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15层全剪力墙结构居民楼定向爆破拆除

董文峰1,2， 孟祥栋3， 龚 敏2， 凌三红4， 汪 龙3， 支文超3

(1.国核工程有限公司， 上海 201100； 2.北京科技大学 土木与环境工程学院， 北京 100083；3. 重庆市爆破工程建设有限责任公司， 重庆 400020； 4. 四川省宜宾威力化工有限责任公司， 四川宜宾 644600)

摘　要：介绍了复杂环境下15层居民楼的定向爆破拆除案例，根据工程特点及周围环境制定了向西南方向倒塌的爆破方案。对1层～5层非承重墙、楼梯进行局部预拆除；采用重心移出的方法计算爆破高度；计算了楼房的质量，用来确定预留墙体的面积；采用多重闭合电-非电复式起爆网路。通过合理的方案设计和参数选取，取得了良好的爆破效果，塌落振动未对周围建筑产生影响，可为类似工程提供参考。

关键词：复杂环境； 爆破拆除； 剪力墙结构； 预拆除； 定向爆破； 塌落振动

1　工程简介

待拆楼房位于重庆市繁华的观音桥商圈。楼房东面4m处有天然气管线和城市供水管线，24.5m处是建新北路，地下38.3m为轻轨三号线，与待拆楼房水平距离为38.8m；南面73m范围内为空坝，空坝南面为停车场；西面52m为建北六支路，路西为建北二村民房；北面距外贸大厦57m，中间为建北八支路，距拆除房屋13.5m处有地下人行通道。楼房为全剪力墙结构，所有外墙、承重墙及楼梯过道电梯井均为20cm厚的现浇钢筋混凝土剪力墙，楼板为15cm厚现浇钢筋混凝土板，层高为3m。

待拆楼房是两个独立单元，一单元15层加楼梯帽厅共16层；二单元地下两层，地上15层，加楼梯帽厅共18层。周围环境如图1所示。

图1　周围环境示意图
Fig.1　Schematic diagram of surrounding environment

2　爆破拆除方案

2.1　倾倒方向的选择

根据类似工程经验〔1〕，有以下三种倾倒方案可供对比选择。

方案一：一、二单元共同向南面空地倾倒。缺点：①二单元东边4m处为天然气管线和城市供水管线，有较大风险；②爆破切口形成后，由于重心偏移，可能会导致楼体倾倒过程中向东偏转。

方案二：一单元先起爆向南倒塌，之后二单元向西倒塌。缺点：一单元倾倒后，一、二单元连接处爆破防护难度大，且会妨碍二单元的倾倒。

方案三：一、二单元均向西南方向倒塌，见图2。该方案避免了前面两种方案中提及的问题，确定为最终方案。

图2　方案三倾倒方式
Fig.2　Collapse pattern of the third scheme

2.2　爆破高度的确定

将待拆楼房简化为图3所示模型，其中H 为重心高度，L为楼房宽度，h为爆破切口高度。

图3　爆破高度计算示意图
Fig.3　Calculation of blasting height

在楼体倾倒瞬间平衡时，即结构上部重心正好在通过支点B的垂直线上，由几何关系得，若要楼房倾倒，只要α≥α1，应用三角形相似原理有〔2〕：

(1)

整理得切口最小高度：

(2)

为了保险起见，实际施工的爆破切口高度乘以系数K1=1.5～3.0。待拆楼房：H=22.5m，L=14m；代入计算得hmin=5.9 m；K1取2.5，爆破高度约为15m。

2.3　爆破预留面积的确定

一、二单元楼体内所有承重墙的长度合计为200.3m，墙体宽度为200mm，故承重墙的底面积合计为40m2。墙体为钢筋混凝土，其密度约为2 551kg/m3，层高为3m；每层楼的底板面积为537.6m2，厚度为150mm。经计算，楼房总重约7 677t。

剪力墙作为支撑结构采用C25混凝土浇筑，即其所能承受的轴压为25MPa。若爆破切口过大，保留的支座面积过小，混凝土达到其极限强度后会被压碎，导致爆破时楼体的整体下坐和后坐。为了避免这种情况的发生，每单元需保留1.5m2才能保证爆破后楼体不会压碎预留的支座。

2.4　爆破参数

剪力墙的壁厚δ=0.2m，设计孔距a=0.25m，排距b=0.2m, 炮孔直径d=40mm，孔深L1=0.15m，底排炮孔距楼板0.3m，采用梅花形布孔方式。根据类似工程经验及局部试爆结果确定炸药单耗q=2.5kg/m3，从而得单孔药量为25g，采用孔底集中装药结构，每个炮孔内放置1发导爆管雷管。

2.5　起爆网路

采用多重闭合电-非电复式起爆网路，孔内采用半秒延时导爆管雷管，每30发非电雷管簇联成束，每束用2发瞬发非电雷管和1发瞬发电雷管反向连接。每个房间雷管簇联束上的导爆管通过四通连接形成小单元闭合网路；之后将每个“小闭合”用四通多次串联，形成每一层的“中闭合”；再将每一层用四通多次串联，形成“大闭合”，即多重闭合网路；最后从每一层闭合网路中各引出2～4根导爆管至地面相互汇总，再将这些导爆管并联在主起爆雷管上。另外铺设电起爆网路，并将每个簇联束上的电雷管并联入电起爆网路，从而实现起爆双保险。爆破切口内雷管分布如图4所示。

