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爆破拆除案例广州市旧体育馆的拆除爆破

川渝拆除17713551981


(广东省宏大爆破工程公司)

1)工程概况

广州市体育馆位于广州市中心繁华地带,东距解放北路约30m,隔街75m是越秀公园,南邻流花路,与中国大酒店相距110m,北距兰辅路30m,西邻锦汉大厦和中国出口商品交易会,距锦汉大厦最近处仅10m(图10-1)。广州体育馆占地11000m2,总建筑面积为43215m2,为苏式大跨度薄壳拱梁结构,由比赛馆和南北两楼及西北角加建的三层钢筋混凝土框架结构房组成。比赛馆为东西长91.5m,南北宽56.4m,高23m的钢筋混凝土结构,由11排跨度56m的钢筋混凝土大拱梁组成骨架,l68根钢筋混凝土立柱支起整个看台。南楼是休息馆,东西长83.3m,南北宽24.8m,三层砖混结构,有5排共62根立柱。北楼是训练馆,东西长83.3m,南北宽39.3m,由401根钢筋混凝土立柱、20根砖柱及部分承重墙支撑。

2)总体拆除方案

(1)倾倒方向

比赛馆:采用内向折叠倒塌,东门向西倒塌,西门向东倒塌。南楼向北倒塌,北楼向南倒塌。

(2)部分楼房在爆破前用人工和机械方法拆除

①先期拆除的范围:南楼和北楼的四个二层楼房;加强楼;北楼(阳)~(致)×(13)~(38)轴之间的1~3层楼全部拆除。

②预拆完毕后,爆破的楼房分三块:比赛馆(含山墙及东西门);北楼(雨)~(金)×(19)~(32)轴;南楼(地)~(洪)×(18)~(23)轴。

(3)爆破分区设计

①南楼与比赛馆之间有伸缩缝,是两个独立结构建筑物,结构特点与倒塌方向要求不同,因而分别进行设计;

②北楼部分拆除后,与比赛馆分离,单独进行设计;

③鉴于西门向东,东门向西倒塌,将比赛馆分成三个部分进行爆破设计:比赛馆立柱及屋架)单独进行考虑;东山墙及东门单独进行考虑;西门山墙及西门单独进行考虑。因而地面以上建筑物分五个区域进行设计:I:比赛馆11跨(立柱及屋架梁)爆破设计;:东山墙及东门设计;:西山墙及西门设计;Ⅳ:南楼爆破设计;V:北楼爆破设计

图10-1周围环境平面图

图10-1周围环境平面图

3爆破参数设计

夲设计以比赛馆爆破参数设计为主,南楼爆破参数设计和北楼爆破参数设计等从略。

(1)爆高及缺口长度设计

①立柱的爆高

钢筋混凝土框架承重立柱失稳的爆高按下式计算:

h=K(B+hmin)=1.5×(1.85+0.44)=3.44(10-1)

取h=3.5m。

式中:K—经验系数,取1

B承重立柱截面的最大边长,B=1.85m;

h-根据压杆失稳条件Pa=πEJ(4hm)得:hm=12.5(d为主筋直径)=

12.5×0.035=0.44(m)

Pn每根钢筋载荷;

E—钢筋的弹性模量;

J——钢筋的惯性矩。

为确保立柱解体充分,分别在士0.0炸3.0m高,+4.5和+8.8m平台以上各炸2m高;

(23)轴士0.0,十4.5平台炸3.5m高,+8.8平台炸2m高。

②钢筋混凝土屋架的缺口长度及位置确定钢筋混凝土屋架跨度特大,考虑在空中解体成三段落地,减少着地点冲击能量及便于二次破碎,缺口位置选在延期时间为0.4~0.65s的屋架截面最小处,缺口长度为4.5m。

③比赛馆爆破缺口

比赛馆爆破缺口如图10-2所示。

(2)炮孔布置

①立柱炮孔布置

根据结构情况及便于打孔装药采用沿截面短边方向钻凿炮孔,参数如下:最小抵抗线

W=250mm;炮孔深度L=300mm;炮孔间距

a=350~400mm;炮孔排距b=400mm

士0位置共布8排孔,每排4孔,而第7排、第8排各5个孔,每根立柱共布34个孔,

图10-2比赛馆爆破缺口(尺寸单位:m)

图10-2比赛馆爆破缺口(尺寸单位:m)

