高凸字形全剪力墙结构楼房拆除爆破.pdf

工程爆破 E N G I N E E R I N GB L A S T I N G 2 0 2 3年8月第2 9卷第4期h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4文章编号:1 0 0 6-7 0 5 1(2 0 2 3)0 4-0 1 0 7-0 7收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 9作者简介:郑文富(1 9 9 0-),男,硕士,工程师,从事工程爆破技术方面的研究。E-m a i l:1 9 6 7 3 8 8 4 1 0q q.c o m8 3.1m高凸字形全剪力墙结构楼房拆除爆破郑文富1,杨志红1,张文龙2,陈亚伟1,何慧明1(1.广东中人爆破工程有限公司,广州5 1 0 6 4 0;2.湛江市矿大爆破有限公司,广东 湛江5 2 4 0 0 0)摘 要:昆明市丽阳星城二期A 4地块内有1 1栋剪力墙核心筒结构高层建筑需应用爆破进行拆除,文中介绍了待拆楼房A 4-3楼拆除爆破,该楼周围环境复杂,周边允许定向倒塌安全距离较小,研究决定采用开设双切口的控制爆破方法,对凸字形高层剪力墙核心筒结构楼房进行拆除爆破。首先确定切口位置,对14层、91 0层的切口范围墙柱、梯段及电梯井部分进行预处理,其次在14层、91 0层开设双爆破切口,选择合理的爆破参数,采用多通道导爆管复试起爆网路,最后通过采取砌筑减振堤、地下室顶板隔断、墙柱及切口外围多层密目网防护等措施,精细化施工,有效地控制了爆破危害效应,达到了理想的爆破效果,为类似结构楼房拆除爆破提供参考的依据。关键词:拆除爆破;双切口;剪力墙核心筒结构;爆破危害效应中图分类号:T D 2 3 5 文献标志码:A d o i:1 0.1 9 9 3 1/j.E B.2 0 2 2 0 0 8 4D e m o l i t i o nb l a s t i n g o f 8 3.1mh i g hc o n v e x s h e a rw a l l s t r u c t u r e b u i l d i n gZ H E N GW e n-f u1,Y A N GZ h i-h o n g1,Z H A N GW e n-l o n g2,C H E NY a-w e i1,H EH u i-m i n g1(1.G u a n g d o n gZ h o n g r e nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gC o.,L t d.,G u a n g z h o u5 1 0 6 4 0,C h i n a;2.Z h a n j i a n gK u a n g d aB l a s t i n gC o.,L t d.,Z h a n j i a n g5 2 4 0 0 0,G u a n g d o n g,C h i n a)A b s t r a c t:T h e r ea r e1 1h i g h-r i s eb u i l d i n g sw i t hs h e a rw a l lc o r et u b es t r u c t u r ei nt h eA 4b l o c ko ft h es e c o n dp h a s eo fK u n m i n gl iY a n gs t a r c i t y,w h i c hn e e d t ob ed e m o l i s h e db yb l a s t i n g.I n t h i sp a p e r,t h ed e m o l i t i o nb l a s t i n g i s i n t r o d u c e d f o rt h eA 4-3b u i l d i n go fab u i l d i n gt ob ed e m o l i s h e d.T h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n to ft h eb u i l d i n gi sc o m p l e x,a n dt h es a f ed i s t a n c eo f d i r e c t i o n a l c o l l a p s e i s s m a l l.I t i sd e c i d e dt ou s e