張宇江,李 祥,2

(1.浙江省隧道工程公司, 浙江杭州 310012;2.寧波力拓爆破工程有限公司, 浙江寧波市 315318)

十九層樓房拆除爆破的震動測試及分析

張宇江1,李 祥1,2

(1.浙江省隧道工程公司, 浙江杭州 310012;2.寧波力拓爆破工程有限公司, 浙江寧波市 315318)

在19層大樓的爆破過程中,采用IDTS3850爆破振動記錄儀對爆破震動及大樓塌落震動進(jìn)行了實時監(jiān)測。測試數(shù)據(jù)表明,高層建筑物爆破拆除過程中塌落震動值遠(yuǎn)大于爆破震動值,且前者的震動速度隨距離的增加衰減較快;采用半秒延期雷管可以有效避免爆破震動的疊加。爆破地震波對遠(yuǎn)處建(構(gòu))筑物有較大影響。

拆除爆破;爆破震動;塌落震動;固有頻率

1 工程概況

1.1 待爆大樓及四周環(huán)境簡介

東陽市原吳寧鎮(zhèn)政府辦公大樓位于浙江東陽市人民路與振興路的交匯處,總占地面積1940 m2。大樓主體東側(cè)距離人民路中心線約35 m,東側(cè)通訊光纜、軍用通訊電纜等多種地下管線距爆體12 m,南側(cè)距離振興路中心線約65 m,北面25 m為國土大廈,西面10 m、南側(cè)50 m處為居民樓。因城市規(guī)劃建設(shè)需要對該辦公大樓予以拆除。

大樓分為主樓、裙樓和地下室3部分,主樓地面以上19層,總高度70.3 m,建筑總面積為16372.74 m2,主樓建筑面積約為11000 m2。主樓結(jié)構(gòu)為全剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻厚度為25 cm,以“工”字形剪力墻為主承重構(gòu)件,聯(lián)系梁為搭接構(gòu)件;東西跨度加上電梯井為7列,南北跨度加走廊為3跨,加之現(xiàn)澆樓板,使得大樓整體結(jié)構(gòu)十分堅固,抗剪抗彎能力極強(qiáng)。大樓主體西側(cè)為雙門電梯井和內(nèi)樓梯,大樓主體東側(cè)為單門電梯井和內(nèi)樓梯;主樓南、北、西為4層裙樓,屬框架結(jié)構(gòu);地下室一層建筑高度4.8 m。大樓平面環(huán)境如圖1所示。

1.2 爆破拆除方案

根據(jù)周圍環(huán)境條件,樓房倒塌方向選擇為正南方向。為控制樓房的倒塌長度和觸地震動,設(shè)計了3個爆破缺口,各缺口起爆順序為下缺口、中間缺口、上缺口。同一缺口各排剪力墻按照從南向北順序分段起爆,段與段之間各缺口之間采用半秒延期時間間隔,整個大樓共分6段爆破,總裝藥量為250㎏,其中最大一次齊爆藥量為48.1㎏。爆破缺口的位置見圖2。

圖1 周圍環(huán)境和測點位置

圖2 爆破缺口的位置

1.3 減震及其它安全技術(shù)措施

為控制爆破震動和塌落震動,保證大樓西南側(cè)居民樓和東側(cè)地下管線的安全,在爆破大樓的東面和西面分別挖了深2.3 m、寬1.8 m的減震溝,同時在減震溝靠近待爆大樓一側(cè)堆設(shè)緩沖土層并在緩沖土層上再堆設(shè)沙包,緩沖土層層高1.8 m、底寬1.5 m、頂寬1.0 m,西側(cè)減震溝距大樓7 m,東側(cè)減震溝距大樓7.5 m。為減小大樓爆破后觸地震動,分別在大樓倒塌正前方20,30,45 m處堆設(shè)3條緩沖土層,緩沖土層底寬1.5 m、頂寬1.0 m、高1.8 m,并在緩沖土層頂端堆設(shè)一層沙包,以有效降低樓房觸地時的塌落震動。同時委托東陽市建委房屋質(zhì)量檢測部門分別于爆前、爆后對被保護(hù)建筑物進(jìn)行質(zhì)量檢測和評估。

1.4 震動強(qiáng)度的實時監(jiān)測

根據(jù)業(yè)主及當(dāng)?shù)毓膊块T的要求,在采取上述安全技術(shù)措施的同時,還委托專業(yè)測試單位在被保護(hù)建筑物附近進(jìn)行震動強(qiáng)度的實時監(jiān)測,以便為房屋檢測部門提供安全評估依據(jù)。

2 測試儀器及測試方法

2.1 觀測儀器的特征

本次測試采用四川拓普測科技有限公司制造的UBOX-20016爆破振動記錄儀。UBOX-20016爆破振動記錄儀可用于現(xiàn)場爆破、振動、沖擊、噪聲等測試,并對信號進(jìn)行記錄和分析。該儀器可以檢測豎直、水平兩個方向的質(zhì)點振動速度。

本次爆破振動檢測共用檢測儀器3臺。編號分別為11-SD-06、11-SD-07、11-SD-08。檢測設(shè)備均經(jīng)過權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)檢定合格。

2.2 測點的布置

測點位置主要布置在重點被保護(hù)目標(biāo)的附近,本次爆破重點保護(hù)的目標(biāo)是距大樓西南10 m側(cè)居民樓,故在該居民樓附近布設(shè)了3個測點(見圖1中的1#、2#、3#測點),3個測點距大樓的距離分別為58,60,62 m。圖1中虛線為減震溝位置。

