小高跨比复杂结构厂房定向倒塌爆破拆除_易理辉.pdf

小高跨比复杂结构厂房定向倒塌爆破拆除易理辉1,张汉才2,王升1,陈章明1(1.湖南长工工程建设有限公司,湖南 长沙 4 1 0 0 0 3;2.湖南金能爆破工程有限公司,湖南 长沙 4 1 0 0 0 5)摘 要:2座面积约5 00 0 0m2厂房,跨度大、高跨比小,框架结构、排架结构及钢结构并存,不易实现定向倒塌。由于工期紧张,要求采用定向倒塌爆破拆除,降低爆堆高度,缩短工期,节约成本。采取机械预处理,使混合结构变成排架结构。采用高爆破切口、大时差起爆网路并合理确定起爆顺序,成功实现定向倒塌。关键词:小高跨比;复杂结构厂房;定向倒塌;爆破拆除0 引言原湖南H E G电子玻璃有限公司资产转让项目拆除工程,位于长沙经济技术开发区漓湘中路1 8号,总用地面积2 6 60 4 1.6 1 m2,房屋建筑面积9 79 3 1.0 8m2,本次拆除建筑面积5 78 9 6.5 2m2。其中包括一期厂房及仓库栋2 69 5 8.2 1m2(2 1轴变形缝以东仓库保留、其余爆破拆除),二期厂房及仓库2 01 7 5.9 4m2(2 1轴变形缝以东仓库保留、其余爆破拆除),一期、二期原料仓库7 1 8 4.7 5m2,废水处理厂、综合水处理长、氧气站等3 5 8 0m2,池炉烟囱2座,窑炉烟囱1座,水塔1座。室外钢结构管道及管道支架连廊等,总务楼、财务办公楼等部分建筑需保留继续使用。1 厂房结构和周边环境1.1 厂房结构厂房按生产工艺分为A段:池炉区、通道、成型区,钢筋混凝土结构和钢结构;B段:退火区,综合办公室、负荷中心维修车间等;C段:研磨区;D段:仓库。根据建设单位要求,此次拆除仅拆除A、B段,拆除面积4 71 3 1.1 5m2。保留C、D段,即一、二期厂房2 1轴变形缝以东保留,面积为2 85 3 8m2。一期厂房分区如图1所示。图1 一期厂房分区 一期厂房全长4 2 3 m,1轴至1 1轴厂房长1 0 0m,宽4 8m,局部宽6 0m,高2 3.6 0m,通风窗处高3 1.9 0m。钢屋架高4.2 0m,跨度为4 8.0 0m。厂房屋顶1轴至1 1轴钢结构通风窗长5 0m,高8.3 0m。1 1 A轴至2 1轴厂房长1 0 0m,宽4 8m,局部宽5 3 m,高1 7.7 0 m,通风窗处高2 3.4 4 7 m。1 1 A至2 0轴钢结构通风窗长7 0m,高5.7 4 7m。整个厂房为钢混结构,外围结构为排架柱、屋顶为钢屋架,围护结构为砖墙彩钢板。内部建筑结构为钢结构和钢筋混凝土框架结构。待拆除A区内部框架结构共4层,建筑高度自-1.4 0m至1 5.0 0m,局部1 8.6 0m高。框架柱6排,1 2 1根框架柱,池炉区钢结构柱3 9根,操作平台4 2根钢结构柱,排架柱2 2根,抗风柱8根。待拆除B区I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第2期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2 3,N o.22 0 2 3年3月M a r.2 0 2 3DOI:10.13828/ki.ckjs.2023.02.031内部框架结构2层,建筑高度0.0 0 6.0 0m,框架柱5排,1 0 5根框架柱,排架柱2 2根,排架柱+6.0 0m处设3 0 0(4 0 0)8 0 0连系梁1道。框架柱、排架柱均为钢筋混凝土结构。一期厂房局部平面如图2所示。图2 一期厂房局部平面1.2 周边环境厂房东侧为需要保留的仓库区,距离东四路厂区围墙2 8 6m。厂房南侧为需保留的综合动力站及露天变压器站,距离2 0m,水塔、废水处理厂和水站已机械拆除。