t h e c o n t r o l l e db l a s t i n gm e t h o do f d o u b l e i n c i s i o n t od e m o l i s ht h ec o n v e xh i g h-r i s es h e a rw a l l c o r e t u b es t r u c t u r eb u i l d i n g.F i r s t l y,t h e l o c a t i o no f t h e i n c i s i o nw a sd e t e r m i n e d,a n dt h ew a l lc o l u m n s,s t a i r sa n de l e v a t o r s h a f t p a r t so f t h e i n c i s i o nr a n g eo f 14a n d91 0 l a y e r sw e r ep r e t r e a t e d.S e c o n d l y,d o u b l eb l a s t i n g i n c i s i o n sw e r es e tu p i n1 4a n d9 1 0l a y e r s,a n dr e a s o n a b l eb l a s t i n gp a r a m e t e r sw e r es e l e c t e d.T h em u l t i-c h a n n e l d e t o n a t i n gt u b ew a su s e dt or e t e s tt h ei n i t i a t i o nn e t w o r k.F i n a l l y,b yt a k i n gm e a s u r e ss u c ha sm a s o n r yd a m p i n gd i k e,b a s e m e n t r o o fp a r t i t i o n,w a l lc o l u m na n d m u l t i-l a y e rd e n s em e s hn e t w o r kp r o t e c t i o no u t s i d et h ei n c i s i o n,t h ef i n ec o n s t r u c t i o nw a sc a r r i e do u t,w h i c he f f e c t i v e l yc o n t r o l l e dt h eb l a s t i n gh a z a r de f f e c t a n da c h i e v e dt h e i d e a l b l a s t i n ge f f e c t.I tp r o v i d e sar e f e r e n c eb a s i s f o r t h ed e m o l i t i o nb l a s t i n go f s i m i l a r s t r u c t u r a l b u i l d i n g s.K e yw o r d s:d e m o l i t i o nb l a s t i n g;d o u b l e i n c i s i o n;s h e a rw a l l c o r e t u b es t r u c t u r e;b l a s t i n gh a z a r de f f e c t 针对全剪力墙楼房拆除爆破,国内大多数情况下都是采用 单 切 口 定 向 拆 除 爆 破 方 式,王 俊生1等在条件受限的情况下,采用定向爆破拆除1 2层剪力墙结构楼;谢钱斌2、郑建礼3等分别通过三角形单切口对7层非对称钢筋混凝土框架全剪力墙结构楼房和4 1m高全剪力墙楼房进行拆E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 0 7-1 1 3除爆破。也有在复杂环境下采用单向双折叠延时爆破方式,例如:吉建华4等采用单向双折叠延时爆破方式,成功对3栋结构完全相同的高层剪力墙结构楼房进行拆除爆破。而对于楼层平面尺寸不规则,呈凸字形的全剪力墙高层建筑拆除爆破,目前国内尚未有成功爆破案例可供参考。文中以1栋8 3.1m高凸字形全剪力墙高层结构楼房作为实例,分析其在复杂环境,周边允许定向倒塌、安全距离不满足的情况下,通过采用双切口的方式,结合一系列安全措施,严格控制爆破危害效应,进行拆除爆破。