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25m高框架结构楼房的定向爆破拆除

1 工程概况

淮北市图书馆位于市中心，淮海路南侧，距淮海路仅4.0m，与淮北市政府隔路相望，淮海路的两侧均架有高压线和多趟通讯电缆，路南侧的电线电缆距图书馆仅3.5m，地下通讯光缆仅有1m；图书馆的东侧9m处为淮北市总工会大楼；南侧为一片待拆除的平房；西侧6.5m为相山宾馆围墙，西北角２.５m处有一高压线电线杆，高压线就从图书馆的西侧经过（详见：图一 图书馆周围环境平面示意图）。

图书馆为钢筋混凝土框架结构，楼房长36 m、宽12m、高度为25m。楼梯间以西五间为五层，预制楼板；以东三间为八层，为钢筋混凝土现浇楼板。总建筑面积约为2800m2。楼房主体由三排计三十根钢筋混凝土立柱（截面尺寸：底层为0.4×0.6m其它为0.4×０.5m。配筋：主筋为14Φ22、箍筋为Φ8—200mm）和数十根截面为0.3×0.5 m的钢筋混凝土梁组成；墙体由75#红砖沙浆砌筑，壁厚为0.28m。参见图二 图书馆平面布置示意图。

柱
楼
梯
间

图二 图书馆平面布置示意图

2 爆破施工方案

根据图书馆周围环境条件和其结构，采用了如下设计原则：（1）采用定向倒塌爆破方案，倒塌方向为正南。借助于楼房的重力作用，使砖墙、楼板和钢筋混凝土梁柱破碎解体。（2）楼梯间与主体一起起爆，并充分解体，确保其失去支撑力，以便楼房顺利倒塌。（3）严格控制起爆药量，采用非电起爆系统，实现微差爆破，加强防护，确保把爆破震动、爆破飞石、爆炸空气冲击波、爆破噪音等控制在安全范围内。（4）为保证起爆可靠性，设计采用非电复式交叉起爆网路，同时为减少钻孔工作量和起爆雷管数量，简化起爆网路，充分利用现有门窗，在保证安全的前提下，爆破前先将底层的外墙和隔墙采用人工和机械方法部分拆除，将二、三层的现浇楼板部分拆除，以利于楼房的解体。
2.1 倒塌方案设计
2.1.1 爆破倒塌原理
定向倒塌爆破就是通过爆破方法来破坏承重结构的局部或大部分的材料强度，使之失去承载能力，在自重作用下按设计方向倒塌，与地面冲击而解体。据此，只需将承重立柱及承重墙充分破坏至足够高度便可实现倒塌。
2.1.2 爆高的确定
爆高即爆破缺口的高度，为确保楼房失稳倒塌，承重立柱的爆破高度要满足要求。
炸碎钢筋混凝土立柱一定高度内的混凝土，使之脱离钢筋，当暴露部分钢筋承受的载荷超过其抗压强度极限时或达到压杆失稳的临界载荷时，钢筋必然发生塑性变形而使立柱失稳倒塌。其爆高可按下式计算：H=K(B+Hm) （1）
式中：H—立柱爆破高度，m；
K—爆破条件系数，取1.5～2.0；
B—立柱截面的最大边长，m；
Hm—保证失稳时的最小爆高，m。
每根钢筋所承受的压力P=Q/n
式中：Q—楼房重量，约2.0×107kN；
n—钢筋根数。
计算得P=4.76×104kN
对于A3钢钢筋的容许应力为[σp]＝2×104kN/cm2，则单根钢筋所能承受的载荷为：[σp] F＝7.6×104kN/cm2
式中：F—钢筋截面积，F =3.8 cm2
由于P<[σp] F，为简化计算，立柱中的单根钢筋可视为一端固定、一端自由的的细长压杆，根据欧拉公式来计算临界荷载Pm：
Pm= （2）
λ= （3）
式中：J—截面惯性矩，J=πd4/64=0.24 cm4；
E—钢筋弹性模量，对于A3钢E=2×107kN/cm2；
λ—压杆柔度。
若先取柔度λ=100，即取计算破坏高度h=12.5d=27.5 cm作为最小破坏高度Hm，计算得Pm=3.13×104kN<P，此时立柱必然失稳倒塌，取最小破坏高度Hm=12.5d即可，根据式（1）求算出立柱失稳时的实际爆破高度H=1.75m。

