高层厂房爆破拆除技术

高层厂房爆破拆除技术

1东、西楼为了建设民生广场和民族大道西部的延长线，南宁需要拆除运输大楼。该大厦由东、西两部分组成,分别称为东楼(9～21轴)和西楼(1～8轴),东西两楼相互独立,中间无任何联结,但距离仅有20cm。西楼暂时不拆除,需进行保护,本次爆破拆除对象为东楼。1.1钢筋形状及结构东楼是框架-剪力墙结构的建筑物,两侧均有剪力墙,有3个楼梯间,共有14层(包括1层地下室),高44.3m,东侧楼梯间顶部高47.5m,东楼长47m、宽17m,建筑面积为11188.4m2。立柱规格有三种:K轴,45cm×60cm,主筋为8ϕ18;F轴,45cm×90cm,主筋为16ϕ28;D轴,45cm×75cm,主筋为8ϕ18。剪力墙厚25cm,布两层钢筋网,其尺寸为15cm×15cm。钢筋直径为ϕ10mm。楼房结构详见图1。东楼东侧距简易工棚最近处仅20m;南侧紧靠江滨路(该路现已封闭,作为修建民生广场的项目经理部及建筑材料堆放地),31m处为邕江防洪堤;西侧20cm为西楼,该楼紧邻机电大厦,距离仅15cm;北侧40m为围墙,其与东楼之间是空地(停车场),墙外是当阳街;东楼西侧北面与机电大厦最近处距离仅10m,东楼与机电大厦之间的夹角为61°。周围环境如图2所示。1.2楼地面结构的破坏(1)必须保证东楼爆破倒塌时不对西楼及机电大厦的楼房结构造成任何损坏。(2)严格控制爆破飞石和爆破、触地震动,不能损坏西楼和机电大厦的楼房结构及室内室外的各种设备和设施。2爆炸设备和工程难点2.1东楼人工预处理根据东楼周围环境,只有北面有40余米的空地供其倾倒。由于东楼西侧北面近处有待保护的机电大厦,所以不能使东楼一次向北定向倒塌。结合工程要求,经综合分析后,决定对东楼进行人工预处理,即在12～13轴之间,从上而下将该跨东西向纵梁和现浇楼板全部切断,使东楼分为两栋相互独立的楼房,9～12轴称为1#楼,13～21轴称为2#楼。对这两栋楼同时进行定向控制爆破,使2#楼先向北倾倒,1#楼再向东倾倒。2.2项目困难本次爆破工程的难点主要有:①楼房爆破倒塌时后坐的控制;②爆破飞石的控制;③爆破震动及高层楼房倒塌过程中触地震动的防治。3控制后部3.1爆破后固定支撑的强度建筑物爆破倒塌过程中一般都伴有与倒塌方向相反的后坐作用。爆破后在建筑物向设计方向倒塌的前期,后支撑点将承受整栋建筑物的重力及其倾覆力矩的作用,因此,后支撑点的支撑强度决定了定向倒塌的成败。建筑物爆破后绕后支撑点转动时,可以通过文献提供的公式计算出后支撑点所承受的支座反力,由该公式还可看出:建筑物只有转动了一定的转角后,支座反力才会达到最大。后支撑点的强度必须能承受住计算所得支座反力的作用,才能保证建筑物定向倒塌,不出现后坐。本次拆除爆破中,与1#楼相距仅20cm且正在使用的西楼是重点保护对象。1#楼爆破过程中对西楼威胁最大的是出现后坐。基于以上分析,为了防止1#楼后坐,我们采取了以下措施。3.1.1爆破切口的布置在定向拆除爆破中,常规的做法是将后支撑点定在倒塌方向的最后一排立柱,由于1#楼爆破倒塌方向的最后一排立柱与待保护的西楼之间仅有20cm的距离,倒塌过程中即使出现很小的后坐也会损坏西楼,造成不可估量的损失,故将后支撑点前移一跨(定在10轴上),使爆破切口呈“√”形,详见图3。这样,1#楼在转过一定的角度、支座反力达到最大时,即使产生一定的后坐也不会损害西楼。3.1.2轴上起爆的爆破参数设定(1)在第三层9轴上的剪力墙的两侧及中间,分别预留高2.5m、宽1.0m的剪力墙,用风镐在预留剪力墙的两侧和距楼板2.5m处打凿高(宽)25cm、适当长度的切口,暴露的钢筋用氧气割断,分割后的剪力墙不推倒,预留的剪力墙与10轴上的立柱同时起爆。