定向控制爆破拆除22层钢筋混凝土框筒结构办公楼

定向控制爆破拆除22层钢筋混凝土框筒结构办公楼

1项目总结1.1屋顶水景。据外部的混凝土框架结构,第在北京大学的湖岸区域，有必要破碎和拆除598米的22层楼（机械拆除后的建筑面积约为1.3.4米），长44.0米，宽15.3米，高67.5米，屋顶水箱，总高度75.5米。大楼中间为框架结构,东西两端为现浇钢筋混凝土筒体,混凝土标号为350#。中间的框架体系、筒体和框架所有楼面均为现浇钢筋混凝土板,结构层厚15cm。剪力墙外层厚50cm、内部厚20cm。拆除附属建筑物后,该楼重约5×106kg。本次采用定向控制爆破技术爆破22层框筒结构的楼房,就难度和规模来讲,在全国尚属首例。1.2离需保护的道路需爆破拆除的3号楼主楼,东侧75m为延安路,136m为需要保护的楼房;南侧距庆春路200m;北侧为浙江大学湖滨校区待拆除区,离需保护的道路约250m。爆破区域所处环境较好,对爆破安全较为有利。2爆炸拆除计划2.1主楼主楼爆破确定仅对高22层的主楼的主体实施爆破,其余附属建筑采用机械法拆除。根据待拆除的主楼结构尺寸、相对位置及其分布、周围环境和业主对爆破施工的安全等要求,确定主楼房采用控制爆破技术定向倒塌,南侧为倒塌方向。为确保楼房倒塌顺利,主楼爆破前利用试爆,对楼房两端的筒体剪力墙、个别立柱进行部分爆破拆除。并采用降低爆破部位,装药采用半秒差延期雷管起爆,在南面铺垫5m厚的缓冲层,开挖6条宽为3m、深为3m的减振沟等技术措施,降低爆破地震危害效应。2.2爆炸点和伤口的高度(1)背侧北立柱不爆破中间框架结构的立柱:倒塌方向(南侧)的1～4层第1排立柱;倒塌方向1～3层第2排立柱;倒塌方向1～2层第3排立柱;背侧(北侧)立柱不爆破(见图1)。两端筒体结构:底部爆破切口内所有墙和立柱全部炸碎,且高度大于中间立柱的爆破高度,松散区内筒体剪力墙不爆破。(2)柱爆高的确定计算得知,每层的立柱高度只要大于1.7m,可确保完全失稳。1层各排立柱炸高取3m,2层以上每层各排立柱炸高取2m,可确保万无一失。倒塌背向1排的立柱切口高度取1.5m,可确保形成塑性铰。在图2标注的爆破切口和爆破松散范围内的立柱全部炸断,即倒塌方向的前端净爆破高度不小于18m。显然,本设计确定的爆破切口高度远远大于Hp爆破切口的闭合高度,爆破范围内的钢筋必定会失稳。闭合高度与爆破切口的关系如图2所示。2.3大楼的回转高度爆破切口内的立柱失稳闭合后,楼房的重心必须偏移至大楼楼体以外才能保证其倾倒可靠性。爆破切口的闭合角β为:β=tg-1(Hp/B),其中Hp为爆破切口的闭合高度,B为大楼倒向长度(见图2)。在转动过程中,转动角速度相同,楼房转动的α角和β角相等。对于主楼:Hp=9m,B=14.4m。将有关数据代入得β=α=32°。闭合后,大楼的重心偏移出大楼外侧的距离为:式中:ZC为大楼的重心高度,主楼ZC=33.55m。将有关参数代入(1)式,分别得:主楼重心偏移至楼体以外的距离为LX=9.46m。以上计算结果可以看出,主楼重心已偏移至楼体以外较大的距离(达9.46m),因此爆破切口高度的设计是合理的,说明该楼房能够可靠地倾倒。2.4开导爆管雷管作爆本次爆破采用非电簇联复式导爆管起爆网路起爆。每个药包设置1发导爆管雷管,用四通将导爆管连成网状起爆网路,用2发电雷管引爆。引爆非电导爆管雷管用的电雷管采用串联起爆网路,用GBP413型高功率延时起爆器起爆。2.5爆炸令和延迟(1)筒体外墙的划分主楼共分4段,第1响为第1层前两排立柱和2、3、4层的第1排立柱,以及1、2层第1跨(由南向北的顺序分跨)两端的筒体墙壁;第2响为2、3、4层的第2排立柱及第2跨两端的筒体墙壁;第3响为1、2两层第3排立柱及第3跨两端的筒体墙壁;第4响为第9层和第10层前3排的立柱。(2)段半秒差非电导爆管雷管主楼:第1段采用瞬发非电导爆管雷管;第2段采用2段半秒差非电导爆管雷管(HS2);第3段采用3段半秒差非电导爆管雷管;第4段采用4段半秒差非电导爆管雷管(HS4)。即后段迟于前段0.5s起爆;总的延期时间(从开始点火至所有装药爆炸完毕所需时间)为1.5s。3爆炸参数设计3.1炮孔参数(1)土筒体外墙布置对于50cm厚和20cm厚钢筋混凝土筒体墙壁分别取25cm和10cm;对于80cm×80cm和70cm×70cm立柱分别取35cm和30cm。(2)炮孔的距离和输入距离按a=(1.2～1.5)W和b=0.85a计算。立柱排距取10～12cm。