倒向

立柱

图三 爆破高度示意图

2.2 炮孔布置
考虑到楼房的跨度较大及已确定的爆破方案，在楼房的下三层南侧和中间两排立柱上布孔，布孔高度从南至北依次降低，为尽量减少楼房后坐，北侧一排立柱仅在最下层的跟部布置两个炮孔，以便在楼房失稳后形成铰链；在二、三层的南北向梁的中点布置了三个炮孔；另外，底层和二层的东、南、西三侧及内部墙体均布置了炮孔，爆破缺口高度从南至北依次减小。
2.3 布孔参数
炮孔深度：
梁：l＝h－w
柱：l＝h－w
墙体：l＝w +5
式中：
w—最小抵抗线，梁柱w＝B/2、墙体w＝δ/2；
B—截面短边尺寸；
δ—墙体厚度。
炮孔间距：a＝（1.5～2.0）w。
炮孔排距：b＝（0.85～0.90）a， 梁、柱均为单排孔布置。

表2——1　炮孔布置参数表
名称
截面尺寸
眼距
排距
抵抗线
眼深
炮孔数

cm×cm
cm
cm
cm
cm
个
梁
30×50
30

15
35
120
柱
40×60
40

20
40
200

40×50
40

20
25
160
墙体
厚30
30
30
15
18
500
合计

980

2.4 药量计算
　　单孔装药量：q＝kabδ
　　　　 　q＝kaBh
式中：k — 炸药单耗，k＝500～1000g/m3；
δ—爆破体的厚度；
h—梁高、截面长边尺寸。
爆破装药量计算见下表2—2。

表2—2　爆破装药量计算表
名 称
截面尺寸
(cm×cm)
炸药单耗( g/m3 )
单孔装药量(g)
小计药量(kg)
梁
30×50
1000
45
5.4
柱
40×50
500
40
8.0
柱
40×60
500
50
9.0
墙体
厚30
1000
30
15.0
合　计

37.4
2.5 起爆方法及起爆网路

炮孔中用三段毫秒非电导爆管雷管，每十发为一簇用两发二段毫秒非电导爆管雷管起爆，然后交叉串联起爆。
起爆顺序为：从楼梯间开始，同时向西、东、北方向传爆，然后沿柱向二、三层传爆。

3 爆破安全与防护
3.1 爆破震动安全校核
爆破地震效应根据公式：V=K（Q1/3/ R）α校核
式中：K、α— 与地震波传播介质有关的系数，这里 K取200，α取2.0。
Q — 最大段起爆药量，这里为：0.5kg。
R — 爆破点到最近建筑物的距离，这里为：9m。
将以上数据代入上式计算得：V=1.6cm/s<2.5cm/s
爆破后爆破震动没有对周围建筑物造成任何危害。
3.2 爆破飞石
爆破飞石根据公式：R=20Kn2W
式中：R — 爆破飞石距离。
K —有关系数，一般取1.0～1.5，这里取1.5。
n — 爆破作用指数，标准抛掷爆破为：1.0。
W— 最小抵抗线，这里为：0.2m。
代入上式计算得：R=6m。
3.3 安全防护措施
为减少爆破危害，我们精心进行施工，严格控制装药量，并采取了以下措施：
1.所有的爆破部位用竹笆片覆盖，楼房的第一、二层的窗口用竹笆片封闭。
2.对图书馆东侧的工会大楼和西侧的相山宾馆局部进行防护。
3.爆破时临时断绝淮海路的交通。
4.爆破前图书馆西侧的高压线临时停电，并组织了抢修队伍待命。
5.采用毫秒非电导爆管雷管分散装药微差起爆，大大地降低了爆破地震强度和爆破噪声。
6.清除图书馆南侧已拆建筑物的废渣，以防楼房倒地时碎渣的飞溅。
4 爆破效果

起爆后，楼房稍下沉后即向南倒塌，楼房框架完全解体。倒塌范围：东西侧各向外散落2～3m、向北后坐1 m、向南12～15m（西半部倒塌距离较大）。四周建筑物、高压线和通讯电缆等完好无损，爆破达到了预期效果。