哈尔滨市某大型办公楼爆破拆除

哈尔滨市某大型办公楼爆破拆除

1铁煤气管网影响楼根据哈尔滨城市规划的要求，必须拆除。该楼处于市中心繁华地带,三面环道,一面有在建楼房(如图1)。北侧18m、地下1.8m处埋有次高压煤气管线,16m处为东五道街;西北方向31m处为14层的农业银行办公大楼;西侧46m为尚志大街;南侧2m为东六道街,10m处地下埋有铸铁煤气管线;东南侧28m为14层的保险公司办公及住宅楼;东侧13m为需保护的8层在建楼房。该楼为整体浇筑的框架-剪力墙结构,地上26层,地下2层,地面以上高度为89.4m,东西长23.5m,南北长22.5m。1～4层每层高为4.8m,第5层楼为设备层,高度为2.2m,第6层以上为住宅层,每层高度为3m。14层以下,每层共14根立柱,其中楼梯间通道两侧各1根(如图3中所示),断面为0.4m×0.9m;楼房四周每边4根立柱,1～4层立柱断面为0.9m×0.9m,5～14层立柱断面为0.8m×0.8m;15层至顶层,仅剩周边12根主立柱,其断面为0.6m×0.6m。楼房中间部位为电梯井和楼梯间组成的剪力墙结构,墙体为0.35m厚的钢筋混凝土结构,东西长9.8m、南北宽8.6m,东、西两侧各有一通道口,南侧有两挂楼梯、北侧有三个电梯井及一个管线井;每层底板厚度为0.15m,横、纵各4道大梁,截面为0.4m×0.6m。2选择和演示系统2.1整体规划2.1.1地面爆破的安全防范该楼地理位置复杂、混凝土强度高、结构坚固、整体稳定性好、高宽比为3.9。楼房自身条件适合定向倒塌。然而周围环境复杂,不允许直接倒塌;东侧13m有未建成楼房,更不允许原地坍塌。根据设计图纸及现场勘察情况进行全面设计、论证,认为对该楼进行爆破拆除必须解决以下关键问题:1)堆渣控制根据施工图纸估算,该楼混凝土量约为8500m3,折合成虚方则更多,如果全部采用原地坍塌的爆破方案,堆积会对东侧未建成楼房立柱造成损坏,而且非常容易造成堆积物不均,使上部楼体在下坐过程中产生偏差。2)高空定向解体控制由于该楼占地面积小,又非常高,很容易在下落过程中失稳。如果在几十米的高空解体过早,势必对东侧未建成楼房及东南侧的保险公司大楼构成很大威胁。而且,楼房解体折叠作用也可能造成部分解体后的楼体反向倒塌或后坐,对北侧18m处的次高压煤气管线和31m处的农业银行大楼构成威胁。3)不确定因素控制因烟道在楼房倒塌的反方向,并且与楼体连接较少,随着楼房的后坐和堆积物的增多,很可能将烟道挤向相反方向倒塌。4)震动控制该楼高度89.4m,重量22000t,方圆100m范围内有5座14层以上高大建筑物,地下最近的煤气管线只有18m,过大的爆破震动和塌落震动都会造成不应有的损失或给将来留下隐患。5)飞石控制为使该楼爆破过程中解体充分,须对部分立柱及剪力墙在几十米高空进行过量装药。因此对飞石的防护也是一个十分关键的问题。2.1.2层立柱及剪力墙减少一次齐爆药量、减缓楼体塌落速度,是解决有关问题的关键。所以尽可能分多次起爆、尽可能减小楼体每次下落的高度和速度,从而减少爆破震动和塌落震动以及冲击波对周边建筑物和地下设施的影响。因此决定采用预先切割、延时起爆、自重压碎、楼体上部向南偏西10°缓冲塌落,最终形成定向坐塌的爆破方案(如图2和图3所示)。1)2～4层立柱及剪力墙全部切口,保证楼体原地下落,降低楼体高度,释放出部分势能,减少一次触地冲量,此时装药量也不必过大,但必须保证所有立柱及剪力墙装药标准一致。2)5～7层自电梯井前五分之三处切口(如图3所示),保证楼体向南偏西10°倾斜,在下坐的过程中逐渐加大倾斜角度,确保楼体在下坐过程中不改变倒塌方向,并减少原地堆积,以控制楼房的倾倒方向,并在空中对楼房进行一次解体和折叠,减小楼体高度和倒塌距离。3)预先切割8～12层纵墙,破坏电梯井的完整性,保证在楼体倾斜下落过程中,横墙及立柱失去竖直方向的支撑能力,并在楼体的重力和楼体下落冲量的共同作用下,将其折断压碎。该过程可以减缓楼房的下落速度,消耗楼房下落所产生的部分能量,从而达到减少触地冲量、减小触地震动的目的。