費(fèi)鴻祿，張廣貝，何文斌，錢起飛，胡 剛

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 爆破技術(shù)研究院，阜新 123000;2.遼寧工大爆破工程有限責(zé)任公司，阜新 123000)

1 工程概況

待拆建筑物為沈陽(yáng)市沈河區(qū)敬賓街的富麗華大酒店，主樓(含工藝裝飾塔高度)高度144.29 m，共29層，建筑面積32 732 m2，該建筑物于90年代由于多種外界因素變?yōu)闋€尾樓，應(yīng)市政規(guī)劃要求對(duì)其主樓部分進(jìn)行爆破拆除。受場(chǎng)地限制與多種周圍環(huán)境因素影響，將主樓分為兩部分拆除作業(yè)：7～29層爆破協(xié)同機(jī)械作業(yè)降層拆除，1～6層一次性作業(yè)爆破拆除。本文為1～6層一次性爆破技術(shù)研究。

1.1 工程環(huán)境

待拆建筑物地處人口密集區(qū)，周圍環(huán)境復(fù)雜，臨近建筑物最近距離為39 m，為爆破作業(yè)帶來(lái)了各種困難。其中北側(cè)86 m為沈陽(yáng)市沈醫(yī)二院心理衛(wèi)生醫(yī)院，東北側(cè)83 m處為中鐵九局六公司大廈，西北側(cè)92 m處為客車售票處，東側(cè)39 m為別墅區(qū)及龍漢城市花園，南側(cè)54 m處為沈陽(yáng)市消防廣場(chǎng)，西側(cè)44 m敬賓街為城市主干道，車流量較大。主要爆破環(huán)境如圖1所示。

圖 1 爆破周圍環(huán)境示意圖(單位：m)Fig. 1 Schematic diagram of surrounding environment of blasting(unit:m)

1.2 建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

7～29層降層拆除后，剩余待爆主樓部分二次加固結(jié)構(gòu)繁多，強(qiáng)度高且穩(wěn)定性強(qiáng)，一至五層鋼筋混凝土立柱標(biāo)號(hào)C60，梁C40；六層立柱C50,梁C30。樓高為29.55 m，南北長(zhǎng)為35.8 m，東西寬為32.8 m。1層樓高為6 m，2-4層樓高為4.8 m，5層樓高為3.8 m，5、6層之間夾層為2.2 m的管道層，6層為3.15 m。主樓中每層有5排5列共22根立柱，分別對(duì)應(yīng)圖2中A～E排、Ⅰ～Ⅴ列，其中1～5層立柱的截面尺寸為1200 mm×1200 mm，6層立柱的截面尺寸為1100 mm×1100 mm。主樓中心核心筒結(jié)構(gòu)南北方向長(zhǎng)15.7 m，東西方向?qū)?.1 m，內(nèi)含2個(gè)樓梯間，4個(gè)電梯井。待爆樓體平面圖及北側(cè)立面圖分別如圖2、圖3所示。

圖 2 待爆樓體平面示意圖(單位：mm)Fig. 2 Plan of the building to be blasted(unit:mm)

圖 3 待爆樓體北側(cè)立面示意圖Fig. 3 North elevation of the building to be blasted

2 爆破方案設(shè)計(jì)

剩余待爆樓體高垮比較小，采用定向爆破法不易倒塌，且倒塌后觸地沖擊大，也不易達(dá)到良好的爆破解體效果；西側(cè)臨近別墅建有地下民用儲(chǔ)藏室，該建筑各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)較低；北側(cè)心理衛(wèi)生醫(yī)院警戒工作與患者疏散作業(yè)難度較大，通過(guò)環(huán)境因素和方案比較選用內(nèi)向折疊法。內(nèi)向折疊法即自上而下對(duì)樓房每層的內(nèi)承重構(gòu)件予以充分破壞，結(jié)構(gòu)在重力的作用下由中心開(kāi)始向下垮落，并拉動(dòng)外側(cè)墻柱梁向中心移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)向的折疊坍塌[1,2]。

