張 斌，劉 嵩，蓋四海，吳 江，付 雷

(1.河南省永聯(lián)中野爆破工程有限公司，鄭州 450000；2.河南省永聯(lián)民爆器材股份有限公司，鄭州 450000；3.河南迅達(dá)爆破有限公司，河南 焦作 454000)

1 工程概況

由于城市發(fā)展規(guī)劃原因，信陽(yáng)市浉河區(qū)有1棟18層全剪力墻安置樓房需要拆除爆破，被爆樓房周邊環(huán)境復(fù)雜(見圖1)，東北側(cè)89 m是居民小區(qū)，南側(cè)距離金色家園1號(hào)樓僅8.6 m，西側(cè)85 m是沿河居民樓，北側(cè)46 m是民用電線桿以及架空電線、54 m是中環(huán)置業(yè)項(xiàng)目部、48 m是辦事處，再北側(cè)90 m為信陽(yáng)市新七大道。

圖1 周圍環(huán)境

目前該樓房?jī)H完成主體施工和二次砌體。樓房為全剪力墻結(jié)構(gòu)，地上18層地下1層，南北長(zhǎng)51.6 m、東西寬14.7 m、高60.5 m，共2個(gè)單元，每個(gè)單元有2部電梯和1部樓梯。標(biāo)準(zhǔn)層由北側(cè)電梯井及樓梯等單元分割，南部呈異型斷截面(見圖2)?？偛鸪泼娣e約12 000 m2。

圖2 底層平面

2 爆破方案確定

2.1 難點(diǎn)分析

1)南側(cè)距水泥柱柵欄圍墻6 m，距金色家園小區(qū)一號(hào)樓10 m，對(duì)防止樓房后坐以及爆破產(chǎn)生的振動(dòng)、飛石控制要求高。

2)北側(cè)46 m為架空電線，48 m為辦事處及原項(xiàng)目部辦公區(qū)域。需嚴(yán)格控制倒塌距離，以及倒塌后樓房的前沖。

3)該樓房為東西對(duì)稱剪力墻結(jié)構(gòu)，北側(cè)有倒塌方向。南側(cè)突出的陽(yáng)臺(tái)造成南北不對(duì)稱，爆破切口形成后，爆破扭矩的支撐點(diǎn)不在同一軸線上，對(duì)受力支撐位置選擇提出新的問題。

2.2 爆破總體方案

為保證樓房爆破倒塌過程中不產(chǎn)生后坐而危及南側(cè)居民樓，北側(cè)縮短倒塌距離而保證原項(xiàng)目部辦公室及街道辦事處的安全，根據(jù)樓房周圍環(huán)境及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定總體方案為：布置上下2個(gè)切口，采用延時(shí)分段控制爆破技術(shù)，起爆后主體同向折疊向北坍塌。即保留南側(cè)A、B軸線間剪力墻不破壞，C軸部分爆破；對(duì)樓房1～3層和8～9層布置2個(gè)切口，按照自上而下、從北往南的順序依次延時(shí)起爆，使樓房在自重作用下形成剪切和傾覆力矩在空中解體向正北方向倒塌。

3 樓房控制爆破設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理工作

由于該樓房為全剪力墻結(jié)構(gòu)，北部有電梯井及樓梯間，對(duì)倒塌解體有一定的阻礙作用，同時(shí)考慮施工工期的要求，為加快鉆孔進(jìn)度，實(shí)施爆破前需在穩(wěn)定性驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對(duì)剪力墻和樓梯進(jìn)行部分預(yù)拆除,選擇三角形切口[1](見圖3)。

圖3 剪力墻預(yù)處理

1)首先拆除剪力墻中間的二次填充墻(加氣塊磚)，為平行于剪力墻水平鉆孔提供方便。

2)樓梯間和電梯井位于倒塌方向上，為了保證樓房的順利倒塌，爆破前拆除切口內(nèi)電梯井的南北向剪力墻，并切斷鋼筋。

3)對(duì)切口東西邊墻，按照三角形切口形式機(jī)械處理到位。

4)為減少鉆孔數(shù)量，對(duì)長(zhǎng)度超過1.5 m以上的剪力墻“化墻為柱”預(yù)拆除[1]，保留拐角、交叉等關(guān)鍵部位，但總處理量不得超過剪力墻面積的30%。1層預(yù)處理B-H軸線，2層預(yù)處理C-H軸線，3層預(yù)處理E-H軸線，8層預(yù)處理B-H軸線，9層預(yù)處理D-H軸線。

3.2 爆破切口設(shè)計(jì)

