劉福高，鐘冬望，朱 寬,3

(1.武漢科技大學(xué)理學(xué)院，湖北 武漢，430065；2.浙江京安爆破工程有限公司，浙江 杭州，310011；3.葛洲壩易普力股份有限公司，重慶，401120)

1 工程概況

為配合推動(dòng)湖州市德清縣“三改一拆”工作的順利進(jìn)行，需對(duì)德清縣武康鎮(zhèn)英溪北路西側(cè)、豐橋港北側(cè)的3棟5層框架磚混結(jié)構(gòu)樓房進(jìn)行爆破拆除，其周邊環(huán)境如圖1所示。待爆樓房建于20世紀(jì)90年代末期，沿英溪北路人行道西側(cè)南北向一字排開，南北向總長(zhǎng)度約50 m，東西向?qū)捈s12.5 m，建筑總面積約3200 m2。東側(cè)為交通主干道英溪北路，其車流量較大，人行道上有架空通信電纜線，地下有上水管、污水管及雨水管等市政設(shè)施，待爆樓房與通信電纜線的水平距離僅有1 m；西側(cè)100 m范圍內(nèi)均為待拆除的舊房；北側(cè)為一片待拆舊房及一處待保護(hù)磚結(jié)構(gòu)舊房，待爆樓房與待保護(hù)磚房的水平距離約25 m；南側(cè)為便道及無名小溪，路邊有架空高壓電線(電壓10 kV)和通信電纜線，高壓電線和通信電纜線與待爆樓房的水平距離約6 m。

圖1 待爆樓房周邊環(huán)境(單位：m)Fig.1 Surroundings of the buildings to be blasted

待爆樓房結(jié)構(gòu)如圖2所示。3棟樓房均有5層，高度約20 m，主體結(jié)構(gòu)相類似，1～2層?xùn)|側(cè)沿街部位為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，西側(cè)廚衛(wèi)部位為混合結(jié)構(gòu)，3層以上均為磚混結(jié)構(gòu)。另外，1#樓有1個(gè)樓梯間，2#、3#樓各有兩個(gè)樓梯間。1#樓南北向長(zhǎng)約11.5 m，共3跨4列立(墻)柱承重，東西向?qū)捈s12.5 m(包括外挑部分)，由4排立(墻)柱承重；2#樓南北向長(zhǎng)約18.5 m，共5跨6列立(墻)柱承重，東西向?qū)捈s12.5 m(包括外挑部分)，由4排立(墻)柱承重；3#樓南北向長(zhǎng)約18.5 m，共5跨6列立(墻)柱承重，東西向?qū)捈s12.5 m(包括外挑部分)，由4排立(墻)柱承重。

圖2 待爆樓房結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of the buildings to be blasted

2 爆破設(shè)計(jì)原則

(1) 保證在實(shí)施爆破過程中的人員安全，爆破塌落的殘骸對(duì)人行通道及其上下各類管線不產(chǎn)生破壞，盡可能減少對(duì)周圍建(構(gòu))筑物的影響。

(2)盡可能減少爆渣對(duì)主干道英溪北路的交通影響，設(shè)計(jì)3棟樓房全都背離英溪北路向正西方向傾倒，爆后道路經(jīng)簡(jiǎn)單清掃后可迅速恢復(fù)正常交通。

(3)位于3棟大樓傾倒方向的待拆房屋會(huì)對(duì)爆破效果產(chǎn)生不同程度的影響，故爆破前先采用機(jī)械拆除法對(duì)部分毗鄰的待拆房屋進(jìn)行處理。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在倒塌方向預(yù)留7 m空間以保證大樓的順利傾倒。

3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 爆破切口

3棟樓房的底下兩層主體為框架結(jié)構(gòu)，均采用定向傾倒的方式進(jìn)行拆除。爆破切口設(shè)計(jì)使用梯形切口，具體方法是：A、B兩排立柱炸掉以形成最大爆高，對(duì)D排立柱只在其底部造成一定破壞，以形成支撐鉸點(diǎn)。充分考慮倒塌環(huán)境要求，為保證樓體的整體坍塌效果，降低爆堆，裝藥位置設(shè)計(jì)至第三層樓底部，最大爆高初步設(shè)計(jì)為9.5 m，由公式H=Btanα來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，其中B為1#～3#樓寬(不含外挑部分寬度)，m；α為1#～3#樓爆破切口傾角，(°)。由H=9.5 m、B=11.6 m，計(jì)算得α=39°。