3 測試結(jié)果及分析

3.1 測試結(jié)果

根據(jù)振動記錄儀記錄的振動波形(見圖3),通過波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,得到表1所示的測試結(jié)果。

震動造成建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)損壞,除建筑物本身的原因外,其主要因素取決于震動的幅值、頻率、持續(xù)時間等。在我國的爆破安全規(guī)程中一般以質(zhì)點振動速度作為安全校核依據(jù),但目前振速-頻率也已經(jīng)作為震動安全評估的指標(biāo)而被許多國家采用,也引起國內(nèi)外爆破界科技人員的重視。下面就本次爆破的震動測試報告數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖3 各測點振動波形

表1 測試數(shù)據(jù)

3.2 測試數(shù)據(jù)分析

塌落震動:

V＝0.08(I1/3/R)1.67

I＝Mv

v＝(2gh)1/2

式中:

V——塌落振動速度,cm/s;

R——測點距爆體中心距離,m;

M——塌落物體質(zhì)量,kg;

v——塌落物體觸地速度,m/s;

h——塌落物體重心高度,m。

計算得V＝2.02 cm/s。

由于采用了逐排、逐缺口延期爆破方案,大樓前、后4排立柱先后觸地(不是同時);上兩個爆破缺口形成后大樓將“低頭、彎腰”,即部分自由落體勢能將轉(zhuǎn)化為大樓結(jié)構(gòu)解體的內(nèi)能,因此塌落震動的強(qiáng)度將小于理論計算值(大樓整體的自由落體沖擊地面)。

爆破震動:

V＝50(Q1/3/R)1.67＝50(481/3/60)1.67＝0.46 cm/s

式中:V——爆破振動,cm/s;

Q——單段最大起爆藥量,kg;

R——測點距爆體中心距離,m。

經(jīng)減震溝衰減之后,無論是爆破震動,還是塌落震動,均已顯著減少;尤其是緩沖層的作用,使塌落震動進(jìn)一步減少,兩者已相差無幾。

監(jiān)測結(jié)果表明,3個測點在震動測試過程中都出現(xiàn)了3個振幅峰值,第一個信號即第1波峰值是炸藥起爆后引起的爆破振動,第2波峰值是大樓起爆后本體垂直下落觸地振動,第3波峰值是大樓上缺口閉和著地時的振動,也就是爆體的塌落振動。第1波峰值與第2波峰值之間所持續(xù)的時間即為大樓起爆到大樓本體垂直下落著地的時間,約為2.7 s,而樓房前端觸地后,上端未爆部分仍以此為支點繼續(xù)向前倒塌,直到上部分完全倒塌,大約在6.1 s時大樓上缺口著地,即爆破缺口閉合時的塌落震動,因此樓房倒塌完全時間應(yīng)稍大于該值。

測量數(shù)據(jù)顯示,爆破震動明顯小于爆體塌落震動。對于1#測點垂向最大振動速度的3次峰值、振動持續(xù)時間以及兩波峰時間間隔都有別于2#、3#測點,主要原因可能與測點所處位置地質(zhì)地層有關(guān)。2#、3#測點3個波峰振幅值按照一定的遞減規(guī)律有明顯變化,說明爆破地震波隨距離增大而衰減,由于2#、3#兩個測點距爆體中心的距離差別不是很大,所以各測點波峰值以及爆破震動和塌落震動衰減數(shù)據(jù)比較接近。在周圍地質(zhì)條件基本相同的情況下,爆破地震波的最大值主要由最大一次齊爆藥量決定,本次爆破最大一次齊爆藥量就是下缺口第一段裝藥量。

通過分析可以看出樓房拆除爆破時,爆破振動幅值較小,在同一測點的塌落振動幅值大。從實測的振動速度曲線分析,樓房倒塌觸地時,其振動速度幅值最大。因此塌落的震動強(qiáng)度對臨近建筑物的影響應(yīng)引起足夠的重視,在一定距離以外,震動強(qiáng)度將很快衰減。對于兩層結(jié)構(gòu)的民房來說,其固有頻率為4～12 Hz,可見爆破地震波譜中低頻成分與建(構(gòu))筑物的固有頻率較為接近,容易產(chǎn)生共振。因此,低頻對建筑物危害較大,爆破測試中應(yīng)盡量減少低頻測試誤差。

4 結(jié)束語

工程爆破地震效應(yīng)對建(構(gòu))筑物的安全評價,不僅要考慮振動速度的安全指標(biāo),同時也應(yīng)該注重振動的頻率因素。本次19層全剪力墻樓房拆除爆破中的爆破振動和塌落振動實測數(shù)據(jù)分析表明:

(1)對于爆破地震,它的地震波形是非周期的瞬態(tài)波形,頻率高(達(dá)數(shù)十至上百赫茲)、持續(xù)時間較短,大樓傾倒觸地引起的振動波其幅值大、頻率低(幾赫茲至十幾赫茲)、持續(xù)時間較長,相比較而言,高聳建筑物爆破拆除時,塌落震動比爆破震動對四周環(huán)境的影響或危害要大得多,故在爆破設(shè)計方案中,更應(yīng)注意對塌落震動的控制,應(yīng)在爆破設(shè)計和輔助安全措施的結(jié)合上,盡可能減少或消除塌落的危害;

(2)采用半秒延期時間間隔爆破的技術(shù)措施,可避免爆破震動的疊加,從而有效地控制爆破震動的危害。

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2012-03-08)

張宇江(1978-),男,浙江諸暨市人,工程師,主要從事隧道施工、爆破施工、地災(zāi)治理的研究工作。