2.1 預(yù)處理

對(duì)于框-筒結(jié)構(gòu)的建筑物，核心筒自成一體，重量大，整體性較好[3]，如不預(yù)處理爆后不會(huì)充分解體，影響爆堆高度，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的觸地振動(dòng)。因此將樓房的一至三層的核心筒結(jié)構(gòu)、隔斷墻以及樓板進(jìn)行機(jī)械拆除處理并清運(yùn)騰空，為樓房倒塌提供空間。

結(jié)合工程實(shí)例，利用ABAQUS數(shù)值模擬軟件對(duì)初步預(yù)處理后的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，根據(jù)剪力墻分布情況，選取樓房配重較大的東半側(cè)部分建立數(shù)值模擬模型。梁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特征如圖4(a)所示，數(shù)據(jù)表明剪力墻與框架的聯(lián)系梁處較多出現(xiàn)應(yīng)力集中，最為集中受力的部位在6層剪力墻開(kāi)口上方的短梁梁端處；框架結(jié)構(gòu)中各梁存在的內(nèi)力適中，梁系所有截面中，最大拉應(yīng)力45 MPa，鋼筋處于彈性工作狀態(tài)；板上無(wú)明顯應(yīng)力，剛度連續(xù)性良好；立柱受彎矩較為明顯，整體應(yīng)力最大位置為C排Ⅳ列立柱中心高度為14.5 m處，拉應(yīng)力達(dá)到83.52 MPa?？蚣芙Y(jié)構(gòu)以向中心方向的平面彎曲變形為主，結(jié)構(gòu)整體位移如圖4(d)所示，整體撓度3層與6層保持一致，具有內(nèi)(核心筒)沉外(框架梁柱體系)升的變形趨勢(shì)，為樓房結(jié)構(gòu)內(nèi)向折疊倒塌方向奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，初步預(yù)拆除結(jié)構(gòu)呈穩(wěn)定狀態(tài)，且配重方向合理。結(jié)合數(shù)值模擬數(shù)據(jù)及工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)各樓層制定具體預(yù)處理方案[4]：(1)由于樓板無(wú)明顯應(yīng)力，為降低樓板對(duì)樓體的支撐作用和擠壓作用，只保留3、6層頂板，其余不影響作業(yè)的樓板部分全部清除。(2)3層與6層頂板預(yù)處理方案如圖5(a)所示，在Ⅰ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅴ列立柱之間的樓板處人工破碎混凝土形成60 cm的倒塌擠壓緩沖帶。(3)6層核心筒的中心位置剔出一條南北方向?qū)挒? m的貫穿裂縫帶(只破碎混凝土，保留鋼筋)，并與3層4 m裂縫帶相銜接，使之整體呈現(xiàn)出梯形形狀，處理后效果如圖6所示。(4)4層至管道層預(yù)處理方案如圖5(b)(c)(d)所示，其中5層與管道層的剪力墻與框架的聯(lián)系梁處應(yīng)力最為集中，在施工過(guò)程中要實(shí)時(shí)觀察。(5)由于待爆樓體的鏡面對(duì)稱性，采用人工或機(jī)械預(yù)處理Ⅲ列的兩根立柱，保留與外墻銜接的短梁部分起到高處防護(hù)作用。(6)根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)使用風(fēng)鎬將核心筒內(nèi)樓梯“攔腰斬?cái)唷?，將混凝土破碎露出鋼筋；?duì)于保留樓層的樓板采用“十字型”切割縫；核心筒東西兩側(cè)的剪力墻打圓弧形預(yù)留洞做弱化處理。見(jiàn)圖5。

2.2 爆破切口

針對(duì)預(yù)處理后的建筑物，采用“化整為零”原則，分為1-3東、1-3西、4-6東、4-6西共4個(gè)爆破區(qū)域，選擇在1、2、4、5層的承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆眼爆破作業(yè)。每個(gè)區(qū)域2個(gè)爆破切口，共8個(gè)爆破切口實(shí)現(xiàn)區(qū)域性東西方向內(nèi)收倒塌[5,6]。