爆破切口內(nèi)的立(墻)柱失穩(wěn)閉合后，樓房的重心必須偏移至大樓樓體以外才能保證其順利傾倒，樓體重心偏移如圖3所示。樓房的重心高度ZC=12 m(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，底樓絕大部分為立柱，只有少部分的墻體，故將樓房的重心高度取為12 m)，大樓重心偏移至樓體外邊線的臨界切口高度H臨=Btanβ，其中，β為確保樓房順利倒塌的最小傾角。利用三角函數(shù)關(guān)系計(jì)算得β=38°，代入公式得H臨=9.0 m。因α>β、H>H臨，故設(shè)計(jì)爆高H=9.5 m完全滿足要求，設(shè)計(jì)合理。爆破切口如圖4所示，1#～3#樓爆破切口內(nèi)各排立柱(墻)的設(shè)計(jì)爆高如表1所示。

圖3 重心偏移示意圖(單位：m)Fig.3 Schematic diagram of the gravity center’s offset

圖4 爆破切口示意圖(單位：m)Fig.4 Schematic diagram of the blasting cut

表1爆破切口內(nèi)各排立柱(墻)的設(shè)計(jì)爆高

Table1Designedblastingheightofcolumns(walls)intheblastingcut

軸線設(shè)計(jì)炸高/m一層二層三層A43.52B43.50C410D0.500

3.2 爆破前預(yù)處理

為提高爆破可靠度，確保爆破效果，需預(yù)先對(duì)建筑物冗余結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理[1-3]，具體包括：

(1)爆破前應(yīng)拆除爆破切口內(nèi)所有的非承重墻，同時(shí)應(yīng)對(duì)部分承重墻開設(shè)孔洞，使其簡(jiǎn)化成類似墻柱形式，開設(shè)孔洞的高度應(yīng)大于或等于該區(qū)的設(shè)計(jì)爆高，洞寬約為1.5 m；

(2)由于3棟樓的樓梯位于傾倒方向前排，應(yīng)人工拆除或弱化至3層；

(3)對(duì)爆破切口內(nèi)廚房、衛(wèi)生間的承重墻體進(jìn)行局部破壞。

預(yù)拆除和預(yù)處理過程嚴(yán)格執(zhí)行《GB6722—2011爆破安全規(guī)程》的相關(guān)要求，在技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行上述步驟，不能影響到大樓的整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。

3.3 爆破孔網(wǎng)參數(shù)

爆破切口內(nèi)混合結(jié)構(gòu)部分承重墻面布孔原則上采用多孔均布，使炮孔前后方向上的最小抵抗線基本相等以確保墻體完全破壞，并適當(dāng)減少單孔藥量以利于控制爆破飛石。墻面布孔如圖5所示，自室內(nèi)地坪+50 cm起布孔，底部布3排炮孔，頂部布2排炮孔，平均墻厚27 cm，平均孔深16 cm，孔排距35 cm×25 cm。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，炮孔裝藥起爆后磚墻會(huì)發(fā)生自然解體，失去承重能力。磚墻體為薄壁結(jié)構(gòu)，為確保爆破效果，炸藥單耗適當(dāng)加大，取為1500 g/m3，計(jì)算得每孔裝藥量約為35 g。

圖5 墻面布孔示意圖(單位：cm)Fig.5 Distribution of metope blasting holes

4 起爆網(wǎng)路

4.1 延期分段

由于待爆大樓周邊有房屋需保護(hù)，且3#樓距最近的待保護(hù)磚房的水平距離僅為25 m，為減小爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)，擬將1#、2#、3#樓分別分成2段起爆，前后段時(shí)間間隔500 ms，1#、2#樓之間的時(shí)間間隔為0，2#、3#樓之間的時(shí)間間隔為380 ms。采用毫秒微差技術(shù)依次逐棟逐跨進(jìn)行爆破，爆破次序如圖6所示，這樣可實(shí)現(xiàn)大樓傾倒時(shí)的先后觸地，從而有效控制大樓的塌落振動(dòng)，以確保周邊建筑物的安全，也有利于大樓的充分解體。

4.2 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

為減少雜散電流、感應(yīng)電流等對(duì)起爆網(wǎng)路的干擾，設(shè)計(jì)使用非電微差起爆系統(tǒng)，并采用塑料導(dǎo)爆管和四通連接塊組成復(fù)式閉合多通道傳爆網(wǎng)路，以確保網(wǎng)路的可靠性，同時(shí)網(wǎng)路設(shè)計(jì)要求滿足以下條件：

圖6 延期分段圖Fig.6 Schematic diagram of delay blasting order

(1) 立(墻)柱上的炮孔采用兩發(fā)ms-2段雷管綁扎起爆，每?jī)砂l(fā)傳爆雷管綁扎的雷管數(shù)量最多不超過20發(fā)；

(2)用導(dǎo)爆管將所有ms-2段傳爆雷管連成復(fù)式閉合傳爆網(wǎng)路；

(3)上下樓層網(wǎng)路之間保證至少有6條通路；

(4)起爆主線由爆區(qū)6個(gè)點(diǎn)隨機(jī)引出，匯總成2條總線后引至起爆站。

5 爆破安全

5.1 爆破振動(dòng)控制

爆破振動(dòng)可按以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行評(píng)估：

V=K(Q1/3/R)1.57

(1)