1 工程概况昆明市丽阳星城二期A 4地块内有1 1栋剪力墙核心筒结构高层建筑需进行拆除爆破,其中A 4-3楼位于地块的西南侧,其东侧为待拆楼房A 4-2楼,西侧4 2m处为1 0k V高压线、4 8m处为在用工地板房,南侧6 8m处为老售楼部,北侧为待拆楼房A 4-4楼。A 4-2楼、A 4-4楼为待拆楼房,将与其他楼房进行整体一次性拆除,其余周边工地板房、老售楼部及1 0k V高压线等构建筑物作为保留建筑,须进行保护,具体周边环境如图1所示。图1 楼房周边环境F i g.1 S u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n to f t h eb u i l d i n g1.1 结构特点1)待拆楼房整体结构。A 4-3楼为筏板基础,全剪力 墙 结 构 高 层 建 筑,长 宽 高 分 别 为3 4.2、2 6.6、8 3.1 m,共2 6层。其中,设备夹层及19层混凝土标号为C 5 0,1 01 9层混 凝土标号 为C 4 5,2 02 5层混凝土标号为C 4 0,2 6层及顶部大屋面层、机房层、出屋面层混凝土标号为C 3 0。其结构平面布置如图2所示。图2 A 4-3楼结构平面布置F i g.2 B u i l d i n gA 4-3s t r u c t u r ep l a nd r a w i n g2)剪力墙结构。A4-3楼剪力墙约束边缘构件范围为设备夹层5层,构造边缘构件范围为6层出屋面层,剪力墙边角多为暗柱及转角墙,配筋率较高,纵筋直径为1 22 2 mm,箍筋布置为1 2mm1 0 0mm,部分剪力墙钢筋布置如图3所示。图3 部分剪力墙钢筋布置F i g.3 R e i n f o r c e m e n t l a y o u to fp a r t s h e a rw a l l1.2 难点分析1)从周边环境分析,周边保护对象距离较近,场地内高压线最近仅为4 2m,且楼房尺寸结构中心线上可供倒塌的场地有限,需严格控制竖向倒塌距离及爆破飞石,以保障周边保护体的安全。2)从楼房结构分析,待拆楼房为凸字形全剪力墙结构,其平面尺寸结构复杂,暗柱及转角墙多,且混凝土强度大,使得拆除预处理难度较大。另外,相对立柱而言,剪力墙尺寸较薄,且多为长条型,拐角处配筋率高,对钻眼施工要求非常高。3)从爆破危害效应分析,由于高层建筑质量大,质心高,定向倒塌触地易产生较大的塌落振动,对地下室周边地连墙、筏板基础造成损坏。同时,待拆楼房南侧可供定向倒塌的场地存在大量801工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4的厚积黏土,对于季节性的降雨,积土极易软化,容易造成二次飞溅。2 方案设计综合考虑场地区域内周边环境及待拆楼房的结构,其结构尺寸中心线短边向南为定向倒塌的最佳方向,但楼房南侧距保护体距离最近仅为6 8m,在单切口的前提下,不足以保证倒塌方向上老售楼部的安全。因此,决定采用双切口定向拆除爆破与人工、机械预处理相结合的方式,减少定向倒塌距离,以保障周边建(构)筑物的安全5。2.1 爆破切口根据施工经验,取第1切口为14层,切口角度为4 1;第2切口为91 0层,切口角度为2 1。同时将楼房平面结构内剪力墙进行分块,分为A、B、C、D4个区域,区域剪力墙爆破层数对应图及区域剪力墙平面布置图分别如图4、图5所示。图4 区域剪力墙爆破层数F i g.4 C o r r e s p o n d i n gr e g i o n a l s h e a rw a l l b l a s t i n g l a y e r s图5 区域剪力墙平面布置F i g.5 P l a n e l a y o u to f r e g i o n a l s h e a rw a l l2.2 预处理2.2.1 预处理目的1)预处理通常可以简化爆破部位,变墙为柱,可大大减少钻孔量及火工品使用量,在控制成本上有积极的意义。2)预处理可以对楼房内特殊的结构及部位进行预拆除,如:电梯井结构、外围暗柱、转角墙等,在保证结构整体稳定的前提下,降低建筑物局部刚性,有利于倒塌时建筑解体、降低爆堆高度以及减少后期机械破碎的工作量6。2.2.2 预处理范围及施工方法1)第1切口预处理。第1切口预处理范围为14层,通过长臂炮机对楼房外侧剪力墙进行处理,使部分墙体变墙为柱,并在楼房右侧开口,对电梯井结构梁柱墙进行打断。同时利用风镐将楼梯段打断两处,形成三铰链。2)第2切口预处理。