(23)轴每柱39孔

4.5平台位于500mm×1850mm截面以上,布置6排炮孔,每排5个孔,每柱布孔6×5=30孔,(23)轴每柱48孔。+8.8平台位于500mm×2300mm截面之上,布置6排炮孔,每排6个孔,每柱布孔6×6=36(孔)。

②屋架炮孔布置

延期时间为0.4~0.6s处,该段屋架面筋较小,可以布置单排垂直炮孔,炮孔布置参数如下:最小抵抗线W=250mm;炮孔深度L=950mm;炮孔间距a=400mm。

③比赛馆钢筋混凝土屋架及立柱炮孔布置参数

参数如表10-1所示

比赛馆钢筋混凝土屋架及立柱炮孔布置 表10-1

比赛馆钢筋混凝土屋架及立柱炮孔布置 表10-1

(3)起爆顺序及延期时间设计

根据比赛馆的结构特点,经模拟计算,采用非电毫秒延期起爆技术,中间(23)轴的屋架先行起爆,并以0.5s时间间隔拉动东西两侧屋架向(23)轴靠拢。

(4)装药量

为便于装药,选用乳化炸药作为工程用药,装药量设计统一按体积公式计算,炸药单耗根据布筋及混凝土强度等级初选,最终由试爆确定单孔装药量按下式计算

q= Kabb(10-2)

式中:q单孔装药量,g;

K—依配筋及混凝土强度等级选用的单位体积炸药消耗量,g/m3;

a—炮孔孔距,m;

b—炮孔排距,m;

B柱的宽度,m

各立柱及屋架的总孔数为192个,总药量14.4kg。

4)爆破网路设计

(1)起爆器材及起爆方法

选用先进性和安全性最优的塑料非电导爆起爆系统。考虑到建筑群面积大,多单元同时起爆,为避免孔外延期造成盲炮,本设计全部采用孔内延期(比赛馆、南楼、北楼选用非电半秒延期导爆雷管),保证起爆的可靠性;选用髙能起爆器起爆电雷管。起爆方法:用电雷管引爆建筑群导爆管网亠各单元导爆管网亠单元内各轴线导爆管小区网亠木轴各柱(墙)导爆管环路丶夲柱的瞬发非电雷管引爆“大把抓”内的塑料导爆管→炮孔内非电毫秒(半秒)延期雷管→引爆孔内炸药。

(2)起爆网路设计

每层单根柱的炮孔数有多有少,炮孔最多者为比赛馆(23)轴+4.5层,炮孔数48个,按大把抓”每扎20根为准,该柱分三扎。爆破总孔数和总炸药量的汇总见表102。

爆破总孔数和总炸药量的汇总表 表10-2

爆破总孔数和总炸药量的汇总表 表10-2

5)安全振动速度计算

(1)爆破振动速度

爆破振动速度计算式为:

U=KK(Q/R)o (10-3)

式中:U爆破引起地面质点垂直振动速度,cm/s;

K,K′,α与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数,K取50,K取0.33,a取1.3;

Q最大响一段药量,Q=46.5kg;

R爆源中心到测点距离。

爆源中心到锦汉大厦距离为57.7m,爆源中心到地铁工地距离为95m,爆源中心到中国大

酒店距离为170m。

将有关数据代入上式得到:锦汉大厦的振动速度为0.45cm/s,地铁工地的振动速度为

0.23cm/s,中国大酒店的振动速度为0.11cm/s

根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)规定,框架结构楼房允许的安全振动速度为

5.0cm/s,地铁公司规定允许振动速度lcm/s,可见本爆破工程对相邻最近的建筑物不会造成

危害。

(2)建筑物塌落振动速度

按照爆破顺序,比赛馆(23)轴两架屋架最早同时起爆,冋时落地冲击地面。根据计算,每

架屋重220t,质心高度16.5m,(23)轴距锦汉大厦为57.5m,两屋架冲击地面引起锦汉大厦的

振动速度为:

(10-4)(10-4)

式中:K,K,a—意义同前,K=50,K′=0.33,a=1.3;

m2两架屋架质量,G=440000kg;

h——屋架重心高度,h=16.5m;

