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易 克1 吴克刚2 姜 洲2
(1．河南省现代爆破技术有限公司，河南郑州，450008；
2．国防科技大学，湖南长沙，410008)
摘 要：介绍了形状持殊的16层Y字形全框剪结构楼的控制爆破拆除。该楼结构复杂，拆除难度大。通过精心设计，正确地选取爆破参数，采用合理的分区和延时爆破以及安全措施，达到了预期的爆破效果。总结出的几点体会，为类似的工程设计提供了参考。
关键词：全框剪结构；爆破拆除；延时爆破；安全措施
1工程概况
河南省郑州市帝湖花园2号楼的修建，占压了郑州市金水河的汛期泄洪道约1600m2，被郑州市政府定为违章建筑工程。为保证汛期金水河河道畅通，决定对其进行限期爆破拆除。
1．1周围环境
该楼位于航海路与工人路交叉口，工人路西侧，航海路南150m。该楼原计划建34层，实际已建成16层，地面以上高度49．8m，地下室为两层，每层高度4m，已建成建筑面积14700m2；由三个部分组成，整体呈Y字形分布，中央是电梯间和楼梯间，结构十分稳定，爆破拆除和解体的难度很大；周边环境也比较复杂，南侧距离帝湖花园围墙仅1.5m，围墙下面有一根裸露的10kV的高压电缆管线，围墙外是小区内的道路（4m宽），距离帝湖水面仅7m；东侧距离在建建筑物15m，东南侧45m是两栋高度为3层的居民楼；西侧是一些在建建筑物，距离40m，北侧距离被保护建筑物45m。
1．2大楼结构特点
大楼为全框剪式结构，房屋的结构整体性能和抗振性能都非常好。大楼现为16层混凝土整浇结构(混凝土标号C35)，长47．29m，宽39．42m，高49．8m，地下室的墙体厚度为24cm，墙体内的钢筋是Ф14×12和Ф16×12的螺纹钢，构造柱内的钢筋是Ф18×10和Ф22×10的螺纹钢，环筋是Ф16×12；地面以上部分的墙体厚度为20cm，墙体内的钢筋是Ф12×12和Ф14×12的螺纹钢，构造柱内的钢筋是Ф16×10和Ф18×10的螺纹钢，环筋是Ф14×12。大楼基础是整浇的钢筋混凝土大型承台，混凝土标号C35，配置的钢筋是Ф25×10和Ф22×10的螺纹钢，环筋是Ф16×10。
2爆破拆除方案
大楼为全框剪结构建筑物，整体性好，梁、柱和剪力墙的布筋密度大，楼体结构强度大，解体困难，并且整体形状呈Y字形，楼梯各部分相互牵扯，不便于整体朝一个方向倒塌，必须分割为几个部分依次朝不同的方向倒塌。为避免大楼两翼倒塌后，对中央楼梯间部分的倒塌过程形成支撑，影响大楼的倒塌效果，两翼部分必须先倒。
2．1建筑物倾倒的方向
采取爆破切口高度差、延时起爆时间差相结合的定向倾倒方法。为了使整个建筑物实现全部解体，根据周围环境及施工时间可能出现的情况，最终确定定向倾倒方案：将2号楼分为A、B、C、D四个爆区。A将向北偏西15°倾倒；B将向北偏西10°倾倒；C将向北偏东35°倾倒；D将向北偏东35°倾倒。各区倾倒方向如图l所示。
2．2大楼的预处理
为保证倒塌的准确性及解体的完全性，对大楼实施了预切割处理，将大楼分成了相对独立的四个区。四条缝都是纵向切割，切割位置如图1所示，缝宽约为600mm。
16层Y字形全框剪结构楼爆破拆除zlmflxxj4f3.jpg
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将各区爆破切口范围的楼梯上下换步台横梁、踏步中间、横向隔断墙切断。地下室的墙体较厚、立柱较大、钢筋较粗，因此提前用风镐将墙体及立柱外表面混凝土剥离，将最外面的钢筋隔断，减小结构强度。
3爆破参数设计
3．1爆破切口高度
建筑物通常主要承重构件是立柱，起稳定作用的是梁、楼板、屋面梁(或板)，一旦承重立柱破坏一定高度，楼体整体失稳，在重力作用下坍塌或定向倾倒。要使楼房可靠倒塌，确定立柱的破坏高度，是取得理想爆破效果的关键。根据理论计算和实践经验，墙体和构造暗柱的破坏高度按下式计算：
H=K（B+Hmin）
式中，H为承重立柱的破坏高度；K为与建筑物倒塌形式有关的经验系数；B为立柱截面长边；Hmin为立柱最小破坏高度。