第2切口预处理范围为91 0层的楼梯及电梯井,电梯井通过试爆进行拆除。2.3 爆破参数设计本次拆除建筑墙柱尺寸有2 0墙、2 5墙及电梯井3 0c m3 5c m暗柱。主要基本设计参数选取原则如下。1)炸高h。A、B、C区域平面结构尺寸与倒塌方向垂直的剪力墙体布置4排孔,炸高h为1.01.2m;与倒塌方向平行的剪力墙体、暗柱及转角墙布置6排孔,炸高h为1.51.8m。D区域剪力墙作为定向倒塌的支撑铰链,其与901第4期郑文富,等:8 3.1m高凸字形全剪力墙结构楼房拆除爆破E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 0 7-1 1 3倒塌方向垂直的剪力墙体布置1排孔,与倒塌方向平行的剪力墙体、暗柱及转角墙布置3排孔。2)最小抵抗线W。W取墙厚度H的一半或断面短边一半;2 0墙取1 0.0c m,2 5墙取1 2.5c m,3 0c m3 5c m暗柱取1 5.0c m。3)单孔药量QQ=q V(1)式中:q为单耗,k g/m3;V为单孔负担的体积,单排孔:V=a BH,多排孔:V=a bH(a孔距,b排距,B墙宽,H墙厚)。各类型墙柱参数设计汇总如表1所示,其中各尺寸墙拐角处因为配筋率高,将进行加强装药。表1 墙柱参数T a b l e1 W a l l c o l u m np a r a m e t e r s类别a/c mb/c m孔深/c mQ/gq/(k gm-3)2 0墙2 52 51 23 330 0 02 5墙3 03 01 54 025 0 03 0*3 5柱3 0/2 37 520 0 0 各切口火工品用量汇总如表2所示。表2 火工品用量T a b l e2 S u mm a r yo fg u n p o w d e r c o n s u m p t i o n类别区域孔数/个雷管/发 接力雷管/发 药量/k g第1切口A排10 8 010 8 01 2 04 8.5B排13 2 013 2 01 6 45 9.4C排12 8 012 8 01 6 05 7.6D排3 2 03 2 04 01 4.4第2切口A排7 5 07 5 01 0 03 3.2B排11 2 011 2 01 4 05 0.4C排11 9 011 9 01 5 05 3.6D排4 2 04 2 05 61 8.9合计74 8 074 8 09 3 03 3 6.02.4 起爆网路设计1)层间网路设计。起爆网路采用导爆管起爆网路,第1切口:AD区域剪力墙分别采用H s 2段、H s 3段、H s 4段、H s 5段;第2切口:AD区域剪力墙分别采用H s 3段、H s 4段、H s 5段、H s 6段,两切口间间隔0.5s。孔内采用单发半秒雷管,孔外双发毫秒M S 1段簇联接力,将墙与墙、层与层之间通过四通连接成多通道复式起爆网路。层间爆破网路如图6所示。图6 层间复式起爆网路F i g.6 I n t e r l a y e r c o m p o u n d i n i t i a t i n gc i r c u i t2)楼间网路设计。楼间采用双导爆管双保险起爆网路,在周边共设4个节点,引出8根导爆管通过4通接入主网路,最后通过双起爆器进行起爆。楼间网路连接形式如图7所示。图7 楼间网路连接形式F i g.7 N e t w o r kc o n n e c t i o nb e t w e e nb u i l d i n g s3 爆破安全校核3.1 预处理稳定性校核本次预处理的剪力墙均匀分布于楼内,不会对结构造成偏心失稳,但拆除爆破预处理通常会对楼内局部承重结构进行破坏。因此,为保证后续爆破施工的安全性,须对预处理后结构整体稳定性进行安全校核。通过对剩余结构部分整体抗压强度与设计混凝土抗压强度进行比较,判断其整体承载的稳定性,校核如表3所示。011工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4表3 稳定性安全校核T a b l e3 S t a b i l i t ya n ds a f e t yc h e c k处理前剪力墙面积/m2处理后剪力墙面积/m2占比/%楼重/k N处理前抗压强度/MP a处理后抗压强度/MP a3 6.1 32 4.6 43 1.81 4 62 8 94.0 55.9 4 根据校核结果及相关拆除预处理经验,本次预处理稳定性校核远小于5 0MP a,符合设备夹层 9层混凝土标号C 5 0结构抗压强度要求,不会对楼房整体结构造成破坏。