这样处理后,在1#楼倒塌前期,分割后未推倒的剪力墙对其具有支撑作用,使其稳定地绕10轴上的支撑点转动,避免在楼体倒塌前期出现后坐,损坏西楼。(2)1#、2#楼每层有多面剪力墙,对位于爆破切口内的每面剪力墙进行预削弱。预削弱后,保留的墙体必须能保证大楼仍然稳定,以确保施工的安全。经认真分析、综合考虑后,决定在20轴两侧和中间均留高2.5m、宽1.0m的墙体。在预留剪力墙之间及F轴上的剪力墙的上、下、左、右各凿两排梅花形浅眼,装少量炸药爆破,爆破后用风镐稍加处理使钢筋暴露,最后用氧气割断钢筋,并将剪力墙推倒。在预留墙体上按梅花状布3排眼,与相应轴上立柱中的炮眼同时起爆,爆破参数见表1。(3)1#、2#楼共有3座楼梯,爆破前将位于爆破切口内的楼梯全部打掉。3.1.3通过破碎滑动本次爆破中对1#楼后支撑点施爆部位选用较小的炸药单耗,能保证立柱根部50cm破碎松动以形成活动铰即可,不必使混凝土全部抛出钢筋笼。这样,爆破后后支撑点既能形成铰支点,使其在拉力和倾覆力矩的作用下能向东倾倒,又让其具有一定的承载能力,不会因楼房下坐太多、太快而发生后坐或意外偏斜,从而损坏西楼。3.1.4对爆破法本次爆破拆除的大楼为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,其整体性好,刚度大,为使其能顺利倒塌并在倒塌时充分解体,根据有关文献和爆破工程实践,决定对1#、2#楼选取较大的炸高:1#楼取第3、4层,2#楼取第1、2层。1#楼的爆破部位比2#楼高一层,其目的是避免2#楼的爆堆对1#楼的倒塌产生反向支撑作用。3.1.5管之间的剪力墙根据定向倒塌的要求,同时为了减小爆破震动,将1#、2#楼各分为3个爆破时段。1#楼采用半秒差导爆管雷管:11、12轴分别采用HS-7、HS-6,9轴上的剪力墙和10轴上的立柱均采用HS-8。2#楼采用毫秒差导爆管雷管;K、D、F轴上的立柱和剪力墙分别采用MS-1、MS-3和MS-9。采用分级簇联的方式进行网路联接,主爆雷管为非电毫秒差和半秒差导爆管雷管,传爆雷管采用非电瞬发导爆管雷管,最后用2发电雷管引爆。3.2拟爆大楼质心计算为了预测1#楼在倒塌过程中是否会产生后坐,爆破前对其后支撑点的支撑强度进行了校核。首先求出支座反力,根据文献有:X=P2(1+K)sin2φ0‚Y=P1+K(K+cos2φ0)‚K=112(a2+b2)/r2cX=Ρ2(1+Κ)sin2φ0‚Y=Ρ1+Κ(Κ+cos2φ0)‚Κ=112(a2+b2)/rc2式中:X为支座反力在水平方向的分力;Y为支座反力在垂直方向的分力;P为拟爆大楼自重,取P=33.61MN;rc为大楼质心距支撑点的距离,取rc=16.5m;ϕ0为质心初始转角,取ϕ0=6.9°;a为拟爆大楼长度,取a=17m;b为拟爆大楼宽度,取b=14m。则X=3.49MN,Y=33.18MN。后支撑点的总面积为1.0125m2,配筋总面积为0.736m2,混凝土标号为300,配筋为ϕ18mm和ϕ28mm的Ⅱ级钢筋,其许可抗剪强度为5MPa,许可抗压强度为35MPa。经计算,后支撑点承受的剪应力τ=3.45MPa<5MPa,压应力σ=32.77MPa<35MPa。因此,1#楼在爆破过程中不会出现后坐。4爆破飞石的防护拟爆大楼东、南侧近距离为修建民生广场的项目经理部及简易工棚,西侧北面为窗外挂有许多空调的机电大厦,爆破过程中必须保护空调、窗户及工棚的安全。