估计接力雷管总数550发左右。6爆炸振动校正和保护措施6.1爆破振动安全的确定爆破振动主要按爆破切口最大单响段药量进行验算,该药量是147.06kg,爆炸加权中心距离最近民房30m。按常用的垂直振动速度计算公式:v=K′⋅K(Q−−√3/R)αv=Κ′⋅Κ(Q3/R)α式中:v为垂直振动速度,cm/s;K、α分别为与地形、地质因素有关的系数,取K=150,α=1.6;K′为拆除爆破衰减系数,这里取0.25;Q为单响最大药量,kg;R为测点到爆源的距离,m将以上数据代入公式核算其振动速度为v≈2.33cm/s。《爆破安全规程》中对爆破振动安全允许标准:钢筋混凝土框架结构楼房的耐震能力为5cm/s。另一方面,爆破产生的地震波衰减快,振动频率比天然地震高(爆破振动频率50Hz左右,而天然地震频率为2～5Hz),并且爆破振动持续的时间短。以上计算的数据证明,按此设计对相邻的建筑是安全的。6.2塌落振动速度t根据周家汉教授提出的高大建筑物倒塌落地振动公式:vt=Kt(R(MgH/σ)13)βvt=Κt(R(ΜgΗ/σ)13)β式中:vt为塌落引起的地面振动速度,cm/s;M为下落构件的质量,t;g是重力加速度,9.8m/s2;H是构件的高度,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分别为塌落振动速度衰减系数和指数,Kt=3.37～4.09,计算时取3.37,β=-1.66～-1.80,计算时取-1.66。根据本次工程建筑的结构和爆破方案,估算式中Mmax≈3.77×107kg、R=30m、H≈29m。将以上数据代入公式中,计算得倒塌触地振动速度为vt≈0.56cm/s。倒塌振动远小于《爆破安全规程》中对民房振动安全允许标准,故大楼倒塌触地振动对附近民房不会引起破坏。6.3开挖防振沟,限制爆破爆破灾害主要是爆炸和冲击产生的振动和飞石破坏,为此除采用多段延时起爆网路减小一次起爆药量外,还在楼房倒塌方向开挖3条宽1.5m、深2m的防振沟,在整个大楼外挂防护网,有效地防止了爆破振动和飞石的危害。7爆炸效果及方案评估7.1现场爆破试验2008年7月16日17时15层大楼被准时起爆,大楼按预定方向准确倒塌,爆破振动未对钟楼产生破坏;由于飞石防护措施得当,附近钟楼、民房未遭