R意义同前,R=57.5m。

代入上式计算得v=0.3cm/s。地铁工地离(23)轴有95m,用上式计算得v=0.15cm/s;考虑到最靠近锦汉大厦的(44)轴屋架爆破时落地冲击地面,它离锦汉大厦只有23m,采用上式验算冲击振动速度υ=0.73cm/s;(⑦)轴屋架最靠近地铁工地,相距地铁80m,用上式验算冲击振动速度v=0.13cm/s。由此可见,冲击振动仍然离国家规程允许值5cm/s和地铁公司规定值lcm/s有相当大的富裕系数。经设计计算夲工程不论爆破振动还是冲击振动,均可确保安全。

(3)基础爆破振速控制

为确保基础爆破振动不超标,考虑采用两种最不利因素来衡量基础爆破的振速:是振动距离按锦汉大厦最近距离23m,二是振速标准按最严格的地铁标准lcm/s控制。最大段单响药量按下式计算

Q=(U/KK )3/R3(10-5)

将v=0.5cm/s,R=23m,K=50,K=0.33,a=1.3代入上式等:Q=3.8kg。

(4)爆破飞石的防护设计

①近体防护设计

这种防护体系是针对建筑物拆除爆破梁、柱和墙体的防护,第一层用竹笆包围,第二层用铁板围护。竹笆尺寸为1.0m×1.5m,考虑接口因素,竹笆件数=3548/(1.0×1.5)×2.0=4730(件);铁板尺寸为0.8m×1.5m,考虑接口等因素,铁板张数=3548/(0.8×1.5)×2.57390(张)。

②远体防护设计

远体防护实际是架设双排架排栅,在排栅上挂上一层竹笆,既起到防个别飞石,又起到削减冲击波的作用。该防护排栅离建筑物外墙3~5m,高度在最髙爆破缺口之上并以45°角扩展。每米防护架约需毛竹150m。考虑到体育馆西南侧有车辆进岀,防护排栅外侧不设斜撑改为内斜拉杄,拉杄搭接在体育馆柱、窗上。毛竹用量为400×150=60000(m);竹笆尺寸为1.Om×2.2m,考虑搭接因素,竹笆件数=6400/(1.0×2.2)×1.3=3780(件)。

6)降尘设计

(1)产生粉尘的原因

①预拆除时留到楼面和地面的碎渣,建筑物塌落时扬起粉尘。

②装药部位,爆破时粉碎圈的介质被高压气体带出,产生粉尘

③墙体、梁、柱、板在冲击地面时自身破碎,产生粉尘飘扬。

(2)降尘措施

①将预拆除的碎渣集中成堆并淋水,地面和楼板起爆前一天清洗干净。

②爆破时的灰尘大部分来自砖墙,爆破前将砖墙皮剥掉,用水管淋湿

③用消防车喷水除尘

7)技术点评

(1)广州旧体育馆控制爆破被新闻媒介称为“中国第一爆”,是当时中国爆破史上规模最大、施工速度最快的一次爆破,也是技术最新的一次城市控制爆破。拆除爆破共钻孔6264个,总装裝药量335.94kg,分八段起爆,最大段药量62kg。爆破飞石控制在10m范围内。在四周采取高压水幕除尘,并用直升机投放森林灭火水弹等多项新技术控制粉尘。

(2)广州旧体育馆的比赛馆是钢筋混凝土薄壳结构,整个馆架由11排质量各227t、跨度49.8m的钢筋混凝土拱梁撑起。由于顶薄梁轻,能承受大弯矩的立柱钢筋众多,纵筋面积在立柱拆除爆破处达22636mm2,当立柱混凝土炸出后,其钢筋支撑力可达8982kN,大于屋顶及梁在该断面施加给立柱的竖直荷载1245kN,加上受拉侧纵筋间的0.104m2混凝土很难炸岀,因此,立柱很难爆破坍塌。为了迫使立柱爆破后裸露钢筋失稳,在爆前对柱梁的部分钢筋进行预切割。利用简化的结构模型进行构件受力分析和计算,指导钢筋预切割是可行的。

(3)像任何成功事物都有遗憾一样,由于经验不足,在体育馆四周设置的喷雾系统离体育馆墙太近,结果在爆破后倒塌的墙体压坏了部分喷雾系统;此外,直升机投放森林灭火水弹稍晚了10s,使粉尘压制没有达到预期要求。尽管有这点遗憾,但本次爆破的粉尘控制仍然是出色的,其创新性具有参考价值。


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