某高层建筑物拆除爆破实践

刘洪忆　管学铭

(北京科技大学土木与环境工程学院)



某高层建筑物拆除爆破实践

刘洪忆管学铭

(北京科技大学土木与环境工程学院)

摘要目前，大多数高层建筑物采用爆破拆除，由于被拆除建筑物大多处于繁华地段，因此安全性要求越来越严格。以某拆除爆破工程为例，根据工程的特点和难点，在定向倾倒支座支承力及倒塌距离验算的基础上，采用塔楼和裙楼整体做大切口，裙楼部分保留①、②轴梁柱结构作为防后坐的支撑结构，然后整体倾倒的爆破拆除方案，爆破振动符合安全规程，未发生后坐和偏移，爆破效果良好，对此类工程有很大的指导意义。

关键词高层建筑物拆除爆破大切口定向倾倒

在很多的城市拆除工程中，控制爆破以其快速、安全、成本低、效率高的优点得到越来越广泛的应用。现在的拆除爆破理论和技术是在过去被拆建筑物高度小，爆破的场地较为开阔，建筑结构相对较简单的条件下归纳总结经验得来的[1]。随着经济的快速发展，当今的拆除对象变的越来越复杂，拆除的空间越来越狭窄，环保意识日益高涨，因此，更加需要分析塌落过程的倾倒机理，精确计算及完善爆破参数，验证塌落振动是否符合要求，不断完善爆破方案设计，以保证爆破工程的安全。

1工程概述

1.1工程简介

某工程位于重庆市涪陵区两江广场东北侧，共27层，地下1层，地上26层，总高84 m。其中，裙楼地下1层，地上4层，高18 m，占地面积1 250 m2；第5层起为塔楼，每层面积为850 m2，第25、26层为跃层，27层为顶层，高70 m。

待拆建筑西南面紧邻两江广场通往中山路的玻璃罩楼梯，距离为0.2～2.8 m；广场下是2层框架结构商铺，东面是中山路主干道，路对面是御锦江都A区，距离为21.5 m；南面45 m是广场附属建筑(4+2)；西侧41 m为广场配套建筑(4+2)；北面距施工围墙76 m，距影剧院95.5 m，该方向有一个拆迁后留下的空地，由东、西、北面2.5 m高砖砌围墙合围，是理想的倒塌空间。待拆建筑物周边环境见图1。

1.2工程特点及难点

(1)待拆建筑位于涪陵主城区，紧邻中山路和两江广场，周边建筑物高大密集，车流、人流大，特别是离广场楼梯间最近仅20 cm。

图1　待拆建筑物周边环境示意

(2)需拆除的建筑物共27层，高达84 m，为A级爆破。

(3)拟拆除的建筑面积大，约24 950 m2，工程量较大。

2拆除爆破方案

2.1方案的确定

国投大厦的-1～4层为裙楼部分，第4层为转换层，第5～27层为塔楼部分。待拆建筑北侧空地为塔楼部分唯一的倒塌空间；需保护距待拆建筑仅20 cm的广场结构；在两江广场一侧裙楼与塔楼之间有7.2 m的空间，若发生塔楼后坐，该空间可起到保护作用；同时，利用高强度的转换层作为承重平台，可有效减小后坐。为保护广场结构，裙楼部分整体保留倒塌反方向的第一排和第二排的轴柱结构作为裙楼部分倒塌时防后坐的支撑结构，爆后再机械拆除[2-3]。在此原则下，决定采用塔楼和裙楼做大切口，然后整体倾倒的爆破拆除方案。

2.2爆破前预处理

在保证待爆建筑结构稳定的前提下，为了获得比较理想的爆破效果，减少钻孔工作量，保证待爆建筑的顺利倒塌，必须在爆破施工前对建筑物的结构进行预处理：

(1)非承重墙预处理。爆破缺口部分的非承重墙用人工配合小型机械预拆除，剩余框架结构。

(2)楼梯的预处理。剪断爆破缺口部分楼梯，破坏其整体性，以免影响整个楼体的倾倒。

(3)电梯井用小型机械预拆除，化墙为柱，处理高度为裙楼底层到塔楼第二层。

3爆破参数设计

3.1定向倾倒支座支承能力

填充墙部分是砖混结构，其密度约1 600 kg/m3，而长1 m厚200 mm的任一楼层的墙体积为0.6 m3，故1 m墙的质量为960 kg。楼板厚100 mm，梁、柱、底板均为钢筋混凝土结构，其密度大致为2 551 kg/m3。

