大型框剪結(jié)構(gòu)爆破拆除的安全監(jiān)測與分析

大型框剪結(jié)構(gòu)爆破拆除的安全監(jiān)測與分析

與人工或機(jī)械拆除相比，爆炸拆除具有快速、高效、降低成本等特點。尤其是在城市建筑密集地區(qū)的大型建筑垃圾中，其優(yōu)點是更為顯著的。但爆破作業(yè)引起的大地震動,波及周圍建筑物,影響建筑物安全并帶來令人不快的震感,甚至造成爆破災(zāi)害性事故。爆破地震動又是無法消除且有害效應(yīng)中最嚴(yán)重的,因此爆破中的地震動監(jiān)測及周邊臨近建筑物監(jiān)測具有重要的意義。1大樓主副樓爆破處理東風(fēng)東路17號辦公大樓位于昆明市主城區(qū)中心地帶,周邊與之相鄰的是白塔花園住宅小區(qū)、昆明市中醫(yī)院、建工大廈、郵電大樓、金格購物中心、昆明市軌道交通2號線和茶花公園等住宅、醫(yī)院、商業(yè)商務(wù)及行政辦公樓,均屬需要重點保護(hù)的建筑設(shè)施。待拆辦公大樓共22層,樓房東西長50m,南北寬33m,樓層高72.45m,樓房頂部設(shè)備層離地高82.65m。樓房整體為框架剪力墻結(jié)構(gòu),面積約30000m2,辦公樓主體采取爆破拆除,選擇朝北面的東風(fēng)東路方向倒塌。爆破拆除工程實施前,通過爆破法、人工法和機(jī)械法等措施,已分別對主體爆破3個切口內(nèi)高強(qiáng)度的剪力墻體與立柱、強(qiáng)度不高的門窗、樓梯踏步、磚墻隔斷以及樓房底部強(qiáng)度高的首層及2層電梯井剪力墻等對象進(jìn)行了預(yù)處理。主樓爆破的裝藥總孔數(shù)為5600個,使用炸藥總量860kg,雷管6200發(fā)。最大一段齊爆藥量為27.84kg。通過采用切口之間微差延期,沒有同段雷管疊加,從第1響至最后1響歷時3.5s。2地震試驗的內(nèi)容、條件和方法2.1辦公大樓爆破振動的監(jiān)測分別在待拆建筑的周圍需重點監(jiān)測的市中醫(yī)院三號樓、建工大廈、電信大樓金格購物中心、茶花公園石房子以及白塔花園住宅樓等的地面布設(shè)地震儀,對辦公大樓爆破拆除產(chǎn)生的振動進(jìn)行監(jiān)測。在白塔花園方向布設(shè)測線,觀測辦公樓爆破拆除時地面振動隨距離的衰減情況。2.2錯沉積三角洲昆明市東風(fēng)東路17號辦公樓位于昆明斷陷盆地北部、龍頭街—九甲—晉寧凹陷帶內(nèi),地貌單元為河湖交錯沉積三角洲平原,場點及附近為第四系河湖交錯相堆積,松散層總厚度約150m。待拆辦公樓房(即振源處)及其周邊圍繞保護(hù)建筑,均位于盆地河湖交錯三角洲平原上,觀測區(qū)域地形平坦,各測點基本處于同一高程內(nèi),待拆辦公大樓(振源)與周邊保護(hù)對象及布設(shè)振動檢測點之間有人工開挖減振溝相隔。2.3強(qiáng)震動儀測量設(shè)備本次觀測的振動測試系統(tǒng),采用17臺美國Kinematics公司生產(chǎn)的K2型、Etna型智能數(shù)字強(qiáng)震動儀。儀器觀測時可選擇自動或人工觸發(fā),以及定時觸發(fā)與定記錄長度等多種方式。根據(jù)此次爆破拆除特點及爆破現(xiàn)場要求,檢測儀器采用了閾值觸發(fā)、連續(xù)記錄或定長度記錄的方式。2.4城市軌道交通建筑設(shè)施此次爆破拆除振動觀測的對象為分布在17號辦公大樓周邊的住宅、醫(yī)院、商業(yè)商務(wù)及行政辦公樓等建筑設(shè)施。具體包括待拆樓南面的白塔花園住宅小區(qū)、萬壽巷15號及19號小區(qū)、海關(guān)宿舍區(qū),東面的昆明市中醫(yī)院,北面的建工大廈、郵電大樓、西面的金格購物中心、茶花公園石房子以及昆明市軌道交通2號線等需要重點保護(hù)的建筑設(shè)施。布設(shè)了3條測線、4個零散建筑共計17個測點。測點及測線布置情況見圖1。