高層廠房爆破拆除技術(shù)

高層廠房爆破拆除技術(shù)

1東、西樓為了建設(shè)民生廣場和民族大道西部的延長線，南寧需要拆除運輸大樓。該大廈由東、西兩部分組成,分別稱為東樓(9～21軸)和西樓(1～8軸),東西兩樓相互獨立,中間無任何聯(lián)結(jié),但距離僅有20cm。西樓暫時不拆除,需進行保護,本次爆破拆除對象為東樓。1.1鋼筋形狀及結(jié)構(gòu)東樓是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑物,兩側(cè)均有剪力墻,有3個樓梯間,共有14層(包括1層地下室),高44.3m,東側(cè)樓梯間頂部高47.5m,東樓長47m、寬17m,建筑面積為11188.4m2。立柱規(guī)格有三種:K軸,45cm×60cm,主筋為8?18;F軸,45cm×90cm,主筋為16?28;D軸,45cm×75cm,主筋為8?18。剪力墻厚25cm,布兩層鋼筋網(wǎng),其尺寸為15cm×15cm。鋼筋直徑為?10mm。樓房結(jié)構(gòu)詳見圖1。東樓東側(cè)距簡易工棚最近處僅20m;南側(cè)緊靠江濱路(該路現(xiàn)已封閉,作為修建民生廣場的項目經(jīng)理部及建筑材料堆放地),31m處為邕江防洪堤;西側(cè)20cm為西樓,該樓緊鄰機電大廈,距離僅15cm;北側(cè)40m為圍墻,其與東樓之間是空地(停車場),墻外是當(dāng)陽街;東樓西側(cè)北面與機電大廈最近處距離僅10m,東樓與機電大廈之間的夾角為61°。周圍環(huán)境如圖2所示。1.2樓地面結(jié)構(gòu)的破壞(1)必須保證東樓爆破倒塌時不對西樓及機電大廈的樓房結(jié)構(gòu)造成任何損壞。(2)嚴(yán)格控制爆破飛石和爆破、觸地震動,不能損壞西樓和機電大廈的樓房結(jié)構(gòu)及室內(nèi)室外的各種設(shè)備和設(shè)施。2爆炸設(shè)備和工程難點2.1東樓人工預(yù)處理根據(jù)東樓周圍環(huán)境,只有北面有40余米的空地供其傾倒。由于東樓西側(cè)北面近處有待保護的機電大廈,所以不能使東樓一次向北定向倒塌。結(jié)合工程要求,經(jīng)綜合分析后,決定對東樓進行人工預(yù)處理,即在12～13軸之間,從上而下將該跨東西向縱梁和現(xiàn)澆樓板全部切斷,使東樓分為兩棟相互獨立的樓房,9～12軸稱為1#樓,13～21軸稱為2#樓。對這兩棟樓同時進行定向控制爆破,使2#樓先向北傾倒,1#樓再向東傾倒。2.2項目困難本次爆破工程的難點主要有:①樓房爆破倒塌時后坐的控制;②爆破飛石的控制;③爆破震動及高層樓房倒塌過程中觸地震動的防治。3控制后部3.1爆破后固定支撐的強度建筑物爆破倒塌過程中一般都伴有與倒塌方向相反的后坐作用。爆破后在建筑物向設(shè)計方向倒塌的前期,后支撐點將承受整棟建筑物的重力及其傾覆力矩的作用,因此,后支撐點的支撐強度決定了定向倒塌的成敗。建筑物爆破后繞后支撐點轉(zhuǎn)動時,可以通過文獻(xiàn)提供的公式計算出后支撐點所承受的支座反力,由該公式還可看出:建筑物只有轉(zhuǎn)動了一定的轉(zhuǎn)角后,支座反力才會達(dá)到最大。后支撐點的強度必須能承受住計算所得支座反力的作用,才能保證建筑物定向倒塌,不出現(xiàn)后坐。本次拆除爆破中,與1#樓相距僅20cm且正在使用的西樓是重點保護對象。1#樓爆破過程中對西樓威脅最大的是出現(xiàn)后坐?；谝陨戏治?為了防止1#樓后坐,我們采取了以下措施。3.1.1爆破切口的布置在定向拆除爆破中,常規(guī)的做法是將后支撐點定在倒塌方向的最后一排立柱,由于1#樓爆破倒塌方向的最后一排立柱與待保護的西樓之間僅有20cm的距離,倒塌過程中即使出現(xiàn)很小的后坐也會損壞西樓,造成不可估量的損失,故將后支撐點前移一跨(定在10軸上),使爆破切口呈“√”形,詳見圖3。這樣,1#樓在轉(zhuǎn)過一定的角度、支座反力達(dá)到最大時,即使產(chǎn)生一定的后坐也不會損害西樓。