樓體待爆立柱為C60混凝土，32根φ25 mm豎向鋼筋，加密網(wǎng)格式箍筋直徑為φ12 mm，上下間距為10 cm，鋼筋混凝土立柱強(qiáng)度較高，因此設(shè)計(jì)炸高要略大于理論炸高。立柱破壞高度計(jì)算公式如下[7,8]

H=K(B+Hmin)

(1)

式中：H為立柱破壞高度，m；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，K=1.5～2.0；B為立柱截面的長(zhǎng)邊長(zhǎng)，m；Hmin為立柱的最小破壞高度，Hmin=(30～50)d,d為鋼筋直徑，cm。

根據(jù)理論計(jì)算并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)(1)式計(jì)算做出適當(dāng)調(diào)整；4、5層Ⅰ、Ⅴ列立柱炸高取1.5 m；5層Ⅱ、Ⅳ列立柱炸高取2 m；4層Ⅱ、Ⅳ列立柱炸高取3 m。1、2層Ⅰ、Ⅴ列排立柱炸高取2 m；2層Ⅱ、Ⅳ列立柱炸高取3 m；1層Ⅱ、Ⅳ列立柱炸高取4.5 m。爆破切口示意圖如圖6所示。

圖 4 初步預(yù)處理建筑結(jié)構(gòu)有限元分析Fig. 4 Finite element analysis of preliminary pretreatment building structure

圖 5 各層樓板預(yù)處理示意圖Fig. 5 Schematic diagram of floor pretreatment of each floor

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

每層待爆立柱20根，總數(shù)量80根，截面尺寸均為1200 mm×1200 mm，布置三排梅花型炮孔，排距取300 mm，孔距500 mm。選取不同的炸藥單耗進(jìn)行試爆，并根據(jù)試爆效果對(duì)于不同部位的鋼筋混凝土立柱選取炸藥單耗從而確定單孔裝藥量。具體裝藥量及參數(shù)見(jiàn)表1。

表 1 爆破參數(shù)表Table 1 Blasting parameters

2.4 起爆順序以及爆破網(wǎng)路

起爆順序與爆破網(wǎng)路對(duì)爆破效果具有很大的影響，內(nèi)向折疊爆破法等同于兩次單向折疊爆破模式，宜采用自上而下的起爆順序[9,10]。起爆網(wǎng)路采用孔內(nèi)半秒延期非電導(dǎo)爆管雷管與孔外毫秒延期非電導(dǎo)爆管雷管兩種雷管，待爆立柱孔內(nèi)采用雙發(fā)半秒延期非電導(dǎo)爆管雷管，孔外用毫秒延期雷管實(shí)現(xiàn)孔外延期，并用導(dǎo)爆管與四通連接從而形成復(fù)式閉合導(dǎo)爆網(wǎng)路。1～6層A排立柱爆破網(wǎng)路如圖7所示，爆破網(wǎng)路以A排Ⅱ列立柱為起爆點(diǎn)，相鄰排、列、樓層的立柱增加一個(gè)雷管段位，E排立柱爆破網(wǎng)路如圖8所示。爆破網(wǎng)路立面及平面呈‘v’字型，有利于樓體在塌落過(guò)程中受到扭曲、拉壓和剪切，解體更充分[11-13]。為保證樓房倒塌方向，1～4層Ⅱ列立柱孔內(nèi)延期雷管段位在原有爆破網(wǎng)路基礎(chǔ)上減少一個(gè)段位，1層Ⅴ列立柱孔內(nèi)延期雷管段位在原有爆破網(wǎng)路基礎(chǔ)上增加兩個(gè)段位。4、5樓孔外延期采用MS-1段雷管，3樓孔外延期采用MS-3段雷管，1樓孔外延期采用MS-5段雷管。