厂区西侧为东三路,距离1 1 5m,厂房西侧为配套生产的1座6 0m高钢筋混凝土烟囱(在本次拆除范围内)。一期厂房北侧距漓湘中路垂直距离7 0m,漓湘中路对面为广汽三菱汽车有限公司,距广汽三菱停车场约1 4 0m,距广汽三菱员工宿舍楼1 3 8m。距离厂内北侧需保留的总务楼(3层)、职工餐厅(1层)、办公楼(3层)距离较近,分别为2 3m、3 1m、3 8m。保留建筑物为钢筋混凝土框架结构。一期二期厂房南北间距1 0 6m。二期厂房南侧2 5m为湖南耐普恩新材料有限公司,目前工厂正在生产。西侧为原材料堆场。耐普恩南侧为长沙汽车电器研究所,二期厂房距离南侧汽车电器研究所建筑最近距离为1 2 8m。2 爆破拆除方案的确定大型钢混结构工业厂房拆除一般采用机械拆除法和爆破拆除法,两种方法在国内都有成功的先例。本工程由于待拆厂房高度达到3 1.9 0m,跨度4 8.0 0m,框架结构柱众多,屋架钢结构和内部生产区钢结构构件尺寸大、重量大,再加上工期要求较短,采用常规的人工机械拆除法一是施工难度大,二是工期无法满足工程要求。单纯采用爆破拆除法爆破施工作业量大,爆破器材使用大,施工工期长,存在较大安全隐患。根据业主要求、建(构)筑物结构特点、周围环境及安全质量要求,依照总工期目标要求和以往类似工程经验,综合比较选择爆破拆除法与机械拆除法相结合的拆除施工方案。本次拆除施工不但要使建(构)筑物倒塌落地,而且需要进行机械破碎清运施工,平整场地然后交付使用。爆破法拆除常用的方法有定向倒塌、原地坍塌、内爆法坍塌。3种爆破方法相比较,定向倒塌相对于其他2种爆破方法,仅需在倒塌方向的排架柱上钻孔,破坏足够的高度,倒塌反向排架柱仅需局部爆破,使之成为结构倒塌失稳的铰支点。定向倒塌可以使爆堆较低,便于后续开展机械破碎。根据建(构)筑物失稳倒塌原理,通常是将承重结构的某些关键部位爆松或爆除,使之失去承载能力,同时破坏结构的刚度,在重力失衡、偏心矩作用和整体结构失去稳定的情况下,结构倾覆倒塌。常见的建构筑物高宽比均大于1,构件破坏后,下落触地闭合时结构重心易偏出结构外。大型复杂钢混结构厂房由于高跨比小,重心不易偏出,难以实现定向倒塌。一期厂房1轴至1 1轴高跨比为0.6 6,1 1 A轴至2 0轴高跨比为0.4 9,局部为0.4 3,厂房重心不会移出结构之外。但厂房钢结构屋架刚度大、自重大、不易变形,采用高强螺栓与排架柱连接,与钢筋混凝土911易理辉,等:小高跨比复杂结构厂房定向倒塌爆破拆除框排架结构可视为一个整体。排架柱破坏后,容易形成大悬臂结构,对支撑柱除产生剪力作用外,还产生较大的弯矩作用。前排框架柱破坏倾倒时,钢结构屋架可以产生较大弯矩使后排支撑立柱拉压、剪切破坏,形成铰支点,实现定向倒塌。爆破施工前,采用机械和人工预先拆除内部框架结构和钢结构,化繁为简,将复杂的框架结构变成简单的排架结构。对排架柱之间的连系梁,梁柱节点采用爆破法松动。其余梁段每间隔一定距离采用机械进行破碎松动,进一步弱化倒塌方向结构刚度。总体方案为:厂房一次性定向坍塌,一期厂房向南侧定向倒塌,二期厂房向北侧定向倒塌。2栋厂房、4座烟囱水塔采用延时起爆技术,与2座厂房一次性点火起爆,完成爆破拆除。3 爆破设计3.1 爆破切口高度和连系梁缺口宽度设计考虑原工厂为韩国与日本合作建设,工程质量较好,混凝土强度高,为使建筑物顺利倒塌,钢筋混凝土承重立柱破坏高度宜取H=(1.5 2.0)(B+Hm i n)(1)式中,B为立柱截面最大边长,0.9 5m;Hm i n为最小破坏高度,一般取(3 0 5 0)d。