根据楼体的结构图，计算出塔楼每层楼的填充墙体总长度为236 m，柱子的截面积总和为9.8 m2，楼板面积为761 m2。因此，倾倒楼体总重为13 384 t，裙楼楼体柱的截面积总和为23.1 m2，所受轴压为5.7 MPa。

待拆建筑支承结构的钢筋混凝土柱均采用C30混凝土，其所能承受的轴压为30 MPa。为了避免由于支座面积过小造成楼体的整体下坐和后坐，计算保留的支座达到极限抗压强度时的面积为4.37 m2。经分析楼体的结构平面图并计算可得，裙楼设计支座(①、②轴支座)截面积总计为9.1 m2，大于最小柱截面面积4.37 m2，因此，保留①、②轴的支座可以满足支承能力的要求(图2)。

图2　楼体结构及雷管分布示意

3.2倒塌距离估算

楼体最远落地点距裙楼外廓投影线的距离为倒塌距离[3]。倒塌时②轴支点位置作为铰点，②轴到裙楼外廓的距离为31 m，塔楼1～12楼共36 m；13～22楼共30 m，塔楼上半部分的倾倒距离取其高度的一半，故从裙楼外廓投影线起，计算倒塌距离为35 m。

3.3爆破切口高度的确定

如图3所示，在楼体切口闭合瞬时，结构处于极限平衡状态，即结构上部重心正好在通过支点E的垂直线上，若要楼房倾倒，只要α≥α1，由几何关系得[4]

(1)

式中，h为爆高，m；H为楼房重心高度，44 m；L为楼房宽度，22.2 m。

图3　爆破切口高度示意

计算得出h≥6.6 m。

为了保险，爆破缺口的高度需要乘以一个系数K(1.5～3)，同时，为了避免支撑，需要将⑤轴和⑥轴的柱子炸至转换层，最终确定爆破切口高度为20 m。

3.4装药结构

矩形立柱长宽比A/B≤1.5，单节装药，即孔底集中装药；矩形立柱长宽比A/B>1.5，则采用双药包间隔装药，爆破高度统一取2 m，立柱钻孔及装药结构见图4。

图4　立柱钻孔及装药结构

3.5爆破网路

各轴起爆时差为⑤轴、⑥轴0.5s，④轴1s，③轴1.5s，②轴3.5s，段别为HS2、HS3、HS4、HS8(图2)。采用非电导爆管雷管孔内微差双闭合复式起爆网路。孔内采用非电半秒延期导爆管雷管起爆，孔外采用HS1段非电毫秒雷管簇联，然后用导爆四通连接。

4爆破振动安全

爆破时引起的建筑物地面质点的振动速度V可按下式计算：

(2)

式中,Q为一次齐爆药量，45 kg；R为爆区中心离建(构)筑物的距离，m；K为受地质、地形条件影响的系数，取145；α为与地形有关的地震波衰减指数，取1.8；K′为减振系数，0.3～0.7，取0.6。

为了保护周边建筑物，在待拆建筑物周围设置6处测点，布置TC-4850型测振仪，计算结果及实测数据见表1。可见，爆破振动控制在安全规程允许范围之内[5]。

表1　测点爆破振动最大值

5结论

某拆除楼房高84 m，最近的建筑物距离仅为20 cm，爆破高度和爆破困难程度在国内少有。在分析周边复杂环境以及楼房结构的基础上，计算楼体重量，从而确定定向倾倒支座的支承力，根据楼高确定倾倒距离，用重心偏出方法计算爆高，采用孔底集中装药，各轴段分段起爆，最终取得了良好的爆破效果，建筑物按照设计方向倾倒，没有发生后座以及偏移，振速控制在合理的范围内，对周边建筑物起到了很好的保护作用，爆破拆除效率高。高耸建筑物裙楼和塔楼整体做大切口、整体倾倒拆除爆破实践为类似工程提供了很好的借鉴。

参考文献

[1]周志强,易建政,王波,等.控制爆破技术研究现状及发展建议[J].四川冶金,2009,31(6):59-64

[2]汪旭光，于亚伦．拆除爆破理论与工程实例[M]．北京：人民交通出版社，2008．

[3]金骥良,顾毅成,史雅语.拆除爆破设计与施工[M].北京：中国铁道出版社,2004.

[4]周家汉,陈善良,杨业致,等.爆破拆除建筑物时震动安全距离的确定[J].爆破,1993(S2):165-169，174.

[5]周家汉．爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[J]．工程爆破，2009，15(1):1-4

(收稿日期2015-11-07)

刘洪忆(1990—)，男，硕士研究生，100083 北京市海淀区学院路30号