(3)垂直短边钻孔对于墙壁,垂直于墙面钻孔,L=(δ+h)/2,平行于墙面钻孔,L=S-δ;对于立柱,垂直于短边钻孔L=B-δ/2(δ为墙壁或立柱厚度,h为药包长度,B为立柱的最大边长,S为保留墙壁的长度,应小于3m)。钻孔时,应使炮孔深度L大于最小抵抗线,要确保炮孔装药后的净填塞长度L1大于或等于(1.1～1.2)W,即L1≥(1.1～1.2)W。(4)大炮孔直径炮孔直径取d=38～44mm。3.2单孔装药量q(1)炸药单耗K(见表1),根据试爆及实际强度、临空面情况及爆破部位现场确定。(2)单孔装药量Q:根据体积原理计算公式,药量可按下式确定:Q=KV(2)式中:Q为单孔装药量,kg;K为炸药单耗,kg/m3;V为每个炮孔担负的爆破体积,m3。经计算并根据试爆效果,确定装药参数如表1所示。3.3截面柱的设置经过试验,对于承重的剪力墙,厚20cm的采用水平分层布孔;50cm的剪力墙超过2m长的,采取水平分层布孔和垂直布孔相结合的方式。墙角是承重墙建筑结构的强固部位,一般从里面两墙的夹角处布置水平炮孔。立柱上的炮孔,通常根据柱截面形状尺寸进行布置。对于正方形截面支柱,一般上下布置一排孔;对于矩形截面支柱,其炮孔一般应左右交错布置。对于只有两个临空面的支柱(如剪力墙的拐角、节点和交叉点),除在柱上布孔外还应在支柱两侧墙壁上布孔,为支柱创造临空面。本工程共钻孔1373个。4爆炸安全4.1爆破修正系数qx爆破地震波振动速度可根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)给出的质点垂直振速公式(前苏联萨道夫斯基公式)进行计算,考虑到此次爆破为内部装药多点分布的控制爆破,经换算后得距离R与允许的最大一段(次)齐爆药量Qmax的关系式:Qmax=(vc/KK′)3/α·R3(3)式中:Qmax为最大一段(次)起爆药量,kg;vc为被保护目标的安全振动速度,cm/s;K′为毫秒延时控制爆破修正系数,楼房爆破通常取0.5;R为爆点中心至被保护目标的距离,m;K、α为与爆破地形、地质条件等有关的系数和地震波衰减指数,可根据经验或通过试验确定。根据本次爆点周围的地质条件,参考我们以往的工程实测数据,可选取K=250、α=1.8、K′=0.5(按照最不理想条件考虑)。将vc=2.0cm/s、R=75m代入(3)式,则最大一段(次)允许装药量Qmax为428kg。本次爆破总药量为257.3kg,分为4段半秒差起爆,最大一段装药量都不超过100kg。因此,爆破地震波对上述最近的周围建筑设施不会产生任何影响。4.2爆破损失测定对于楼体落地振动效应,根据中国科学院力学所总结的公式:vt=Kt[R/(MgH/σ)1/3]β(4)式中:vt为塌落振动速度,cm/s;Kt为衰减系数,Kt=3.37;σ为地面介质的破坏强度,一般取σ=10MPa;β为衰减指数,β=-1.66;R为观测点至撞击中心的距离,m;M为下落构件的质量,t;H为构件重心高度,m。本次爆破的主楼爆破切口以上的楼体质量不大于M=5×103t,撞击点中心距建筑物最近的距离不小于R=75m,大楼的重心高度为H=33.5m,将上述参数代入(4)式,计算得出塌落振动速度vt=1.99cm/s。本次爆破振动速度允许值为5cm/s,因此爆破落地振动对75m以外的建筑不会有任何影响。5整体业景开裂回采主观设计经过专家精心设计和现场技术人员的科学组织与施工,爆破获得成功。爆破后,整个大楼整体倒塌,倒塌后长度为63.5m、宽为36m,底部向南移动11.5m,东西错位仅2m左右,完全在预定的倒塌区域内。底部的剪力墙四周钢筋和混凝土基本脱落,所有的钢筋混凝土柱全部断裂,有利于爆碴的清运。由于整体倒塌,基本上没有飞石,溅起的泥土散落范围未超过20m,周围的建筑、居民住宅和临时设施人员都安然无恙,达到了预期的爆破效果。据现场实测数据表明,爆破和大楼落地引起的地震速度均小于安全允许值,南侧200m处浙商银行和酒店没有受到任何影响,西侧136m和北侧250m的居民区安然无恙。6对爆破区域的优化措施(1)采用定向控制爆破技术,在能满足楼房倒塌的前提下,适当降低爆破切口高度,对9、10层进行松动爆破,加大预处理,尽量减弱楼房的刚度,使楼房顺利倒塌,并且在缓冲层的保护范围之内,对地面的冲击大大减小。(2)对剪力墙实行水平分层布孔装药,提高了炸药的利用率;对爆破区域内的多向剪力墙、非承重墙进行预处理拆除,并在柱子、梁和墙的节点钻孔进行松动爆破,减小了炸药用量,减少了飞石,保证了爆破安全,证明了所采取的装药结构和预处理措施是正确的。(3)框筒结构特点复杂,炸药单耗只有经过计算和试验才能确定。本次炸药单耗:1层的柱子和