複雜環境下高層框架樓定向爆破拆除實例與分析

楊年華

（鐵道科學研究院   北京  100081）

爆破測振儀,爆破振動監測儀,爆破振動監測儀-中科測控http://www.zkck.com

摘要：結合某複雜環境下高層框架樓定向爆破拆除，分析了確保爆破成功和安全的幾條重要技術要點。①後排支撐柱的起爆延時不應過大，最後排柱與次後排柱的起爆延時宜在150ms左右；②倒塌場地的平順和傾斜方向對爆堆影響不可忽視，在複雜環境下可利用倒塌場地傾斜方向來控製爆堆塌落範圍；③爆堆側向坍塌範圍主要取決於側邊磚牆垮塌散落程度；④飛石防護材料應有足夠的強度和韌性阻擋飛石拋散，又要有良好的透氣性，使爆炸氣體可自由擴散；⑤樓房後排下坐可能是首次觸地，其觸地振動較大。

關鍵詞：定向爆破，拆除，框架結構，觸地振動

1．爆破拆除工程概況

海南省“半拉子”爛尾樓較多，嚴重影響了城市的發展，近來海口市加大了拆除爛尾樓的力度，高層爛尾樓采用爆破拆除。瓊山區玉李新村1棟9層框架爛尾樓成功爆破，拉開了市政府緊急依法處置爛尾樓項目的序幕。由於城市建設的發展，有些爛尾樓周圍已建設有很多商用或住宅樓房，周圍環境條件十分複雜，給爆破拆除增加了難度。玉李新村這棟爛尾樓建於1988年，框架結構已封頂，50%內部牆體已完工，建築高度27m，長26m，寬11.5m，建築麵積2679m²，長度方向有8~9列承重柱，寬度方向為3排承重柱，共計25根承重柱。承重柱橫截麵為長方形，梁橫和樓板為現澆結構。因欠缺施工圖紙，混凝土標號及梁柱配筋不詳，混凝土風化程度不均。另在中部樓梯處有“十”字形剪力牆，厚度為500px。待拆除樓房周圍環境十分狹窄，前麵雖有傾倒場地，但要求保護倒塌場地內已建至±0民房基礎層，側邊0.5~0.7m有居民自建樓房需要保護，後側8.4m有汽車修理車間。建築環境平麵圖見圖1，爆破拆除建築的剖麵圖見圖2。

圖1  建築物爆破拆除的環境平麵圖 

Fig.1 Sketch of surroundings of building demolition blasting

2．爆破安全控製的難點

根據此爛尾樓拆除的環境條件和結構特點，其爆破安全控製方麵主要存在以下難點：

(1)   爆破定向準確度要求極高，因向右側偏斜0.5m就會傷及需保護的民房建築；

(2)   側向坍塌控製極嚴，要求9層高建築倒塌後，爆堆的一側坍塌控製必須在0.5m以內；

(3)   在如此近距離範圍將爆破振動和塌落振動控製在安全值以內難度較大；

(4)   爆破樓房一側0.7m就是居民住宅窗戶，而且另外一側和後側5~10m都是低層樓房和莊稼，一旦產生大量飛石將造成嚴重經濟損失。

3．爆破設計技術要點

(1)     爆破切口。定向爆破切口分上下兩層，特別是底部切口要盡可能對稱，保證定向準確。為了使傾倒順利，底部主爆破切口最大炸高至第4層，上部副爆破切口炸高為5~7層，4層以上隻在每根立柱下半段布4個炮孔，作弱鬆動爆破，讓框架結構定向傾倒後解體更徹底，並有效減小前方傾倒範圍和塌落振動強度^[1]。

(2)     起爆網路。為了確保定向準確，起爆延時分段的原則為：同排柱同段起爆，避免傾倒過程中發生扭轉；為了盡可能減少爆破誤差對樓房傾倒方向的影響，將底部切口範圍的第一、二排柱設都為2段(25ms)雷管起爆。作為旋轉支點的第三排柱為11段(460ms)雷管起爆，上部切口範圍全部為12段(550ms)雷管起爆，其設計意圖是當建築物開始傾斜後，上部切口才爆破不影響傾倒方向，也有利於解體。

(3)     爆破參數。理想的爆破參數應滿足底層切口內柱體徹底炸毀，但爆破飛石又能控製在安全距離範圍內。由於缺乏施工圖和相關資料，對450×600mm²和400×600mm²兩種柱體的混凝土標號及配筋情況不明，隻能根據試炮來確定合理爆破參數，其中最重要參數是炸藥單耗q。試驗後確定底層立柱q=1.2~1.3kg/m³，後排支撐柱q=1.0kg/m³；2~3層立柱q=1.0~1.2kg/m³；4層以上立柱q=0.8~0.9kg/m³。由於柱體截麵為長方形，炮孔內分二段裝藥，使得藥量分布更均勻。