3.1.2軸上起爆的爆破參數(shù)設(shè)定(1)在第三層9軸上的剪力墻的兩側(cè)及中間,分別預(yù)留高2.5m、寬1.0m的剪力墻,用風(fēng)鎬在預(yù)留剪力墻的兩側(cè)和距樓板2.5m處打鑿高(寬)25cm、適當(dāng)長度的切口,暴露的鋼筋用氧氣割斷,分割后的剪力墻不推倒,預(yù)留的剪力墻與10軸上的立柱同時起爆。這樣處理后,在1#樓倒塌前期,分割后未推倒的剪力墻對其具有支撐作用,使其穩(wěn)定地繞10軸上的支撐點轉(zhuǎn)動,避免在樓體倒塌前期出現(xiàn)后坐,損壞西樓。(2)1#、2#樓每層有多面剪力墻,對位于爆破切口內(nèi)的每面剪力墻進行預(yù)削弱。預(yù)削弱后,保留的墻體必須能保證大樓仍然穩(wěn)定,以確保施工的安全。經(jīng)認(rèn)真分析、綜合考慮后,決定在20軸兩側(cè)和中間均留高2.5m、寬1.0m的墻體。在預(yù)留剪力墻之間及F軸上的剪力墻的上、下、左、右各鑿兩排梅花形淺眼,裝少量炸藥爆破,爆破后用風(fēng)鎬稍加處理使鋼筋暴露,最后用氧氣割斷鋼筋,并將剪力墻推倒。在預(yù)留墻體上按梅花狀布3排眼,與相應(yīng)軸上立柱中的炮眼同時起爆,爆破參數(shù)見表1。(3)1#、2#樓共有3座樓梯,爆破前將位于爆破切口內(nèi)的樓梯全部打掉。3.1.3通過破碎滑動本次爆破中對1#樓后支撐點施爆部位選用較小的炸藥單耗,能保證立柱根部50cm破碎松動以形成活動鉸即可,不必使混凝土全部拋出鋼筋籠。這樣,爆破后后支撐點既能形成鉸支點,使其在拉力和傾覆力矩的作用下能向東傾倒,又讓其具有一定的承載能力,不會因樓房下坐太多、太快而發(fā)生后坐或意外偏斜,從而損壞西樓。3.1.4對爆破法本次爆破拆除的大樓為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu),其整體性好,剛度大,為使其能順利倒塌并在倒塌時充分解體,根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和爆破工程實踐,決定對1#、2#樓選取較大的炸高:1#樓取第3、4層,2#樓取第1、2層。1#樓的爆破部位比2#樓高一層,其目的是避免2#樓的爆堆對1#樓的倒塌產(chǎn)生反向支撐作用。3.1.5管之間的剪力墻根據(jù)定向倒塌的要求,同時為了減小爆破震動,將1#、2#樓各分為3個爆破時段。1#樓采用半秒差導(dǎo)爆管雷管:11、12軸分別采用HS-7、HS-6,9軸上的剪力墻和10軸上的立柱均采用HS-8。2#樓采用毫秒差導(dǎo)爆管雷管;K、D、F軸上的立柱和剪力墻分別采用MS-1、MS-3和MS-9。采用分級簇聯(lián)的方式進行網(wǎng)路聯(lián)接,主爆雷管為非電毫秒差和半秒差導(dǎo)爆管雷管,傳爆雷管采用非電瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管,最后用2發(fā)電雷管引爆。3.2擬爆大樓質(zhì)心計算為了預(yù)測1#樓在倒塌過程中是否會產(chǎn)生后坐,爆破前對其后支撐點的支撐強度進行了校核。首先求出支座反力,根據(jù)文獻(xiàn)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為支座反力在水平方向的分力;Y為支座反力在垂直方向的分力;P為擬爆大樓自重,取P=33.61MN;rc為大樓質(zhì)心距支撐點的距離,取rc=16.5m;?0為質(zhì)心初始轉(zhuǎn)角,取?0=6.9°;a為擬爆大樓長度,取a=17m;b為擬爆大樓寬度,取b=14m。則X=3.49MN,Y=33.18MN。后支撐點的總面積為1.0125m2,配筋總面積為0.736m2,混凝土標(biāo)號為300,配筋為?18mm和?28mm的Ⅱ級鋼筋,其許可抗剪強度為5MPa,許可抗壓強度為35MPa。經(jīng)計算,后支撐點承受的剪應(yīng)力τ=3.45MPa<5MPa,壓應(yīng)力σ=32.77MPa<35MPa。因此,1#樓在爆破過程中不會出現(xiàn)后坐。