根据 厂 房 设 计 结 构 图 纸,一 期 厂 房K Z1柱(6 0 0 9 5 0)钢筋分布为:角筋4根 2 2mm,短边中部钢筋4根 2 2mm,长边中部钢筋5根 2 2mm,合计1 3根钢筋,因此,Hm i n取1.1 m,H=(1.52.0)(B+Hm i n)=3.0 7 54.1 0m。倒塌反向立柱形成铰链高度H=(1.01.5)B=0.9 5 1.4 2 5m。根据以上经验公式计算,确定立柱爆破切口高度:倒塌方向6 0 0 9 5 0排架柱爆破切口高度7.2-0.5=6.7m;倒塌方向排架柱5 0 0 5 0 0框架柱爆破切口高度5.2-0.5=4.7m;倒塌方向反向6 0 09 5 0排架柱爆破切口高度1.3 5m;倒塌方向排架柱5 0 0 5 0 0框架柱爆破切口高度1.2m。排架柱连系梁爆破0.8 1m宽缺口;排架柱连系梁爆破0.8 1m宽缺口。自地面以上5 0c m布置爆破切口。3.2 爆破参数设计3.2.1 爆破部位一期厂房内部采用机械拆除法预拆除后,保留的周边各规格排架柱见表1。表1 一期厂房柱网规格参数表部位6 0 0 9 5 0排架柱5 0 0 5 0 0排架柱6 0 0 8 0 0排架柱至?11轴/C轴1 11 0?11至?20轴/C轴1 09轴至?11轴/A轴1 11 0?11A至?20轴/A轴1 063轴/A B C8?11轴5合计4 24 133.2.2 爆破参数排架柱、框架柱爆破参数见表2。表2 排架柱、框架柱爆破参数部位截面/mmmm最小抵抗线/m孔深/m孔距/m单耗/(k g/m3)单孔药量/k g孔数/个总药量/k g排架柱6 0 0 9 5 0 3 0.0 7 04 51.50.3 5 4 2 0 1 4 7.0 05 0 0 5 0 0 2 5.0 3 04 01.50.1 5 3 5 7 5 3.5 56 0 0 8 0 0 3 0.0 6 54 51.40.3 3 1 23.9 6排架柱连系梁3 5 0 8 0 0 1 7.5 6 52 51.50.1 0 4 04.4 04 0 0 8 0 0 2 0.0 6 53 01.50.1 5 1 1 2 1 6.8 0合计9 4 1 2 2 5.7 13.2.3 炮孔布置炮孔自地面5 0 0mm起向上布置,炮孔均布置在厂房内侧。排架柱钻水平孔,梁柱节点钻垂直孔。倒塌方向排架方面炮孔布置如图3所示,倒塌反向排架柱立面炮孔布置如图4所示。图3 倒塌方向排架柱立面炮孔布置(单位:m m)021采矿技术2 0 2 3,2 3(2)图4 倒塌反向排架柱立面炮孔布置(单位:m m)3.2.4 装药结构与填塞装药使用 3 2乳化炸药。6 0 09 5 0排架柱分层装药,每孔2个药包,用导爆索串联起爆。各连系梁垂直孔分层装药,每孔3个药包,用导爆索串联起爆,每孔用1发非电导爆管雷管起爆。其余方柱每孔的药包1个,连续装药。每个孔的炸药用1发非电导爆管雷管起爆。炮孔的其余部分用砂、黏土加水制作炮泥填塞紧密。3.3 起爆网路设计3.3.1 起爆器材选择由于爆区位于经济开发区,周围工厂众多,电力设施、设备较多,产生的杂散电流、射频电流等较强,为避免在施工过程中外来电流的作用导致误爆、早爆事故,本工程起爆器材全部采用非电导爆管雷管进行起爆。3.3.2 起爆顺序根据爆破总体方案确定的定向倒塌方式,采用起爆延时分段设计,自东向西起爆,利用各段时间差使构件在塌落过程中相互作用,进一步改善梁柱节点破碎效果,保证整个厂房按设计定向倒塌并达到较好的破碎效果。将整个厂房1至2 0轴自西向东分成6个分区,各分区爆破部位(排架柱)分别采用H S-2至H S-7共6段,孔内延期。每两柱孔内雷管抓把后过桥,过桥(传爆)导爆管雷管全部采用M S-1导爆管雷管,每节点2发,2发过桥导爆管雷管分别用四通接入2根传爆导爆管,导爆管之间再连接,形成交叉复式导爆管起爆网路。