1)切口形式。根據(jù)爆破力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，用控制爆破法拆除建筑物，主要是破壞承重結(jié)構(gòu)部位或大部分的材料強(qiáng)度，使其失去承載能力，必要時(shí)需破壞某些結(jié)構(gòu)的剛度，從而使構(gòu)筑物整體失去穩(wěn)定性，重心產(chǎn)生位移，在本身自重的作用下形成傾覆力矩，迫使建筑物按設(shè)計(jì)方向倒塌。此次拆除爆破的為全剪力墻結(jié)構(gòu)樓房，采用三角形切口形式為宜。

2)切口高度。一般情況下爆破樓房切口角度不低于30°即可完成定向傾倒，本次待爆破的樓房的寬度為14.7 m。經(jīng)綜合考慮，為確保樓房可靠倒塌并縮小倒塌距離，下部爆破切口角為30°，即切口高度為8.49 m，上部爆破切口角為22°，即切口高度為6 m(見圖4)。

圖4 切口布置

3)支撐體分隔線選擇。由于此樓為非對(duì)稱體的全剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻厚度200 mm。樓體距南側(cè)居民樓較近，為保證爆破后不產(chǎn)生后坐危及居民樓的安全，選取了較大的支撐體，且根據(jù)不同部位結(jié)構(gòu)強(qiáng)度選擇不同的支撐長(zhǎng)度。

3.3 炮孔布置

本次爆破樓房為全剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻厚度為20 cm，造型“T”“L”“一”3種不同類型。預(yù)處理后的剪力墻長(zhǎng)度約為0.5～1.8 m，大部分采用平行于剪力墻水平鉆孔，少量不便施工的部位采用垂直墻面的鉆孔，對(duì)于墻角部位采用不同方向交叉鉆孔方式，確保裝藥到位。

剪力墻厚度0.2 m，孔徑38 mm，鉆孔深度水平孔0.4～1.5 m，垂直孔0.12 m；最小抵抗線0.1 m，孔距0.2 m，排距0.2 m，炸藥單耗3 000 g/m3，采用導(dǎo)爆索空氣間隔裝藥，導(dǎo)爆管雷管引爆，總鉆孔數(shù)3 000個(gè)，總延米2 500 m，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 裝藥結(jié)構(gòu)

3.4 爆破器材使用量

全樓共使用膏狀乳化炸藥288 kg、數(shù)碼電子雷管600發(fā)、導(dǎo)爆管雷管3 300發(fā)、導(dǎo)爆索1 800 m。

3.5 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

對(duì)于高大的建筑物定向拆除爆破，必須做到每孔每個(gè)藥包可靠爆破?？紤]到周邊環(huán)境的復(fù)雜性及延時(shí)要求，采用數(shù)碼電子雷管-導(dǎo)爆管雷管雙起爆網(wǎng)路。整個(gè)網(wǎng)路自上而下、自北向南分為7個(gè)響次延時(shí)起爆，上部分3個(gè)響次，下部分4個(gè)響次。起爆延時(shí)采用孔內(nèi)孔外雙延時(shí)的方法，上、下部切口孔內(nèi)用HS5段(延時(shí)2 000 ms)，孔外用2發(fā)數(shù)碼電子雷管連接并設(shè)置延時(shí)，各層剪力墻雷管段位分布如表1所示。為提高起爆的可靠性，每個(gè)孔外數(shù)碼雷管擊發(fā)點(diǎn)上并聯(lián)1發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管，相同延時(shí)的擊發(fā)點(diǎn)上的導(dǎo)爆管雷管用“四通”連接形成導(dǎo)爆管閉合網(wǎng)路(見圖6)，用數(shù)碼電子雷管起爆器起爆，該起爆網(wǎng)路比較安全。

表1 各層剪力墻雷管段位分布

圖6 起爆網(wǎng)路

4 安全校驗(yàn)及安全防護(hù)措施

4.1 爆破振動(dòng)安全校驗(yàn)

根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式[2]計(jì)算

(1)

式中：v為被保護(hù)對(duì)象所在地面質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，cm/s；R為測(cè)點(diǎn)到爆區(qū)中心的距離，m；Q為最大分段裝藥量，kg；K為與爆破場(chǎng)地條件有關(guān)的系數(shù)；α為與爆破場(chǎng)地地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，進(jìn)行爆破振動(dòng)速度計(jì)算時(shí)，取K=150，α=1.6；k為離散系數(shù)，k=0.4。計(jì)算得到最近保護(hù)建筑物南側(cè)樓房爆破振動(dòng)速度為1.94 cm/s，在開挖減振溝后能夠滿足爆破安全規(guī)程要求。

4.2 觸地振動(dòng)安全校驗(yàn)

高層建筑物拆除爆破倒塌觸地時(shí)，對(duì)地面的沖擊較大，產(chǎn)生塌落振動(dòng)。其經(jīng)驗(yàn)公式[3]為

(2)

