川渝拆除17713551981(浙江京安爆破工程有限公司)
1)工程概况
(1)大楼的结构和形状
鄞县物资大厦位于宁波市江东北路,系框剪结构。地面以上有15层,高55m;地下室1层,高为4.5m。大楼南北两侧为裙楼(南侧为4层裙楼,北侧为2层裙楼),在主楼爆破前先行拆除。主楼地面以上部分建筑面积约9000m2,截面呈六边形(边长为35m的正三角形截去3个边长为7m的小正三角形);中心偏东部分为芯筒,亦呈六边形(边长为9m的小正三角形截去3个边长为2m的小正三角形),筒壁为钢筋混凝土剪力墙结构,芯筒内设有两个电梯井、上下楼梯等,结构紧凑、坚固异常,剪力墙厚度为25cm。大楼三楼以下为营业大厅,四楼为技术层(设备层),五楼以上为办公楼层。大楼承重立柱规格多样,形状不,有正方形、楔形、梯形、草莓形、Y形等,各层楼面均为现浇钢筋混凝土楼板,与立柱、剪力墙、主次梁组成一个十分坚固的框剪结构。主楼平面形状如图9-16所示。
图9-16大楼的平面形状
(2)大楼的周围环境
大楼西侧为江东北路上街沿,宽约5m,江东北路主干道宽约20m,马路对面为五星级宾馆——中信国际大酒店,其外墙为玻璃幕墙;北侧15m处为两层商业临时用房,尚在营业之中;大楼南侧为拆除空地,往南90m处为百丈路;东侧150m范围内为已拆除空地,东南侧90m处为露天菜市场。江东北路、百丈路均为宁波市区交通主干道路。江东北路上街沿地面上有路灯、交通指示牌、电话亭等设施。距离待爆大楼外墙3m处有10kV地下电缆沟,5m处为φ00mm水泥供水管,埋深50cm,6m处为通信电缆沟。大楼周围环境见图9-17
2)拆除爆破设计
(1)方案选择
根据大楼的结构特点及周围环境,决定先釆用杋械法拆除南、北两侧的裙楼,对主楼实施爆破使其向东定向倾倒,然后釆用杋械法(镐头机)进行二次破碎。
(2)立柱爆破高度
①倾倒方向前排立柱爆破高度
由于大楼前半部分(沿倾倒方向)结构复杂,内容物众多,为确保大楼顺利倒塌,参照类似
工程,前排立柱破坏高度按以下经验公式计算:
H= Stange(9-15)
式中:B大楼东西宽度,B=24.25m;
φ—缺口仰角,一般φ=15°~40°,取g=34
计算得H=16.35m。大楼第四层(技术层)顶处标高16.0m,故决定前排立柱炸到第五层,其爆破高度为17m。
⑨每排立柱的爆破高度
立柱的爆破高度与立柱的尺寸、形状、布筋数量及其材料的屈服强度等因素有关。该楼立柱的截面形状极为多样,布孔参数及最小抵抗线极难掌握。为确保立柱炸透,除采用合适的单位炸药消耗量外,适当缩小孔距亦为一个重要手段,故决定取孔距为35cm,一、二层前三排立柱布孔7个,确保爆破高度在1.8~2.0m之间,次两排立柱爆破高度为1.0~1.5m,最后一排立柱作为支撑铰链,爆破高度在0.3~0.5m,如图9-18所示
图9-17物资大楼环境平面图
图9-18下缺口爆高示意图(尺寸单位:mm)
(3)缺口闭合时重心偏移的校核
假设大楼的重心是大楼的几何中心,则重心高度为大楼高度的一半,即27.5m,那么根据缺角的正三角形的边长,a=35m;a为正三角形锐角之半,a=30°ha
图9-19中所示的几何关系,重心与前排立柱的距离为:x=(a/2)tana=10.1m,其中:a为未如图ρ20所示,爆破缺口髙度为1ˆ.m时,爆破后的大楼以后排立柱为支撑点向前倾倒时,假设大楼的转动为刚体运动,下缺口闭合时,大楼倾斜后重心O在地面上的投影为P点
(见图9-20),则大楼重心前移量为CP=AP-AC;AC=24.25-10.1=14.15(m);AP=AOcos(∠OAC-∠DAC);AO依据勾股定理计算得:AO=30.92m,∠OAC-∠DAC=27.7则CP=13.22m。由于CP(13.22m)>CB(10.1m),即大楼下缺口闭合时,重心已移出前排
立柱,加上转动的惯性作用,大楼将顺利地前倾触地。
(4)立柱和剪力墙的布孔参数
由于立柱截面形状的多样性,如何布设炮孔及药包,使待爆立柱各个方向上的最小抵抗线基本相等,确保立柱炸透,以保证大楼的顺利倒塌及定向准确,成为设计和施工中的一个大难点。图9-21为草莓形、楔形、梯形、Y形立柱以及剪力墙的布孔方式和装药结构。由于对不同立柱采用了不同的布孔方式,同时在施工过程中严格贯彻了设计意图,精心施工,确保炮孔位置的准确性,从而确保了爆破效果和大楼的顺利倾倒。
图9-19重心至前排立柱的距离(尺寸单位:m)
图9-20大楼倾倒重心偏移示意图(尺寸单位:m)
图9-21不同断面形状的立柱和剪力墙的布孔方式和装药结构(尺寸单位:cm)
a)草莓形立柱;b)楔形立柱;c)梯形立柱;d)Y形立柱;e)剪力墙
(5)上爆破缺口的处理