厂房起爆网路并联接入厂区总起爆网路。起爆分区顺序如图5所示。图5 起爆分区顺序3.4 爆破安全设计根据爆破起爆分区结合厂房周边环境,厂房北侧距离总务楼、职工餐厅、办公楼距离分别为2 3m、3 1m、3 8m。1 1 A至1 4轴爆破区域距离需保护建筑最近距离2 3m。根据起爆分区设计,最大起爆药量一段为1 1至1 4轴,单段药量4 1.4k g。按萨道夫斯基公式计算爆破振动速度:V=KQ1/3R(),K=3 2.1,=1.5 4。(2)经计算V=1.7 3c m/s,小于工业和商业建筑物爆破振动允许标准为3.5 4.5c m/s。对北侧保留建筑物不会造成有害影响,可以满足安全标准。厂房倒塌方向反向排架柱爆破,每柱3孔,仅爆破松动,炸药单耗减少。使用3层稻草加单层钢丝网进行安全防护后,爆破飞石可以控制在2 0m以内。121易理辉,等:小高跨比复杂结构厂房定向倒塌爆破拆除4 预处理(1)首先利用人工机械方法切断2 0至2 1轴框架结构、钢结构与排架柱的联系纵横梁,切断与保留部分仓库屋面钢架联系,吊装拆除2 1轴一榀钢屋架。(2)预拆除厂房内部各框架结构及钢结构。将A段池炉区、B段成型区等钢筋混凝土框架结构、钢结构与厂房排架柱切断联系后用机械配合人工方法拆除。(3)采用长臂液压剪切断排架柱与内部框架梁联系。采用吊装拆除内部钢结构。采用液压破碎机从上至下分层破碎拆除内部框架结构。(4)为确保厂房结构稳定,保留厂房西侧1轴5 0 0 5 0 0抗风柱和1 1轴内部5 0 0 5 0 0框架柱。(5)1轴抗风柱连系梁和A轴连系梁除梁柱节点处爆破2m长以外,每间隔1.0m,用液压炮机破碎0.3m。5 爆破效果2 0 1 7年4月2 2日下午3时准时起爆,一期厂房按设计向南定向倒塌,二期厂房向北定向倒塌。通过视频分析,一期厂房前排立柱破坏、爆破后2秒下落触地,1 1至2 0轴厂房向南开始运动,至9秒触地结束,倒塌过程持续时间7秒,1至1 1轴厂房滞后约3秒按设计向南倒塌。经测量,A轴向南倾倒距离1 6m,与保留厂房南侧排架柱平齐。无通风窗处爆堆高约4m,有通风窗处爆堆高约8m。钢结构屋架基本落地,保持直立状态,基本无扭曲。倒塌反向无后座,飞石距离1 9m,厂房其余方向的周边环境均安全,爆破取得了圆满成功。6 结论(1)对于小高跨比的大型复杂钢混结构厂房,通过预拆除方法拆除内部框架结构、钢结构,使复杂结构变为简单结构,可以较好地实现定向倒塌。(2)切口高度选择厂房高度的近1/3,加大结构下落势能,延长切口闭合时间,加强对支撑立柱的剪切、压拉作用,对定向倒塌有益。(3)爆破松动连系梁柱节点,弱化连系梁刚度可以起到较好的辅助作用。(4)保留厂房两侧抗风柱,随排架柱同时爆破,可以保证厂房预拆除后的结构稳定。(5)延期时差选择5 0 0m s,分区长度小于厂房高度有利于结构的倒塌破坏。参考文献:1 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,2 0 0 8.2 张北龙.高层建筑爆破拆除新技术M.宁夏:宁夏人民教育出版社,2 0 1 6.3 徐仲坤,周俊珍,郑卓渊,等.起爆顺序与时差对单层排架厂房倒塌方向的影响J:采矿技术,2 0 0 7,7(3):9 8-9 9.4 刘文华,王希之,王自力,等.钢筋混凝土框排架厂房的控制爆破拆除J:爆破,1 9 9 9(1):4 0-4 5.(收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 5)作者简介:易理辉,男,湖南岳阳人,工程师,研究方向为控制爆破拆除。221采矿技术2 0 2 3,2 3(2)