3.2 爆破振动安全校核采用萨道夫斯基公式7计算:v=k k(3QR)(2)式中:Q为次齐爆药量,k g;R为保护目标至爆点距离,m;v为允许的振动速度,c m/s;k、为与地震波传播地段的介质性质及与距离有关的系数,k取1 6 0,取2.0;k 为修正系数,取k=0.2。通过最大单段药量5 9.4k g,校核距爆破点最近4 2m处高压线的爆破振动振速为0.2 7c m/s,4 8m处移动板房爆破振动振速为0.2 1c m/s。校核符合安全允许值。3.3 塌落振动校核塌落振动采用中科院力学所总结的公式8计算:vt=Kt(m gH)(13)R(3)式中:vt为塌落振动速度,c m/s;m为最先撞击地面且最大塌落物质量,t;g为重力加速度;H为构件所在的位置高度;R为观测点至塌落中心的距离,m;为地面介质的破坏强度,一般取1 0MP a;Kt、为 塌 落 震 动 衰 减 系 数 及 衰 减 指 数,Kt=3.3 7,=1.6 6,本次采取减振堤等降振措施,取Kt=1.1 2。取第2切口以上部位质量87 2 0t进行校核距爆破点最近4 2 m处高压线的爆破振动,速度为2.1 6c m/s;6 8 m处 老 售 楼 部 塌 落 振 动 振 速 为1.7 0c m/s,校核结果符合安全振速标准。4 爆破安全防护4.1 爆破振动防护措施1)铺设减振土堤。在楼房前沿4 8m处利用现场建筑废渣堆砌筑尺寸为:顶宽1.5 m,底宽3.0m,高度1.8m的减振堤,减振堤外部压23层沙包,并覆盖5层建筑滤网。2)地下室顶板隔断。对地下室地连墙梁及楼板进行切割留缝,割断连接处的钢筋,以降低振动传播,并且可以避免由于待拆建筑定向倒塌时,对地下室顶板造成破坏,拉垮侧面边界地连墙。4.2 飞石防护措施1)切口范围内防护。使用2 0层密目安全网进行悬挂包裹,对切口范围的外侧进行加强防护。2)倒塌场地上的二次飞溅防护。在倒塌中心线的方向上,对厚积土采用上覆5层密目网的方式,以减少待拆建筑触地解体的二次飞溅。具体防护效果如图8所示。图8 切口防护及减振堤布置F i g.8 P r o t e c t i o no f i n c i s i o na n ds u s p e n s i o nd i k e l a y o u t5 试爆为验证爆破拆除工程设计参数合理性及防护的可靠性,通过对部分墙柱进行试爆,根据试爆效果调整参数设计,为拆除工程的大规模的爆破作业提供可参考的依据和保障。选择第2切口电梯井进行试爆,按照设计参数进行装药,试爆总体的爆破效果及安全防护效果良好,电梯井剪力墙试爆前后效果分别如图9、图1 0所示。111第4期郑文富,等:8 3.1m高凸字形全剪力墙结构楼房拆除爆破E n g i n e e r i n gB l a s t i n g工程爆破,2 0 2 3,2 9(4):1 0 7-1 1 3图9 试爆前现状F i g.9 S t a t u sq u ob e f o r e t e s tb l a s t i n g图1 0 试爆后现状F i g.1 0 S t a t u sq u oa f t e r t e s tb l a s t i n g6 爆破效果1)楼房按照设计方向向南顺利倒塌,结构解体充分,倒塌爆堆长度约为4 3m,未达到减振堤铺设的距离,爆后效果如图1 1所示。图1 1 爆后效果F i g.1 1 T h ee f f e c t a f t e rb l a s t i n g2)保护体爆破振动检测数据合理,峰值振速为1.7 2c m/s,周边建(构)筑物、地连墙及筏板基础均无破坏。3)由于爆破前下雨天气的影响,倒塌方向上的厚积土变软,楼房定向倒塌触地解体产生轻微二次飞溅,造成倒塌方向上老售楼部及旁边的板房个别玻璃破裂,对保护体墙体未造成影响。7 结语1)爆破前,应尽可能清除倒塌方向上松软的泥土,特别是积水,以避免二次飞溅。应提前处理倒塌建筑物顶部出屋面层的附属结构,以免建筑物定向倒塌触地,顶部附属结构由于离心力提前解体或前冲对前方的保护体造成破坏。2)剪力墙结构建筑物爆破拆除时,通常存在轻微下坐现象,对整体倒塌没有造成影响。但为避免爆破切口闭合前,楼房整体下坐造成定向倒塌失 败,可 以 降 低 后 排 墙 柱 炸 高 或 者 不 进 行爆破9。3)多次的爆破拆除防护经验验证,2 0层密目网的外围防护,效果较好,爆破飞石可以有效控制在场地以内。针对类似剪力墙结构楼房拆除爆破,可适当缩短减振堤的铺设距离或设置多道减振堤以达到减振效果。4)剪力墙结构楼房拆除爆破,通过侧面开口处理电梯井结构时,爆后倒塌方向往往会轻微偏向预处理开口一侧。