由于该工程建筑物为整浇框剪结构，其承重构件已经不是立柱了，而是每一层的所有墙体、构造暗柱，起稳定作用的是现浇梁和整浇楼板。承重墙体、构造暗柱破坏一定高度，楼体整体失稳，在重力作用下可以实现定向倒蝴，但是解体不一定会十分充分。按照上述公式计算得出的切口高度，楼体虽然会整体失稳和倾斜，为了实现解体充分，各个爆区爆破的楼层必须提高至1～8层不等。每一层的爆破切口高度H=2．5～3．5m不等；各个爆区爆破切口高度，既要保证倒塌效果，同时又要做到节约成本，尽可能地减少钻孔量与装药量。
(1)A区切口高度：地下-l层3m、-2层3．5m，地面1层3．1m、2层3．5m、3层3．3m、4层2．5m。
(2)B区切口高度：地下-l层3m、-2层3．5m，地面1层3．5m、2层3．3m、3层2．5m。
(3)C区切口高度：地面1层2．5m、2层2．5m、3层3．1m、6层3．5m、7层3．3m、8层2．5m。
(4)D区切口高度：第2层2．5m、3层3．1m、4层3．5m、5层3．3m、6层2．5m。
3．2爆破参数
单孔药量计算公式：
q=kV （1）
式中，q为单孔药量，g；k为炸药单耗，g／m3；V为单孔破坏介质体积，m3。对墙体(24墙)孔距a=30cm，排距b=25cm，孔深L=16cm，炸药单耗k=1600g／m3，按式(1)计算得q=28．8g，实取30g。对墙体(20墙)孔距a=25cm，排距b=25cm，孔深L=14cm，炸药单耗k=1600g／m3，按式(1)计算得20g，实取30g。对构造柱(40cm×30cm)孔距a=40cm，孔深L=26cm，炸药单耗1800g／m3，按式(1)计算得86．4g，实取90g。
(1)A区倒向为西北方向，采用毫秒延时分5次起爆，24cm、20cm两种墙体钻孔2283个，单孔药量为30g，结构柱钻孔575个，单孔药量为90g，共使用炸药120kg。
(2)B区倒向为西北方向，采用毫秒延时分5次起爆，两种规格的墙体共钻孔2191个，单孔装药量为30g，结构柱钻孔345个，单孔药量为90g，共使用炸药97kg。
(3)C区倒向为东北方向，采用毫秒延时分6次起爆，墙体钻孔2963个，单孔药量为30g，结构柱钻孔528个，单孔药量为90g，共使川炸药116kg。
(4)D区倒向为东北方向，采用1次毫秒、5次半秒延时起爆，墙体钻孔3502个，单孔药量为30g，结构柱钻孔528个，单孔药量为90g，共使用炸药153kg。
本工程四个爆区共钻孔12915个，总装药量486kg。
3．3爆破网路
(1)起爆方式：本次爆破采用非电延时导爆管雷管复式混联起爆网路，网路采用分级簇联、双网路并联方式，主网路采用导爆管加四通的连接方式。即起爆网路系统由起爆雷管、过桥雷管、孔内导爆管雷管、四通和导爆管组成，首先由2个导爆管雷管连接一簇(20发以内)，完成第一次过桥连接；接着再由双发导爆管雷管进行第2次过桥连接，直接用四通将第2次过桥连接导爆管接入导爆管主干线形成复式混联起爆网路；最后用2发电雷管激发导爆管主干线。
(2)区段划分及延时间隔：孔内采用毫秒及半秒导爆管雷管实现延时起爆。四个分区共使用19个段别导爆管雷管延时约4．5s。
4爆破安全与校核
4．1单响药量校核
为控制爆破振动效应，应严格控制最大单响起爆药量：
Qmax=R3(v／k)3/a (2)
式中，Qmax为一次齐爆药量，kg；R为保护目标至爆点距离，m；v为允许的振动速度，cm／s；k和α分别为与地振波传播地段的介质性质及距离有关的系数和衰减指数，根据文献[1]，取k=32．1，α=1．57。
以居民楼作为保护目标，取[R]=15m，[v]=3cm/s，计算的Qmax=36．49kg。
以电缆管线作为保护目标，电缆管线离D区最近，D区在保留支撑墙的情况下，最近药包离电缆线约4m，以文献[4]的结论，取[R]=4m，、[v]=5cm／s，计算的Qmax=1．836kg。
