羅 偉,王明明,劉治兵

(1.深圳市地健工程爆破有限公司,廣東 深圳518040;2.深圳市城投爆破工程有限公司,廣東 深圳518040;3.中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司,安徽 淮北235000)

1 工程概況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某大學(xué)科研教學(xué)服務(wù)中心樓原為社區(qū)的行政樓,根據(jù)規(guī)劃需要,須進(jìn)行拆除。 由于樓房高度較高,用人工和機(jī)械的方法拆除危險(xiǎn)性大,為確保安全,決定對(duì)其采用定向控制爆破的方法予以拆除。

待拆樓為11 層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),高度約45 m,建筑面積約8 200 m2,如圖1 所示。 樓房呈西北-東南走向,設(shè)有2 個(gè)樓梯間和1 個(gè)電梯井,長(zhǎng)度為39.8 m,5 跨6 排立柱;寬度為20 m,2 跨3 排立柱,主要立柱截面尺寸為65 cm×105 cm,配筋不詳,平面結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 待拆樓側(cè)面照

圖2 待拆樓平面結(jié)構(gòu)

待拆樓東南側(cè)為學(xué)苑大道,距離學(xué)苑大道主道105 m,距離學(xué)苑大道一側(cè)的居民樓135 m;西南側(cè)為校園內(nèi)綠化用地,西北側(cè)為行政樓,距離110 m;東北側(cè)為空地,東側(cè)為教工樓,距離92 m。 周邊環(huán)境如圖3 所示。

圖3 待拆樓周邊環(huán)境

2 總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)待拆樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、周邊環(huán)境及業(yè)主對(duì)工程施工的安全要求,對(duì)爆破方案的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性進(jìn)行了評(píng)估與分析,決定采用定向控制爆破技術(shù)予以拆除,對(duì)室內(nèi)影響倒塌的樓梯、電梯井、轉(zhuǎn)角等部位進(jìn)行預(yù)拆除,樓房倒塌方向確定為東北方向。

3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 爆破缺口高度

爆破缺口形式采用“三角形缺口”形式,通過倒塌角理論計(jì)算傾覆解體的缺口高度,計(jì)算公式為:

式中:H1為爆破缺口高度,m;L為建筑結(jié)構(gòu)倒塌方向?qū)挾?m,現(xiàn)場(chǎng)勘查L(zhǎng)=20 m;α為倒塌角,一般取25° ～40°。

樓房為框架結(jié)構(gòu),整體性好,考慮施工安全、方便和保證建筑物充分解體,選取較大的倒塌角34°。經(jīng)計(jì)算,缺口高度為H1=13.50 m,即爆破3.5 層。爆破缺口如圖4 所示。

圖4 爆破3.5 層的爆破缺口

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

1)炮孔參數(shù)

最小抵抗線W:立柱短邊長(zhǎng)65 cm,取W=32.5 cm;

炮孔間距a:a=(1.0 ～2.0)W,取a=40 cm;

炮孔深度L:L=(0.58 ～0.8)B=45 ～70 cm;

2)單孔裝藥量計(jì)算公式[1]為:

式中:q為單孔裝藥量;K為單位體積用藥量系數(shù)(單耗);a為炮孔間距;b為炮孔排距;H為構(gòu)件的破壞高度。

根據(jù)以上公式和現(xiàn)場(chǎng)試爆效果,前排和中間排立柱炸藥單耗選用1 000 g/m3,后排立柱選用800 g/m3。 樓房一層到三層中間4 柱布置2 排孔,其他為單排孔,且一層后排柱子采取減弱爆破,具體參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)