3地震試驗結(jié)果的處理和分析3.1爆破振動的地面試驗共獲取了17個觀測點共計48條地面振動時程加速度記錄,加速度記錄經(jīng)一次積分,可得到地面振動的速度時程。表1給出的是距離最近的測線1的地震動測試數(shù)據(jù)。由表1可見,此次觀測記錄到的最大水平向峰值加速度是74.3cm/s2、最大垂直向峰值加速度為54.4cm/s2,均出現(xiàn)在離振源最近的測點A1上,即白塔住宅小區(qū)北側(cè)自行車棚自由地面。最大峰值速度為2.13cm/s,亦出現(xiàn)在測點A1的垂直向記錄上。此次拆除爆破所使用的藥包數(shù)量比較多(5600個裝藥孔),布設(shè)比較分散,單孔藥量比較小,且藥包一般都布置在承重的剪力墻和柱上,爆破產(chǎn)生的振動是通過建筑物的墻和柱傳到基礎(chǔ)后再傳到地面的,此次藥孔炸藥起爆實際起爆總時長(即從爆破第1響至最后1響的時間)為3.5s。第1切口起爆后,樓房在倒塌過程中,切口之間首先會擠壓碰撞,產(chǎn)生的振動會與其后的炸藥爆破振動疊加。從離爆破中心最近的測點—測線一A1測點的地面振動記錄中,仍可從記錄頭端中截取爆破振動記錄,記錄的最大峰值加速度值為4.1cm/s2(水平向)、最大峰值速度為0.12cm/s(垂直向),分別僅為該測點振動記錄的峰值加速度的5.5%和峰值速度的5.6%。也就是說,此次爆破拆除產(chǎn)生的地面振動為辦公大樓倒塌觸地所主導(dǎo)。表1中第2列標(biāo)出的是建筑物倒塌振源距,旨在強(qiáng)調(diào)這一點。3.2振動加速度、速度時間曲線和功率譜的圖對原始加速度記錄進(jìn)行校正,計算加速度時程、速度時程和功率譜等,繪制出加速度時程曲線、速度時程曲線以及功率譜圖,見圖2。3.3振動強(qiáng)度測定結(jié)果分析(1)振動記錄特征,從記錄波形來看,此次爆破拆除的地面振動具有如下一些特征:①振幅特征:此次爆破拆除產(chǎn)生的地面振動的振幅,具有脈沖型高峰值、次大峰值多次出現(xiàn)的形式,當(dāng)震源距變大時,此特征尤為明顯。②頻率特征:辦公大樓倒塌墜地產(chǎn)生的地面振動主頻以中低頻成分為主,絕大多集中在2~5Hz間,與建筑物自振頻率范圍相近,而該測點前端記錄的炸藥爆破產(chǎn)生的振動主頻水平向為54Hz,垂直向為54Hz,即在震源附近,結(jié)構(gòu)體墜地產(chǎn)生的振動主頻遠(yuǎn)低于爆破產(chǎn)生的振動主頻。③持續(xù)時間:各測點記錄到的地面有效振動持續(xù)時間在10s左右,與倒塌過程的時長相對應(yīng),另外,各測點振動的持續(xù)時間隨震源距的大小也會呈現(xiàn)出一些差異,震源距大,有效持續(xù)時間相對會變長些,同時,在離震源較遠(yuǎn)處(昆明黑龍?zhí)兜卣鹋_),一些面波震相會出現(xiàn),也會使有效振動持續(xù)時間變長些(圖3),據(jù)云南省地震局黑龍?zhí)痘鶞?zhǔn)地震臺測定,這次爆破及大樓倒塌產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1.9級地震。(2)振動強(qiáng)度地面分布及衰減特征,以測線一為例,該測線也是此次檢測方案中確定的地面振動衰減觀測測線。可看出,該測線記錄到的最大水平向峰值加速度是74.3cm/s2、垂直向最大峰值加速度為54.4cm/s2均出現(xiàn)在離振源最近的測點A1上;最大峰值速度為2.13cm/s,亦出現(xiàn)在測點A1的垂直向記錄上。隨著震源距的加大,地面振動加速度峰值或速度峰值逐漸減小,到測點A6時,加速度峰值減小到10cm/s2左右,峰值速度減小到0.5cm/s左右。該測線各測點的三分向峰值加速度記錄,除A1測點以外,主要以垂直向為大;而峰值速度,均以垂直向為大。