圖 6 爆破切口示意圖Fig. 6 Schematic diagram of blasting cut

圖 7 A排立柱爆破網(wǎng)路立面示意圖Fig. 7 Vertical view of blasting network of row a column

圖 8 E排立柱爆破網(wǎng)路立面示意圖Fig. 8 Vertical view of e-row column blasting network

3 安全防護(hù)

立柱截面尺寸較大，炮孔數(shù)量多，立柱的安全防護(hù)措施為作業(yè)的重中之重。覆裹9層草苫與2層鐵絲網(wǎng)，最外層用菱形網(wǎng)格勾花網(wǎng)封裹。勾花網(wǎng)的整體性強(qiáng)，可以對(duì)爆炸產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊力起到很大的減緩作用，有效地控制爆破飛石。內(nèi)向折疊坍塌爆破碎石的平拋運(yùn)動(dòng)主要在樓房?jī)?nèi)部，且不易有二次飛濺現(xiàn)象產(chǎn)生，因此，對(duì)于外墻皮裸露部位及窗框同樣采用兩層加濕后的草苫搭配層鐵絲網(wǎng)懸掛覆蓋，加強(qiáng)外部飛石防護(hù)與降塵效應(yīng)，并在每層樓板處采用鋼絲索斜拉固定。

減震溝：因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)在原樓房建筑的裙樓基礎(chǔ)上開(kāi)挖減震溝，其中東側(cè)圓弧式裙樓保留做圍擋。

4 爆破效果與總結(jié)

待拆主樓與2020年5月20日5時(shí)25分起爆，爆破效果如圖9所示。大樓4～6層西側(cè)結(jié)構(gòu)率先塌落，拉動(dòng)?xùn)|側(cè)結(jié)構(gòu)，部分結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)、剪切作用下空中解體，東西兩側(cè)樓體在傾覆力矩的作用下向中間倒塌。由圖9(b)(c)可得東半?yún)^(qū)域的傾斜角度較大，所以爆堆具有向西側(cè)的前沖趨勢(shì)[14]，同理，受爆破網(wǎng)路延期時(shí)間的影響，也具有向北側(cè)的前沖趨勢(shì)。整個(gè)過(guò)程無(wú)任何爆破飛石產(chǎn)生，未對(duì)周邊建筑物、設(shè)施等產(chǎn)生任何影響。經(jīng)測(cè)量爆堆的南北長(zhǎng)度為42.2 m，是原來(lái)的1.179倍；東西寬度為37.1 m，是原來(lái)的1.131倍；高度為13.1 m，是原來(lái)的0.443倍，爆破整體效果較好，與設(shè)計(jì)預(yù)期相符合。

圖 9 爆破效果Fig. 9 Blasting effect

(1)內(nèi)向折疊法爆破屬于原地坍塌的一種特殊爆破方式，最大化預(yù)處理對(duì)傾倒方向無(wú)影響的配重結(jié)構(gòu)和影響樓房破碎度的結(jié)構(gòu)，布設(shè)多個(gè)由上而下逐漸增大的爆破切口，兩側(cè)結(jié)構(gòu)在重力作用下向中間坍塌。這種爆破方式爆破飛石控制范圍小，場(chǎng)地要求低，適用于工程環(huán)境比較復(fù)雜的情況。

(2)框-筒結(jié)構(gòu)樓房的內(nèi)向折疊法爆破拆除中預(yù)處理工作對(duì)爆破效果有較大影響，基于ABAQUS有限元分析軟件對(duì)基本預(yù)處理后的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，結(jié)合數(shù)值模擬為制定具體預(yù)處理方案提供技術(shù)支持，為爆破倒塌方向奠定基礎(chǔ)，最大程度優(yōu)化樓房破碎效果。

(3)起爆點(diǎn)位置影響兩側(cè)倒塌的傾斜角度，從而決定爆堆在東西方向的前沖趨勢(shì)方向；爆破網(wǎng)路中延期時(shí)間遞減的方向與爆堆在南北方向的前沖趨勢(shì)方向一致。事實(shí)表明調(diào)整1層Ⅴ列與1～4層Ⅱ列立柱雷管延期段位取得了較為明顯的成果。