4 起爆網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路采用電-非電起爆網(wǎng)路,孔內(nèi)全部采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管,按倒塌方向設(shè)計(jì)延期時(shí)間,前排柱采用MS-3 段雷管,中間排柱采用MS-5段雷管,后排柱采用MS-9 段雷管,孔外采用MS-1段雷管傳爆。 孔內(nèi)雷管與孔外傳爆雷管采用簇聯(lián),毎組捆綁2 發(fā)導(dǎo)爆管雷管。 各樓層先進(jìn)行分區(qū),各區(qū)獨(dú)立連接成復(fù)式交叉網(wǎng)路,再接入2 發(fā)電雷管引爆。 起爆網(wǎng)路如圖5 所示。

圖5 起爆網(wǎng)路

5 安全核算

5.1 振動(dòng)驗(yàn)算

1)爆破振動(dòng)采用下式計(jì)算:

式中:V為質(zhì)點(diǎn)爆破允許振動(dòng)速度,cm/s;Q為單段最大藥量,kg;R為保護(hù)物與爆破中心的距離,m;K為與地震波傳播地段巖土特性等有關(guān)的系數(shù),取200;α為地震波衰減指數(shù),取1.8;K′為高差系數(shù),取0.4;K″為離散系數(shù),取0.7。

樓房爆破拆除時(shí)單段最大藥量為38.13 kg,代入式(3)計(jì)算,距離92 m 的教工樓爆破允許振動(dòng)速度為0.145 3 cm/s,距離50 m 處的地面爆破允許振動(dòng)速度為0.435 3 cm/s。

2)觸地塌落振動(dòng)

樓房整體倒塌,產(chǎn)生的塌落振動(dòng)強(qiáng)度最大,觸地塌落振動(dòng)速度利用式(4)[2]計(jì)算:

式中:v1為塌落引起的振動(dòng)速度,cm/s;M為下落建筑物的質(zhì)量,取2 800 t;H為建筑物的重心高度,m,取15 m;g為重力加速度,9.8 m/s2;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,MPa,一般取10 MPa;R為觀測(cè)點(diǎn)到?jīng)_擊地面中心的距離,m,取40 m;kt,β分別為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù),取kt=3.37,β=-1.66。

經(jīng)計(jì)算,在爆破正前方50 m 處v1=0.94 cm/s,實(shí)際測(cè)試,測(cè)得的爆破最大振動(dòng)速度為0.873 7 cm/s,與爆破驗(yàn)算值0.94 cm/s 相接近,均小于安全允許振動(dòng)速度1.0 cm/s,符合GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的要求。 爆破振動(dòng)速度測(cè)試的具體數(shù)據(jù)見表2,爆破振動(dòng)波形如圖6 所示。

表2 爆破振動(dòng)速度測(cè)試數(shù)據(jù)

圖6 爆破振動(dòng)波形

5.2 爆破飛石安全距離計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[3-4],爆破飛石安全距離S采用式(4)計(jì)算。

式中,V為飛石初始飛行速度。 控制爆破中,當(dāng)爆破作用指數(shù)為1 時(shí),V取20 m/s,則S=40 m。

爆破飛石方向不確定,為防止飛石造成事故,實(shí)際施工時(shí),柱子四周采用竹夾板包裹防護(hù),且在樓房的東西側(cè)和北側(cè)(爆破切口處)搭設(shè)防護(hù)排架,排架采用雙層竹夾板,距離墻體15 ～20 cm,內(nèi)側(cè)掛竹笆,外側(cè)掛密目網(wǎng)。 起爆時(shí),人員及車輛均撤離至100 m 范圍以外[5-8]。

6 結(jié)語

起爆后,樓房倒塌方向與設(shè)計(jì)方向一致,并充分解體,達(dá)到了預(yù)期效果。 如圖7 所示。

圖7 爆破后樓房倒塌

樓房爆破拆除前,應(yīng)精心設(shè)計(jì)爆破方案,合理選擇爆破參數(shù)。 在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,對(duì)建筑物進(jìn)行預(yù)處理,合理控制延期時(shí)間,有利于結(jié)構(gòu)解體,降低爆破有害效應(yīng)。