這體現(xiàn)了在大質(zhì)量倒塌觸地的近場范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)體倒塌產(chǎn)生的振動在地面的傳播特征。(3)爆破拆除地震動影響分析,現(xiàn)行國標(biāo)沒有建構(gòu)筑物倒塌時沖擊地表產(chǎn)生的振動安全速度標(biāo)準(zhǔn),參照《中國地震烈度表》(GB/T17742—2008)及《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2011)中的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)對保護(hù)對象地面振速進(jìn)行評價。表2給出了此次爆破拆除測線一各測點記錄到的地面振動強(qiáng)度與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比情況。從表2中可以看出:實測振動速度與按照《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2011)13.2.4條計算得到的各測點振速值較小,此次觀測獲取各觀測點處的地面振動速度均在國標(biāo)允許范圍內(nèi)。需要指出的國標(biāo)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2011)給出的安全振速并非是建構(gòu)筑物墜地沖擊振動的安全允許標(biāo)準(zhǔn),所以在比較判據(jù)時,存在一定的局限性。4工作內(nèi)容的確定由爆破點所在地理位置分析可知,周邊存在大量老舊建筑、新建建筑、保護(hù)性建筑,各種類型的建筑結(jié)構(gòu)又存在各種形式的淺埋或者深埋的基礎(chǔ)形式。基于各種結(jié)構(gòu)類型對地震動相應(yīng)的差異及敏感性不同,為明確地震動對臨近建筑的實際影響,應(yīng)采取一定的方法對臨近建筑物進(jìn)行監(jiān)測,為完善爆破拆除對周邊環(huán)境的影響分析及糾紛鑒定提供輔助數(shù)據(jù)。通過對爆破工程實施前后建筑物的裂縫、垂直度偏差變化情況,來判斷爆破對周邊建筑物的影響情況,并就影響情況對房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響程度做出分析。以首次監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)依據(jù),爆破后監(jiān)測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、分析,判定監(jiān)測過程中各項參數(shù)的變化情況。本次臨近建筑的監(jiān)測內(nèi)容主要為:(1)房屋裂縫及周邊地坪情況:掌握房屋有無新增裂縫、現(xiàn)狀裂縫的變化情況,并明確裂縫對房屋結(jié)構(gòu)安全的影響。(2)房屋垂直度偏差情況:掌握房屋在爆破前后是否存是否發(fā)生沉降、傾斜等情況。爆破結(jié)束后情況描述:在爆破完成后,除中醫(yī)院1#、2#住院樓、建工大廈及中國電信4#樓部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)或窗戶出現(xiàn)新的輕微變形外,其他房屋情況正常。5振動頻率分析(1)辦公大樓倒塌墜地產(chǎn)生的地面振動主頻以中低頻為主,大多集中在2~5Hz間,而測線一的測點A1處記錄的炸藥爆破產(chǎn)生的振動主頻水平向為54Hz,垂直向為53Hz,即在震源附近,結(jié)構(gòu)體墜地產(chǎn)生的振動主頻遠(yuǎn)低于爆破產(chǎn)生的振動主頻,且前者與周邊建筑物自振頻率較為接近,所以爆破拆除工作中應(yīng)加強(qiáng)對建筑物墜地引起的振動的振速、頻譜對結(jié)