式中：V為爆破振動(dòng)速度，cm/s；K為與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，取K=32.1；Q為最大一段齊爆藥量，kg；R為爆破幾何中心至待保護(hù)建筑物的最近距離，m。

設(shè)計(jì)最大單響藥量約為30 kg，R=35 m(即3#樓平面幾何中心到待保護(hù)磚房的最近距離)，由式(1)計(jì)算得V=0.72 cm/s。《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，對(duì)一般磚結(jié)構(gòu)，爆破(淺孔爆破)振動(dòng)速度應(yīng)控制在2.3 cm/s以下，故本工程中爆破振動(dòng)對(duì)周圍建筑物不會(huì)造成影響。

5.2 塌落振動(dòng)

與爆破振動(dòng)相比，一般情況下大樓(重達(dá)數(shù)百噸)傾倒觸地時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境更具威脅性及破壞性。不考慮建筑物在空中解體時(shí)的相互牽制作用，在極端情況下，當(dāng)樓體的某一部分以自由落體形式?jīng)_擊地面時(shí)，其激發(fā)的最大地表振動(dòng)速度Ve為[4]：

Ve=0.08(I1/3/Re)1.67

(2)

(3)

式中：I為建筑物觸地沖量，kg·m/s；M為每次觸地的樓體質(zhì)量，kg；h為樓體重心高度，m；Re為建筑物觸地中心至待保護(hù)建筑物的最近距離，m。

盡管本工程中的待爆樓體離周邊房屋建筑物較近，但由于在爆破方案中采用了單個(gè)樓體前后分成兩段、各個(gè)樓體之間進(jìn)行分段的延期起爆技術(shù)，所以爆后樓體將分段、分塊依次觸地。3#樓起爆后，觸地幾何中心至最近的待保護(hù)磚房約為35 m，樓體分兩段逐排依次觸地，每次觸地時(shí)的最大質(zhì)量約為850 t，重心高度約為12 m，計(jì)算得出離3#樓最近的磚房處最大振速約為1.83 cm/s?！侗瓢踩?guī)程》規(guī)定，一般磚結(jié)構(gòu)建筑的振動(dòng)速度應(yīng)控制在2 cm/s以下，故本工程中樓體塌落引起的振動(dòng)對(duì)周圍最近的建筑物不會(huì)造成影響。由于大樓為分段起爆，觸地時(shí)爆破缺口內(nèi)鋼筋的反撐力和前后梁板的拉扯等因素也會(huì)使實(shí)際的觸地振動(dòng)影響進(jìn)一步減小。

5.3 飛石防護(hù)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，飛石無阻擋最大飛散距離Rf為：

Rf=70k0.53

(4)

式中：k為炸藥單耗，本工程爆破時(shí)最大炸藥單耗為1.5 kg/m3。經(jīng)計(jì)算得Rf=86.8 m，因此必須采取必要的防護(hù)措施來控制爆破飛石。具體措施包括：

(1) 對(duì)爆體采用2層竹笆外面加多層綠網(wǎng)(或麻袋)進(jìn)行包覆防護(hù)；

(2)對(duì)待爆大樓爆破切口內(nèi)的前后門、窗及孔洞采用竹笆進(jìn)行全封閉，以防止飛石逸出；

(3) 在爆破切口周圍搭設(shè)脫離式防護(hù)棚或其它柔性防護(hù)；

(4) 對(duì)個(gè)別需特別保護(hù)的對(duì)象進(jìn)行近體防護(hù)。

6 爆破效果

經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、科學(xué)組織施工，3棟樓房同時(shí)爆破，完全按照設(shè)計(jì)方向傾倒，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，保證了周圍建筑物的安全。

(1)結(jié)構(gòu)充分解體，樓體的前沖后坐現(xiàn)象得到了有效控制，樓體向前方傾出約8 m，爆堆最大高度約4 m，反方向基本無后坐現(xiàn)象；

(2)爆破振動(dòng)得到有效控制，未對(duì)周圍的建筑物以及地下管線造成不良影響；

(3)爆破飛石得到有效控制，周圍被保護(hù)的建筑物沒有出現(xiàn)被飛石擊中的現(xiàn)象，周圍民用建筑無玻璃破碎狀況；

(4)基本無爆渣溢出至主干道英溪北路，交通在第一時(shí)間得到恢復(fù)，爆破取得圓滿成功。

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