(4)     預處理。為了實現準確定向、控製爆堆側向坍塌範圍，確保側邊建築物的安全，在爆破前要做以下預處理工作：

a)   樓房內剪力牆預拆除。先用風鎬在剪力牆周邊鑿縫，然後將縫間鋼筋全部割斷，則可拆除整塊剪力牆。樓房內剪力牆主要是加強樓房的整體剛度，拆除後不影響建築物的穩定，相反有利於爆破後順利倒塌。

b)  邊牆預先由用人工拆除。實踐證明，爆堆側向坍塌範圍主要取決於側邊磚牆垮塌散落程度。為了嚴控爆堆側向坍塌，預先拆除邊牆，由人工向內部敲落，再將碎碴清理到樓層內部。

c) 預先拆除靠近保護民房窗戶1m左右的柱體，盡可能減小爆破對鄰近民房的衝擊破壞，柱體預拆除的方法是用風鎬上下鑿縫，再將縫間鋼筋割斷，用人工將立柱向裏側拉倒。此外，試爆柱與預拆除柱位置宜對稱。

d) 爆破切口範圍內的樓梯預先砸斷，但必須保留連接鋼筋，以保證施工安全，同時防止樓梯影響定向傾倒。

進行以上必要的預拆除之後，即可實現樓房順利定向倒塌，滿足爆破安全的設計意圖。

(5)     近體飛石防護。近體防護材料應具有以下兩個特性：一方麵有足夠的強度和韌性阻擋飛石拋散；另一方麵有良好的透氣性，使爆炸氣體可自由擴散，避免巨大氣壓將防護體連碎石一同拋出。實踐證明竹芭是很經濟的優質防護材料，它既有強度和韌性也有良好的透氣性，防護飛石效果很好。爆破前在柱體四麵掛設2~3層防護竹芭，然後每間隔15~500px用10#鐵絲綁紮2~3圈，基本能將爆碴擋在1m範圍內，主要飛石控製在3m以內。此外又將被保護建築的窗戶用木板嚴實圍擋，盡可能保護門窗的安全。

(6)     減振墊層。由於倒塌場地左半側有已建至±0的民房基礎，為了保護已建基礎，應在基礎層上墊鋪鬆土作緩衝減振層，鬆土墊層厚度為0.8m~1.0m。

(7)    

振動檢測。為了檢驗爆破振動和塌落振動對近在咫尺的民房安全影響，爆破前將振動傳感器安放在保護民房的屋內地麵上，且距離待爆破拆除樓房最近的牆角處，見圖1。傳感器距待爆破拆除樓房側邊最近距離為1m，離最近的爆破立柱2.5m，檢測如此近距離的樓房拆除爆破振動和塌落振動風險很大，其波形見圖3。

圖3  近距離檢測的爆破振動和塌落振動波形

Fig.3  The wave of blasting vibration and collapsevibration near the demolition building

4．爆破效果與分析

根據倒塌過程的錄像資料和爆破後現場調查分析，本次爆破非常成功，取得了滿意的效果，具體表現在以下幾方麵：

(1) 傾倒方向非常準確。樓房完全準確地落入預定的倒塌範圍，右側0.7m緊鄰的保護居民樓沒有受到任何碰撞和擠壓。爆破樓房整體傾倒，後坐約1m，右側坍塌擠出寬度僅0.4m，達到了預想的效果。根據這次爆破後爆堆形態分析，之所以爆堆向右側坍塌擠出0.4m，主要是因為倒塌場地左側加高了0.8m厚鬆土，左右兩側高低不平，致使結構體倒地後向右側少量傾斜，見圖4。幸好場地左右兩側高差不大，但由此也得到一條重要的教訓——“倒塌場地的平順和傾斜方向對爆堆形態的影響不可忽視”。          圖4 場地不平對爆堆形態的影響

Fig.4 Theinfluence of uneven ground to blasting muck-pile

(2) 爆破振動和觸地振動輕微。緊鄰右側居民樓內距離爆破樓房僅1m遠處最大爆破振動垂直質點速度峰值僅為47.5px/s；最後排柱下坐觸地產生的振動垂直質點速度峰值最大達50px/s，而樓房向前傾倒觸地的振動垂直質點速度峰值為25px/s。這樣的振動量級小於《爆破安全規程》的允許值，振動在安全範圍內，沒有對鄰近居民樓造成損害。另外從檢測的振動波形分析，初始爆破振動與後排下坐觸地振動形成的振動相位時差為0.15s，樓房向前傾斜觸地時間為0.85s，觸地後框架繼續受衝擊作用發生解體破壞，全部持續振動時間長達2.4s。由此可以推測，這次爆破過程中最後排支撐柱的爆破延時設在0.43s，等於該爆破發生在最後排柱下坐垮塌後，最後排爆破點沒起到轉軸支點的作用；同時也反證了定向爆破時最後排支撐柱起爆時間應比前排遲0.15s以內，若最後排柱爆破延時時間過長，也就起不到定點轉軸的作用。雖然每棟樓房的結構和強度不一樣，最後排發生下坐破壞的時間有差異，但這次近距離振動檢測證明了最後排下坐破壞發生的時間比預想的短很多，以往半秒逐排等差延時的起爆順序欠合理性。根據多次實踐經驗的總結，作者認為：若傾倒縱向有多排立柱，第一排柱與第二排柱的起爆延時可以到0.5s，以後各排柱之間的起爆延時應逐漸縮短，最後排柱與次後排柱的起爆延時宜在0.15s左右。因此一般的樓房拆除爆破用毫秒分段雷管更好，半秒等差雷管應慎用^[2]。

(3) 飛石防護效果好、爆破聲響小。根據爆破後現場調查和倒塌過程的錄像資料，發現爆破體周圍飛石很少，樓房觸地沒產生飛濺。相距0.7m的民房窗戶玻璃都沒有破損，爆破安全防護非常成功。