4爆破飛石的防護擬爆大樓東、南側(cè)近距離為修建民生廣場的項目經(jīng)理部及簡易工棚,西側(cè)北面為窗外掛有許多空調(diào)的機電大廈,爆破過程中必須保護空調(diào)、窗戶及工棚的安全。由于待保護物離爆破部位太近,控制爆破飛石就顯得特別重要,為此我們采取了如下防護措施:(1)覆蓋防護。對有炮眼的部位進行3層覆蓋防護,第1層為濕稻草和竹排,第2層為廢地毯,第3層為鋼絲網(wǎng)。(2)遮擋防護。在機電大廈東側(cè)搭一高15m的防護架,架上綁有竹排,外面再掛兩層帆布。這種防護由于距爆破點有一定的距離,飛石飛出后速度有所降低,所以遮擋效果較好。爆破后檢查發(fā)現(xiàn),防護架上的帆布有4個洞,但穿過帆布的飛石被竹排擋住,未對空調(diào)和玻璃窗造成任何損壞。(3)合理布孔和用藥。立柱和預(yù)留剪力墻布2或3排梅花形炮眼。爆破參數(shù)詳見表1。5爆炸安全5.1傳播地震波的系數(shù)為了避免爆破震動對西樓和機電大廈的危害,采用修正的薩道夫斯基公式對爆破振動速度進行了估算:v=K′K(Q1/3/R)α式中,v為最大振動速度,cm/s;K′是與爆破條件和方法有關(guān)的系數(shù),又稱修正系數(shù),取K′=0.25;K為傳播地震波的介質(zhì)系數(shù),取K=150;Q為一次齊爆的最大藥量,1#樓取Q1=6.14kg,2#樓取Q2=13.88kg;R為爆破點到被保護物的距離(垂直距離與水平距離之和),本工程選取離爆破點最近的西樓進行計算,其中1#樓取R1=22m、2#樓取R2=27m;α為地震波衰減指數(shù),取α=1.3。經(jīng)計算,1#、2#樓爆破時對西樓的最大振速分別是v1=1.48cm/s,v2=1.61cm/s,預(yù)測值均小于3cm/s,爆破震動不會對西樓及機電大廈造成損害。5.2振動速度的計算本次爆破中2#樓先向北傾倒,1#樓再向東傾倒,2#樓的爆堆可作為1#樓的緩沖層,因此只對2#樓進行觸地震動校核。對于爆破體落地處地面鋪有一定厚度緩沖材料情況下的樓房觸地震動效應(yīng),在中國科學(xué)院力學(xué)研究所按照最不理想情況(剛性爆破體對剛性地面)確定的經(jīng)驗公式基礎(chǔ)上進行修訂,按照下式計算:觸地振動速度:v=0.08k(I1/3/R)1.67觸地沖量:I=M(2gH)1/2式中:k為減震系數(shù),采用砂包或松土鋪墊厚度達(dá)1.0～1.5m時,取0.55～0.40,本工程中預(yù)鋪松土1.5m,減震系數(shù)k=0.4;R為目標(biāo)點與樓房觸地中心的距離,取2#樓觸地中心與機電大廈的最短距離,即R=28m;M為爆破體的有效質(zhì)量,由于樓房傾倒時并非自由落體,且為逐層逐次塌落,故按樓房總質(zhì)量的三分之一估算,則M=2777969kg;H為樓房的重心高度,取H=22.15m;落地沖量I=57882269.8N·s。將上述參數(shù)代入計算式,得觸地振動速度v=2.57m/s<3m/s。計算結(jié)果表明,采取減震措施后,樓房觸地震動不會引起安全問題。5.3墊石、地基驗田(1)為了減小2#樓爆破倒塌時觸地沖擊震動對機電大廈和西樓的影響,爆破前在預(yù)計堆碴范圍內(nèi)墊石碴和松土1.5m。(2)在機電大廈東側(cè)挖一條寬1.0m、深1.5m的減震溝。在距樓房觸地中心最近的機電大廈室內(nèi)第1層靠近東側(cè)外墻處布設(shè)三組測震點,測震儀顯示的數(shù)據(jù)均等于或小于1.03m/s,這說明緩沖層和減震溝具有明顯的減震作用,機電大廈絲毫無損。6爆破控制工程2003年7月16日下午4:30準(zhǔn)時爆破,1#、2#樓完全按爆破設(shè)計要求倒塌。爆破后,經(jīng)現(xiàn)場勘察,1#樓沒有產(chǎn)生后坐,近在咫尺的西樓完好無損;機電大廈外掛空調(diào)、玻璃及附近工棚未被損壞,爆破圓滿成功,爆破效果令人十分滿意。爆破工程實踐表明:與西樓相距僅20cm的1#樓在爆破過程中,其后坐和爆破飛石得到了有效的控制,達(dá)到了預(yù)期的效果。1#樓的爆破成功,證明了本次爆破中所確定的爆破方案以及采取的防止其出現(xiàn)后坐的措施是正確的。7爆破質(zhì)量分析(1)在條件允許的情況下