因此严格控制管线附近的最大一次单响药量不超过1．836kg，被保护建筑物附近最大单响药量不超过36．49kg，就可以保证相邻建筑物及电缆管线的安全。
4．2塌落振动效应
楼体在塌落过程中冲击地面产生振动，其强度比爆破振动要大、频率低，对四周建(构)筑物危害更大，必须引起足够重视。为降低塌落振动效应的危害，应尽量防止构件同时触地，而采用分段分区使构件依次触地来控制塌落振动。
塌落振动由下式验算：
16层Y字形全框剪结构楼爆破拆除m5xfycqosf4.jpg
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式中，v为塌落引起的地表振速，cm／s；m为下落构件质量，t；g为重力加速度，m/s2；H为构件重心的高度，m；σ为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离，m；kt、β为衰减参数，分别取kt=3．37、β=1．66。
以离电缆管线最近的D区为例，总质量约为6000t，大楼倾倒并非自由落体，按总质量的1／3估算；重心落差H取20m，R取30m。由式(3)计算得出在管线处塌落振动引起的地表振速为4．14cm／s，根据文献[4]的结论，当v≤5cm／s时，可保证管线的绝对安全。重心落差H取20m，R取45m。由式(3)计算得出在管线处塌落振动引起的地表振速为4．14cm／s，根据文献[4]的结论，当v≤5cm/s时，可保证管线的绝对安全。重心落差H取20m，R取45m。由式（3）计算得出受保护建筑物处塌落振动引起的地表振速为2．1cm/s，小于国家规定的安全标准。
4．3爆破飞石安全距离及防护措施
李守臣[3]通过实验，对爆破飞石的抛掷距离与炸药单耗之间的关系进行了回归分析，得到了无覆盖条件下，爆破飞石距离与炸药单耗之间的关系：
L=70q0.58 (4)
式中，L为飞石抛掷距离，m；q为炸药单耗，取1．8kg／m3。计算出本次爆破飞石的距离为98．44m，因此警戒必须在98．44m以外才能保证人员安全，在采取严密的防护措施后，可控制飞石的飞散距离。
本次爆破采取的防护措施如下：
(1)对爆破构件的装药位置，用荆笆或铁丝网等遮挡。
(2)用荆笆或铁丝网遮挡附近被保护建筑物的门窗和被保护的外部设备。
(3)在管线上垒一道高1．2m、宽lm的沙袋墙，防止爆碴砸坏管线。
5爆破效果及体会
5．1爆破效果
2008年2月25日14时起爆，B爆区、C爆区、D爆区三区重叠处，爆堆高度为1lm，D爆区反向没有任何后坐，紧邻1m的高压电缆线、围墙完好无损。A、B爆区也按设计方向倒塌，没有后坐，完全达到了设计效果，爆破非常成功，16层框剪结构楼爆破效果如图2所示。
16层Y字形全框剪结构楼爆破拆除ezpw5oxwnsi.jpg
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5．2几点体会
(1)段别分配合理有序，采取毫秒延时和秒延时相结合，为D爆区的爆破塌落争取了空间，达到了理想的爆破效果。
(2)各区域布置了预裂爆破孔，大大降低了结构的整体性。
(3)框剪结构建筑物定向爆破，要有效地利用倒塌场地、起爆网路的时间差和切口的高度差。
参考文献
[I]刘殿中．工程爆破实用手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999．
[2]于亚伦．工程爆破理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，2004．
[3]李守巨·拆除爆破中的安全防护技术[J]．工程爆破，1995，1(1)：7l～75．
[4]王彦利，黄吉顺，周鹏．分段爆破解体原地倾斜塌落法在拆迁过程中的应用[J]．工程爆破，2005 ，11(1)：34～36．
摘自《中国爆破新进展》
原文网址：- http://www.cbsw.cn/news.do?newsId=95282
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