因此需严格注意预处理后结构的对称性。参考文献(R e f e r e n c e s):1王俊生,张建平,赵宇川.1 2层剪力墙结构楼房爆破拆除J.工程爆破,2 0 1 0,1 6(2):5 7-5 9.WAN GJS,Z HAN GJP,Z HAO Y C.B l a s t i n gd e m o l i t i o no f1 2-s t o r ys h e a rw a l ls t r u c t u r eb u i l d i n gJ.E n g i n e e r i n gB l a s t i n g,2 0 1 0,1 6(2):5 7-5 9.2谢钱斌.内部结构复杂的高层楼房拆除爆破J.工程爆破,2 0 1 9,2 5(5):5 2-5 6.X I E Q B.D e m o l i t i o nb l a s t i n go fh i g h-r i s eb u i l d i n g sw i t h c o m p l e xi n t e r n a ls t r u c t u r eJ.E n g i n e e r i n gB l a s t i n g,2 0 1 9,2 5(5):5 2-5 6.3郑建礼,姜宝金,胡光球,等.全剪力墙结构楼房的定向爆破拆除J.爆破器材,2 0 1 8,4 7(3):5 5-5 9.Z HE N G J L,J I AN G B J,HU G Q,e t a l.211工程爆破 E NG I N E E R I NGB L A S T I N G 第2 9卷h t t p:/g c b p.c b p t.c n k i.n e tA u g u s t 2 0 2 3|E n g i n e e r i n gB l a s t i n g|V o l.2 9,N o.4D e m o l i t i o no fb u i l d i n g sw i t hf u l l s h e a rw a l l s t r u c t u r eb yd i r e c t i o n a lb l a s t i n gJ.B l a s t i n g M a t e r i a l s,2 0 1 8,4 7(3):5 5-5 9.4吉建华,池恩安.高层剪力墙结构楼房拆除爆破切口的设计J.现代矿业,2 0 1 7,3 3(2):2 0 6-2 0 8.J IJ H,CH IE A.D e s i g no fb l a s t i n gi n c i s i o nf o rd e m o l i t i o n o f h i g h-r i s e s h e a r w a l l b u i l d i n gJ.M o d e r nM i n i n g,2 0 1 7,3 3(2):2 0 6-2 0 8.5张北龙,邢光武.复杂环境剪力墙结构楼房折叠爆破及安全研究J.爆破,2 0 1 6,3 3(1):9 6-9 9.Z HAN GBL,X I NGG W.R e s e a r c ho nf o l d i n gb l a s-t i n ga n ds a f e t yo fb u i l d i n g sw i t hs h e a rw a l l si nc o m-p l e xe n v i r o n m e n tJ.B l a s t i n g,2 0 1 6,3 3(1):9 6-9 9.6张英才,孙泉,盖四海.降低大型工业建构物爆堆高度的爆破拆除技术J.煤炭工程,2 0 0 6,3 8(5):2 4-2 6.Z HANG Y C,S UN Q,GA IS H.R e d u c et h ec o n t e n t o f l a r g e i n d u s t r i a l c o n s t r u c t i o nh e i g h t o fb l a s-t i n gd e m o l i t i o nt e c h n o l o g yJ.J o u r n a lo fC o a lE n g i-n e e r i n g,2 0 0 6,3 8(5):2 4-2 6.7张昭,白和强.爆破振动对古建筑物安全影响的研究J.工程爆破,2 0 1 7,2 3(4):5 9-6 2.Z HANGZ,B A 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