4)15～16层的处理方法同5～7层的处理方法。5)通过逐批下落、逐渐产生倾角,在16层自北向南偏西10°定向解体倒塌。6)采取有效的减震措施。第一是要延长楼体触地时间,减小产生震源的强度,将落地点的土壤松散、松软;第二是要阻断地震波的传播,在落地点周围挖出一条5m深的减震沟。2.2墙体破碎深化设计为减少爆破工作量和一次齐爆药量,对影响塌落和倒塌方向的非主要承重部位进行预先拆除,对最后楼房倒塌有可能产生影响的部位也必须进行提前处理。1)将2～4层所有外墙和内部间壁墙全部拆除,对部分减力墙进行拱形切口,钢筋切断。2)将5～7层东、南、西3个方向的外墙全部拆除,将纵向的内部间壁墙全部拆除,将东、南、西三侧的部分剪力墙进行拱形切口,钢筋切断。3)将8～12层纵向的内墙及剪力墙进行拱形切口,钢筋切断。4)将15～16层南侧外墙全部拆除,纵向内部间壁墙全部拆除,中部剪力墙的东、南、西三侧进行部分切口,切口形式呈圆拱形,钢筋切断。5)将2～4层三个电梯井部分墙体东、南、西三侧拱形切口,5～12、15～16层按图3切线向南侧切口。6)将7层以下楼梯间两面立墙拱形切口。7)将楼梯进行纵向切割,切口宽0.2m,保证其同剪力墙一起塌落。8)楼房唯一的一个烟道口在楼房的东北角,决定在第2层、第6层、第10层的高度用风镐对烟道东、南、西3个方向的墙体进行破碎,破碎开口高度为1m。而后在14～26层用双股ϕ25的钢丝绳将烟道与楼体进行绑固,使楼房下坐过程中烟道不脱离楼房。2.3火炬树叶片功能模型根据施工图纸所提供的数据,概算楼体地面以上重量约22000t。预处理后,2～4层立柱及剪力墙可承载35000t的负荷,5～12层可承载27000t的负荷,因此可保证后续施工的安全性。2.4爆破高度为保护地下室第1层不进行爆破处理,并垫上2m厚黄土,起减震防护作用;2层切口下部位置在距层面50cm处,使爆破尽量不破坏第1层顶板,保持楼板的原有的整体结构和稳定性;3～7层切口位置选在距离楼板10cm处,正常爆破高度2.4m;15～16层切口位置在距楼板10cm处,正常爆破高度为1.5m。2～4层爆破范围为所有立柱,5～7层、15～16层均为南侧第1排4根立柱、第2排2根立柱、第3排西侧1根立柱,其中第2排东侧立柱只在底部钻3排孔,第3排西侧立柱在底部钻4排孔。采取爆破与气镐相结合的方法对电梯井和楼梯间剪力墙的东、南、西三面进行部分处理。2.5临界破坏高度Hp=k(b+Hmin)=1.94～2.425m。式中,k为经验系数,k=1.5～2.0;Hmin为临界破坏高度Hmin=12.5d;d为承重立柱竖向主筋直径,d=0.025m;b为承重立柱边长,b=0.9m。按照设计,第2～4层立柱的爆高为2.4m,满足失稳条件。2.6地面倾斜角度采用延期的主要目的是:1)减少一次齐爆药量,减少爆破地震波。2)在空中对楼房进行解体,使楼体分成若干部分依次触地,减少楼体塌落所产生的地震波。3)控制楼房解体后的倾斜方向,使解体后的每一部分均产生向预定塌落点的适度倾斜,但必须保证14层楼房以下触地前,其倾角不能超过30°,否则后果不堪设想,所以延期不宜过长。因此,本次爆破决定采用空中立体延期设计,先上级下依序分3个段次起爆。首先起爆的是15～16层的定向切口及8～12层纵向墙体,确保楼房的重心前移;间隔50ms后,起爆5～7层的定向切口,进一步加大倾斜角度,并完成全部的空中解体工作;再间隔50ms,起爆2～4层,使楼体开始下落,压碎第1层,并在5～16层逐层触地时,加大倾角,最终在17层触地时,剩下近乎解体的10层楼房,开始倾倒、解体,全部最后落地。2.7孔内、孔外均采用3段导爆管进行传爆采用孔内延期和孔外延期相结合的非电起爆方法。8～12层及15～16层采用1段导爆管进行两级传爆;5～7层孔内采用3段延期导爆,孔外用1段导爆管进行传爆;2～4层采用3段导爆管进行孔内和孔外延期。每级导爆管之间用10cm厚的草垫子覆盖,保证传爆能够顺利进行。本次共计使用电雷管186枚,分为4条支路,用380V动力电起爆。