式中：vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；m為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t；g為重力加速度，取9.8 m/s2；H為構(gòu)件的重心高度，m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；R為保護(hù)建筑物至沖擊地面中心的距離，m；K、β為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù)，一般K=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80；k為采取挖溝槽、壘筑土墻減振措施時(shí)減振系數(shù)，k=1/4～1/3。

根據(jù)拆除樓房的圖紙和實(shí)際情況，估算上部切口質(zhì)量為5 000 t，下部切口質(zhì)量為4 600 t，重心高度分別為39 m和12 m。計(jì)算可知，對(duì)于距離爆破體最近的南側(cè)居民樓質(zhì)點(diǎn)塌落振動(dòng)速度為0.96～1.93 cm/s，在規(guī)程安全要求范圍之內(nèi)(實(shí)際監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)速度為1.17 cm/s)。

4.3 爆破飛石的安全距離校驗(yàn)

采用以下公式[3]計(jì)算爆破飛石距離：

(3)

式中：L為個(gè)別飛石的最大距離，m；QL為炸藥單耗，kg/m3。

將炸藥單耗q=3.0 kg/m3代入式(3)，得L=125.3 m，經(jīng)計(jì)算爆破飛石距離在安全警戒范圍之內(nèi)；對(duì)距離較近的建筑物應(yīng)進(jìn)行防護(hù)，并在炮孔外部使用石棉布、鐵絲網(wǎng)和膠皮帶等防飛石措施。

4.4 減振安全技術(shù)措施

1)鋪設(shè)緩沖墊層，對(duì)倒塌區(qū)域內(nèi)的地面雜物進(jìn)行清理，防止落地飛濺。采用多排小間距高沙堤可有效降低樓房倒塌沖擊荷載和振動(dòng)[4]，沿著傾倒方向距樓房北墻15 、45 m處鋪設(shè)2道2.5 m厚的沙堤，既起到減振作用又阻止濺起飛石。

2)采用分區(qū)起爆。各分區(qū)之間毫秒間隔起爆，這樣使同時(shí)爆炸的各段藥量相對(duì)分散，因此加強(qiáng)了地震波在傳播過程中的互相干擾，起到了減振的作用。

3)隨著距爆源水平距離的增加，爆破振動(dòng)速度逐漸減小[5]，所以在倒塌方向上開挖減振溝，能阻斷觸地振動(dòng)傳播。

4.5 防飛石安全措施

1)沿爆破切口用1層石棉布保護(hù)起爆器材，然后用2層鋼絲網(wǎng)，外加1層膠皮帶全覆蓋防護(hù)，用鐵絲固定在爆破切口上。

2)待爆樓房南側(cè)10 m有居民樓。因此，所有安放炸藥的樓層南側(cè)窗戶、門洞等用雙層鋼絲網(wǎng)覆蓋。

3)南側(cè)居民樓所有窗戶用單層鋼絲網(wǎng)遮擋防護(hù)。

5 爆破效果

2020年1月20日11時(shí)，剪力墻高樓成功爆破，南側(cè)樓房未受到任何影響。爆破瞬間樓房整體下坐，同時(shí)向北傾斜，切口落地后，整體向北定向倒塌。樓房9層以下部分全部下坐破碎落入底層空間，由于南側(cè)保留較多的支撐體，后部無下坐及后坐情況，南側(cè)2層以下保留少量剪力墻，也起到了防飛石作用；上部各層整體倒塌，少量破碎，倒塌長(zhǎng)度約40 m，頂部有1 m見方頂板拋出2 m，部分鋼筋裸露；由于開挖了2條減振溝和鋪設(shè)了緩沖墊層，未有明顯下陷入土現(xiàn)象(見圖7)。

圖7 爆破效果

6 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)于全剪力墻的建構(gòu)物拆除爆破，爆破切口高度除按理論計(jì)算外，還應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)抗剪性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特征，在條件允許時(shí)適當(dāng)提高爆破切口位置，以確保順利倒塌。

2)拆除爆破剪力墻建筑物，在穩(wěn)定性驗(yàn)算的基礎(chǔ)上對(duì)切口進(jìn)行預(yù)處理，減少鉆孔工作量和總裝藥量，可有效控制爆破振動(dòng)的影響。

3)對(duì)于異型剪力墻非對(duì)稱支撐，為降低下坐及對(duì)后方的影響，可部分加大支撐面積，同時(shí)采用導(dǎo)爆索空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，能夠破碎均勻，使建筑物順利倒塌。

4)異型全剪力墻非對(duì)稱高層樓房，起支撐作用的剪力墻截面窄小、支點(diǎn)多且不對(duì)稱，受力破壞后結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)的速度介于磚混結(jié)構(gòu)樓房和框架結(jié)構(gòu)樓房之間，排間延時(shí)時(shí)差可參照該特點(diǎn)選擇。

5)采用上下2個(gè)切口，通過合理的延時(shí)時(shí)差，能有效減小倒塌距離。