为实现大楼的定向折叠倾倒,以减少塌落振动,在大楼的九、十两层亦布设爆破缺口(称为上爆破缺口)。具体方法为:对芯筒剪力墙作预处理的同时,对保留部分的剪力墙及内立柱亦布三排孔进行爆破作业;考虑到高空爆破作业时飞石防护比较困难,为安全起见,大楼外墙及周边立柱不进行钻爆作业,仅对前排立柱和外墙作弱化处理。这样,由于九、十层内部芯筒及立柱已炸断、前排立柱和外墙已弱化,故大楼在倾倒过程中将出现层间移动错位,实现大楼的弯腰”折叠。实际爆破倾倒过程亦证明了这样设计是正确的。
(6)各排立柱及上下缺口的分段延期爆破
为确保定向的准确性,从倾倒方向的前排立柱起对各排立柱依次延期起爆。考虑到大楼的重心偏前,且后半部分承重立柱较少,为确保爆破瞬间后半部分立柱仍能保持短暂的支撑作用,以有利于定向的准确性,同时为了防止后排立柱折断、后坐,后三排立柱采用同段雷管起爆。因此,大楼下缺口前后六排立柱共分成三个时段起爆,分别采用MS2、HS2、HS3雷管起爆,上缺口的爆破宜在大楼开始前倾后一定时间起爆,故采用了HS5段雷管起爆,即上缺口比下缺口延迟1s起爆。事实证明,这样处置取得了预期的效果。
(⑦)炸药品种和单位炸药消耗量的选择该工程所用炸药为乳化炸药。炸药单耗与爆体的形状、尺寸、布筋情况及药包分布等许多因素有关。本工程中,考虑到剪力墙系薄壁结构,炸药单耗宜大,定为1500~1600g/m3。立柱的炸药单耗依截面形状的不同而异(表9-9)。试爆证明,上述所选择的炸药单耗基本合理。正式装药爆破时,对一、二层楼立柱底部3个炮孔增大30%的药量,三层以上减少15%药量;九、十层上缺口的炸药单耗选为600g/m3,仍比常规爆破作业偏大,这是因为考虑到每根立柱仅布3个炮孔,上下夹制作用大,不易炸开的缘故。
立柱的炸药单耗 表9-9
3)爆破作业的安全措施
(1)飞石的控制和防护
飞石的无阻挡最大飞散距离用下式计算:
L=70q03 (9-16)
式中:L飞石无阻挡最大飞散距离,m;
q炸药单耗,取q=1.2kg/m3。
经计算,Lr=77m,说明飞散距离较大。为此,对立柱布孔部分采用橡胶输送带和两层竹笆、麻袋包扎,同时搭设脱离式全封闭防护棚,其高度超过爆破缺口高度2m以上。虽然防护工作量及费用很大,但有效地控制了爆破飞石,确保中信国际大酒店的玻璃幕墙安然无恙。
(2)塌落振动的控制
由于大楼的高度大,必须对塌落振动进行评估。整幢大楼前后分三段起爆,因此爆后大楼在空中的错位、撕裂十分明显,并依次分三部分先后触地倾倒。不考虑建筑物在空中解体时的内能消耗,大楼冲击地面时激发的最大塌落振动速度为
=0.08(13/R)167 (9-17
式中:R建筑物触地中心至待保护建筑物的等效距离,R=35m;Ⅰ建筑物的触地冲量,Ⅰ=m(2gh)2;m2-每次触地的楼体质量,m=3000m2×1000kg/m2=3×106kg;h——重心高度,取大楼高度的1/2,即27.5m。
经计算得,v=4.88cm/s根据计算,此振动速度偏大,但由于爆破上缺口的开设,实际上每次触地的楼体质量将减半;同时在大楼前方触地部位铺设两条宽1.5m、高1.0~1.2m的缓冲带,此举有效地降低了塌落振动。根据爆破时的振动测量,中信国际大酒店处测得地表振动速度为0.56cm/s,这充分证明上述减振技术措施是充分、有效的
(3爆破振动速度的计算
地下室的爆破作业引发的爆破振动较大。按地下室爆破作业时控制的4kg最大一次齐爆药量,利用下式计算振动速度
K(Q/R)(9-18)
式中:U爆破振动速度,cm/s
Q最大单段齐爆药量,kg;
R爆源到测点的距离,R=35m;
K,a—与爆区地形、地质条件有关的系数或衰减指数,本工程取K=200、a=1.8经计算得,υ=0.76cm/s这表明计算的爆破振动速度远小于《爆破安全规程》(GB67222003)规定的安全允许振速,也小于大楼塌落时产生的振动,实际测试结果亦证明了这一点。
(4)地下管线的保护
大楼倾倒背侧的江东北路上街沿下的水、电、通信等市政管线与市民的生活密切相关,必须采取可靠的措施予以保护。大楼在前倾的同时,必然有部分外挑构件后坠,同时极有可能产生立柱后坐。为此,我们在上街沿路面上铺设厚2cm的钢板,其上再铺设厚0.5~1.0m的层沙袋。
4)技术点评
(1)该工程高度15层,截面为多边形,框架剪力墙结构,尤其是楼内的芯筒剪力墙(电梯井加楼梯)非常坚固,给拆除爆破带来了一定的难度。
(2)所采取的技术方案、爆破参数、防护措施是合理的,包括采用时间差逐排起爆大楼承重立柱的方案、对不同断面形状的立柱和剪力墙采用不同的布孔方式和装药结构、预处理措施等。
(3)爆破效果达到了预期的效果。2004年5月15日早晨6:00实施爆破,大楼按预定设计方案向东折叠倾倒在两条缓冲带上,除楼顶上的水箱结构未完全解体外,大楼梁、柱均充分断裂,各楼面相互层叠,爆堆高度不超过8m。爆后大楼未产生后坐,虽然有部分外挑构件后坠在路面上,但钢板和沙袋起到了保护作用,地下管线未受影响,特别是地表以下0.5m深处的水泥供水管,完好无损。
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