起爆前切断其它所有的用电线路,确保起爆所需电能。2.8实际爆破过程装药量计算拟爆破层不同,立柱尺寸和相应使用的爆破孔网参数也不同。本楼爆破采用的最小抵抗线分别有:0.30m,0.27m,0.20m;相应的孔距为:0.65m,0.60m;相应的单孔装药量为:75g,50g,45g。其中底部3排孔最多可取2倍过量装药,保证爆破后的钢筋变形,上部药孔最少应为标准药量的2/3,中间孔应为边孔药量的2倍。3层底部3排孔的单个装药量实取150g,其余分别为75～50g;2层和4层底部3排孔的单个装药量实取100g,其余分别为75～40g;5层下部3排孔的单个装药量实取75g,其余分别取50～40g;6～7层底部单个装药量实取50g,其余分别取40～30g;15～16层底部单个装药量实取50g,其余分别取40～30g。实际总装药个数N柱总:1438个;总装药量C柱总:211.7kg。3安全计算最大一次齐爆药量为144kg。3.1计算爆炸声波的方法该方案估算所产生的冲击波影响范围为24.01m,爆破点距周边须保护建筑群距离远远大于此安全距离,并有多层防护措施,故方案可行。3.2抗震性能估算该方案所产生的地震波影响范围为26.21m,因爆破点距须保护建筑大于安全距离,并在待爆楼房四周开挖一道宽3m、深5m的减震沟,进一步阻止地震波对周边建筑物的影响;而煤气管深度仅有1.8m,减震沟远深于煤气管线的埋设深度,故方案可行。3.3建筑物的按k/h计算挡墙高度Rt=[2MgHδ(KV)1/α]1/3=14.33mRt=[2ΜgΗδ(ΚV)1/α]1/3=14.33m式中,K为系数,K=1.0～1.86,取1.86;α为地震波衰减指数,α=1.24～1.40;δ为构件材料的破坏应力,δ=0.5×103kg/cm2;M为楼房质量,M=22000t;g为重力加速度,g=9.8m/s;H为下落高度,取楼房第一次触地的高度,即第2层的高度,H=4.8m;V为允许安全振速,v=3cm/s。4保护措施因楼房周围环境十分复杂,爆破部位又相对较高,故制定严密的防护措施。4.1地震波的预防措施1堆地造林处,筑起一道长30m、宽度2m、高度为3m的土堆,并在倒塌方向的路面上堆积2m厚黄土,绿地内的土壤适当翻松,用来缓冲楼房的触地,尽可能使震源强度减小。22米在设计楼坍塌面积外处,挖一道深5m的减震沟,用来阻断或削弱爆破地震波和楼房塌落地震波。4.2外来防护系统1)对所有立柱爆破部位用五层草垫子进行第一道防护,对剪力墙所有的爆破部位用三层草垫子进行第一层防护。2)对所有爆破部位用两层铁筛网进行第二道防护。3)用一层杨木板进行第三道防护,将冲破前两道防护的大块混凝土挡住。4)再用三层草垫子加两层铁筛网进行第四道防护。5)在7层以下的外部防护主要用一层高密度安全网,宽松地围绕楼体防护一层;8～12层及15～16层用一层木板和一层草垫子对所有窗口进行封堵。6)在减震沟外侧3m处,用脚手杆和高密度安全网设立一道6m高防护屏障,作为最后一道防护。防止楼房落地速度过快时,溅起石块和产生气流对周围建筑物造成破坏。5价值现场?起爆前后全景无震感2003年9月25日中午12时55分,随着爆破总指挥下达的起爆命令,三声沉闷的连续爆破声响起,26层大楼应声下坐并向预定方向倾斜。3s钟后,第17层触地,大楼剩余部分倾斜加快,3.5s后,解体落地。伴随着掌声、叫好声,灰尘四起,4台洒水车喷淋5min后,烟尘散尽,整个楼体倒塌后的废墟全部躺在预先挖好的减震沟内侧。经测量废虚长65m、宽35m,最大堆积高度13.5m,平均堆积高度约为8～9m。个别石块离爆堆不超过15m,均未飞出防护屏障。西侧约有15m长防护屏障被楼房塌落所产生的气流冲倒,周围所有玻璃无一破碎,建筑物、水、电、气安然无恙,距爆破点不到50m的点火站没有震感。起爆前后全景如图4所示。实践证明,如此高大建筑物在复杂环境下的爆破是完全可行的,只要仔细勘察、周密设计、严格施工,不管是地震波、冲击波、堆积范围和飞石都可以控制到预想状态。6施工安全性及稳定性1)由于某保险