U形结构楼房向内坍塌爆破技术

U形结构楼房向内坍塌爆破技术

 

1工程概况   待拆的楼房位于精武路东侧的西马后路北侧,该大楼为框架结构,整体呈U型。因精武路片区旧城改造项目需要及适应城市建设规划要求,需将其爆破拆除。(1)周围环境待拆楼房位于汉口精武路中段东北侧约60.0m处。大楼东侧是将要拆除的居民楼,两楼最近处相距10.0m,5m处地下有电缆;南侧距地下电缆沟2.5m,距西马后路4.0m,距9层居民楼16.0m;西侧距原精武路小学28.0m;北侧较空旷,为拆迁后空地。具体见图1。(2)楼房结构待爆破大楼为8层框架结构,平面呈不规则“U”型布置,总建筑面积约8500m2。大楼东西长46.2m,南北宽42.9m,层高3.0m,楼顶标高28.0m。立柱截面尺寸主要有350mm×500mm,350mm×400mm两种,梁截面尺寸主要为250mm×450mm。大楼两端及中间转角部位设有3个楼梯,全部为现浇结构。楼板大部分为12cm预制板,厨房、卫生间楼板为现浇结构。具体结构见图2结构与爆破方案示意图。   2爆破方案   2.1技术难点   该工程的难点有:(1)待拆楼房结构呈异形。大楼东西两侧部分长度分别为46.2m和42.9m,长度比较接近。(2)大楼东侧距电缆沟5m,南侧和西侧为交通道路,需控制后座和坍塌范围。(3)楼房南侧距居民小区较近,需控制爆破振动及塌落振动对其影响。   2.2拆除方案   根据周边环境条件,楼房西侧有马路,东侧为1栋7层楼房,南侧为西马后路和9层居民楼,只有北侧为拆迁后的空地,可以为大楼倒塌提供空间。根据大楼整体结构特点拟采用向内定向逐段坍塌的爆破拆除方法,即从东西两侧向中间逐段定向倾倒爆破拆除[1-2]。   2.3爆破设计   (1)爆破切口   根据周边环境和楼房结构特点,大楼布设2个爆破切口,分别在1~2层、4层。在楼房直角转角处为控制楼房倒塌过程中东西两部分相互挤压造成倒塌不彻底,在楼房③—④轴与C—E轴之间即楼房拐角处的第3、5层立柱增设爆点。大楼的立柱主要有2种尺寸,各楼层爆高具体见表1。   (2)爆破参数   立柱爆破参数见表2。   2.4起爆网路设计   起爆网路采用从两侧同时起爆向中间逐段延时的起爆网路。沿楼房纵轴线方向,每2~3排立柱划分为一个区段,相邻区段之间的间隔时差采用MS11段(460ms)。每一区段又划分为前后2个单元,前后单元间延时采用MS11段(460ms)。每个单元上下楼层间不设时差。孔内装HS7段(3000ms)导爆管雷管,单元间采用孔外延时、捆绑MS11段接力起爆。起爆网路具体见图2结构与爆破方案示意图,雷管延时段别见表3。   3爆破安全   3.1爆破振动   V=k(Q1/3/R)α(1)式中:Q为一次齐爆的最大药量,本工程中大楼共分为7段逐段爆破,一次齐爆的最大药量Q=38kg;R为保护目标至爆点之间的距离,m;k,α为与地震波传播地段的介质性质及距离有关的系数[3],本工程取k=32.1,α=1.54。以南侧距离16m的居民楼为保护目标点,最大一次齐爆药量中心距离建筑物最近距离取22m,经计算该民房的振动速度为V=1.78cm/s,小于《爆破安全规程》(GB6722—2003)对安全允许振动速度的要求。   3.2塌落震动效应   楼房爆破塌落震动计算公式如下[4-5]:V=kt×[(MgH/σ)1/3/R]β(2)式中:V为塌落引起的地表振速,cm/s;M为下落构件质量,t;g为重力加速度,m/s2;H为构件中心的高度,m;σ为地面介质的破坏强度,一般取10MPa;R为观测点至冲击地面中心的距离,m;kt、β为衰减参数,分别取kt=3.37,β=1.66。   本工程中大楼距离南侧需要保护的居民楼最近处16m,塌落中心距居民楼约28m,大楼总质量约为6000t,本工程楼房倒塌是分为7段逐段倒塌,按距离与楼体重量对塌落振动影响的关系,M取900t,距保护物距离R取28m,重心落差H取13m,计算得出在该处塌落振动数据为2.34cm/s。可以看出,计算得出的塌落振动在允许震动范围内。在爆破时,在西侧精武路小学布设1个测点和东侧居民楼布设2个测点,共3个测点,用Mini-Ma-tePlus(加拿大)爆破测试仪测试了每个测点3个方向的振动。测试数据见表4。1#、2#测点布置在东侧居民楼边缘地坪上,距待爆破楼房边缘分别是17.5m和17.8m;3#测点布置在西侧精武路小学基础上,距待爆破楼房边缘17.2m。   4爆破效果与体会   4.1爆破效果   起爆后,大楼U形结构形成由两端向中间结合处的依次翻滚式倒塌,结合部形成向北微倾类原地坍塌,从孔内药包起爆到倒塌完成历时约8s。大楼在倒塌过程中,由于先倒塌单元与后倒塌单元之间存在拉扯作用,使得楼体塌落过程有所减缓,触地冲能有所减少。同时,由于各相邻单元之间的剪切拉伸以及上下切口之间的挤压碰撞等相互作用,使得楼房得到充分的解体破坏,减小了构件触地时的块度,从而有效地控制了构件触地振动。大楼爆堆平均高度在5m左右,侧向位移未对周边道路和居民楼造成影响,振动测试最大峰值为垂直向振动,为2.39cm/s,未超出周边居民楼振动允许安全值,爆破取得圆满成功。   4.2几点体会   (1)将建筑物划分为若干区段,每个区段又划分为若干单元,按照先后顺序起爆,形成逐段定向翻滚式倒塌的空间塌落过程,既能有效的降低爆破时的单响药量,又能有效控制爆破振动。(2)各单元间存在的拉扯、挤压、碰撞等相互作用,减缓塌落速度,减少构件触地时的尺寸,能有效控制楼房的塌落振动,同时也改善了楼体的破碎效果。