由于待保护物离爆破部位太近,控制爆破飞石就显得特别重要,为此我们采取了如下防护措施:(1)覆盖防护。对有炮眼的部位进行3层覆盖防护,第1层为湿稻草和竹排,第2层为废地毯,第3层为钢丝网。(2)遮挡防护。在机电大厦东侧搭一高15m的防护架,架上绑有竹排,外面再挂两层帆布。这种防护由于距爆破点有一定的距离,飞石飞出后速度有所降低,所以遮挡效果较好。爆破后检查发现,防护架上的帆布有4个洞,但穿过帆布的飞石被竹排挡住,未对空调和玻璃窗造成任何损坏。(3)合理布孔和用药。立柱和预留剪力墙布2或3排梅花形炮眼。爆破参数详见表1。5爆炸安全5.1传播地震波的系数为了避免爆破震动对西楼和机电大厦的危害,采用修正的萨道夫斯基公式对爆破振动速度进行了估算:v=K′K(Q1/3/R)α式中,v为最大振动速度,cm/s;K′是与爆破条件和方法有关的系数,又称修正系数,取K′=0.25;K为传播地震波的介质系数,取K=150;Q为一次齐爆的最大药量,1#楼取Q1=6.14kg,2#楼取Q2=13.88kg;R为爆破点到被保护物的距离(垂直距离与水平距离之和),本工程选取离爆破点最近的西楼进行计算,其中1#楼取R1=22m、2#楼取R2=27m;α为地震波衰减指数,取α=1.3。经计算,1#、2#楼爆破时对西楼的最大振速分别是v1=1.48cm/s,v2=1.61cm/s,预测值均小于3cm/s,爆破震动不会对西楼及机电大厦造成损害。5.2振动速度的计算本次爆破中2#楼先向北倾倒,1#楼再向东倾倒,2#楼的爆堆可作为1#楼的缓冲层,因此只对2#楼进行触地震动校核。对于爆破体落地处地面铺有一定厚度缓冲材料情况下的楼房触地震动效应,在中国科学院力学研究所按照最不理想情况(刚性爆破体对刚性地面)确定的经验公式基础上进行修订,按照下式计算:触地振动速度:v=0.08k(I1/3/R)1.67触地冲量:I=M(2gH)1/2式中:k为减震系数,采用砂包或松土铺垫厚度达1.0～1.5m时,取0.55～0.40,本工程中预铺松土1.5m,减震系数k=0.4;R为目标点与楼房触地中心的距离,取2#楼触地中心与机电大厦的最短距离,即R=28m;M为爆破体的有效质量,由于楼房倾倒时并非自由落体,且为逐层逐次塌落,故按楼房总质量的三分之一估算,则M=2777969kg;H为楼房的重心高度,取H=22.15m;落地冲量I=57882269.8N·s。将上述参数代入计算式,得触地振动速度v=2.57m/s<3m/s。计算结果表明,采取减震措施后,楼房触地震动不会引起安全问题。5.3垫石、地基验田(1)为了减小2#楼爆破倒塌时触地冲击震动对机电大厦和西楼的影响,爆破前在预计堆碴范围内垫石碴和松土1.5m。(2)在机电大厦东侧挖一条宽1.0m、深1.5m的减震沟。在距楼房触地中心最近的机电大厦室内第1层靠近东侧外墙处布设三组测震点,测震仪显示的数据均等于或小于1.03m/s,这说明缓冲层和减震沟具有明显的减震作用,机电大厦丝毫无损。6爆破控制工程2003年7月16日下午4:30准时爆破,1#、2#楼完全按爆破设计要求倒塌。爆破后,经现场勘察,1#楼没有产生后坐,近在咫尺的西楼完好无损;机电大厦外挂空调、玻璃及附近工棚未被损坏,爆破圆满成功,爆破效果令人十分满意。爆破工程实践表明:与西楼相距仅20cm的1#楼在爆破过程中,其后坐和爆破飞石得到了有效的控制,达到了预期的效果。1#楼的爆破成功,证明了本次爆破中所确定的爆破方案以及采取的防止其出现后坐的措施是正确的。7爆破质量分析(1)在条件允许的情况下