图4　雷管分布示意图
Fig.4　Sketch of detonator distribution

2.6　预处理

为了保证切口顺利形成，楼体向预定方向倒塌，降低爆破公害，爆前拆除了爆破切口范围内全部非承重墙，剪断了全部楼体，保证楼房倒塌时易于折断。

3　爆破安全

3.1　爆破振动

周围建筑物的爆破振动速度v按下式计算〔3〕：

(3)

式中：Q为一次齐爆药量，本工程为50kg；R为爆区中心与建(构)筑物的距离， m；K为受地形、地质条件影响的系数，取150；α为与地形有关的地震波衰减指数，取1.8；K′为减振系数，K′=0.3～0.7，取0.7。经计算，周边建(构)筑振速见表1。

表1　爆破振动值

Table 1　Values of blasting vibration

位置外贸大厦轻轨南面民房西面民房距离R/m575411864振速v/(cm·s-1)0.70.80.20.6

由上述数据可看出，此次爆破对周边建(构)筑物的振动，均在《爆破安全规程》允许范围内〔4〕。

3.2　塌落振动

爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿设计方向倒塌，所引起的塌落振动按下式计算〔5〕：

(4)

式中：vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s；M为下落构件的质量，为6层～15层质量，约2 560t；g为重力加速度，9.8m/s2；H为构件的高度，为6层～15层高度，H=30m；σ为地面介质的破坏强度，取10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离，m。建筑物冲击地面中心到轻轨的距离R=38.8m。Kt为塌落振动速度衰减系数，Kt取1.1～2.1，参考类似工程取1.1；β为塌落振动速度衰减指数，一般取-1.80～-1.66，参考类似工程取-1.66。

计算得建筑物塌落触地对最近轻轨处引起的振速vt =1.3cm/s，且房屋塌落位置有堆积的弃渣，也可减轻塌落振动，因此楼房塌落触地振动对周围建(构)筑的影响在安全范围以内。

4　爆破效果

本次爆破效果良好(图5)，楼房按照预定方向倾倒且倾倒过程中无下坐和后坐；由于剪力墙结构整体性较好，楼房倾倒后未破碎；爆破振动和塌落振动均在控制范围内，未影响周边建(构)筑物的安全；爆破产生的飞石得到很好的防护；爆破时有小雨，且有消防车喷水除尘，爆后粉尘消散较快；市政管线和轻轨三号线隧道作为重点保护对象并未因此次爆破而产生损伤。

图5　爆破效果
Fig.5　Blasting effects

参考文献(References)：

〔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，2008.

WANG Xu-guang, YU Ya-lun. Blasting demolition theory and engineering examples[M]. Beijing: China Communications Press,2008.

〔2〕 金骥良. 高层建(构)筑物整体定向爆破倒塌的切口参数[J]. 工程爆破，2003，9(4):1-6.

JIN Ji-liang. The parameters of blasting cut for directional collapsing of highrise buildings and towering structures[J]. Engineering Blasting, 2003, 9(4):1-6.

〔3〕 葛勇，汪旭光，魏格平. 复杂环境下11层框架楼房拆除爆破[J]. 工程爆破，2014，20(3):13-15.

GE Yong, WANG Xu-guang, WEI Ge-ping. Demolition blasting of a 11-storey frame building under complicated environment [J]. Engineering Blasting,2014,20(3):13-15.

〔4〕 爆破安全规程 GB 6722-2014[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

Safety regulations for blasting GB 6722-2014[S]. Beijing: China Standards Press,2014.

〔5〕 周家汉. 爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[J]. 工程爆破，2009，15(1):1-4.

ZHOU Jia-han. Discussion on calculation formula of collasping vibration velocity caused by blasting demolition[J]. Engineering Blasting,2009,15(1):1-4.

Directional blasting demolition for a 15-storey residential building with shear wall structure

DONG Wen-feng1,2， MENG Xiang-dong3， GONG Min2， LING San-hong4， WANG Long3， ZHI Wen-chao3

(1. State Nuclear Power Engineering Co.,Ltd., Shanghai 201100， China；2. School of Civil and Environment Enginering, University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China；3. Chongqing Blasting Engineering Construction Co., Ltd., Chongqing 400020， China;4. Sichuan Yibin Weili Chemical Co., Ltd., Yibin 644600， Sichuan, China)

ABSTRACT：The directional blasting demolition of 15-storey residential building under complex environment was introduced. A blasting scheme of collapsing to southwest by the characteristics of the engineering and surrounding environment was designed. The 1～5 storey of nonbearing walls and stairs were partly demolished in previous. Blasting height was calculated by the method of shifting gravity centre and the weight of building was calculated in order to confirm the area of reserved wall. Multiple closing initiation network with digital and non-digital was used.The ideal effect was obtained by reasonable design of scheme and parameters.The surrounding buildings were not influenced by collapse vibration.It could provide a reference for similar engineerings.

KEY WORDS: Complex environment; Blasting demolition； Shear wall structure； Pre-demolition； Directional blasting； Collapse vibration

文章编号：1006-7051(2016)02-0074-03

收稿日期：2015-11-18

作者简介：董文峰(1990-)，男，硕士，研究方向为工程爆破。E-mail：[e-mail]

中图分类号：TD235； TU746.5

文献标识码：A　　

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.016