武漢市某大型公共建筑結(jié)構(gòu)爆區(qū)分析

武漢市某大型公共建筑結(jié)構(gòu)爆區(qū)分析

1電梯廳和中間走廊概況龍華大廈位于武昌蛇山南麓的武隆路附近。由于武漢第一文化區(qū)的總體規(guī)劃和建設(shè)，它必須被拆除。樓房北側(cè)16—18m是待拆除的8層樓房;西側(cè)距圍墻2.7m,圍墻外有一配電房,6.5m是5層居民樓房;南側(cè)緊鄰武珞路,環(huán)境復(fù)雜:距地下?300自來(lái)水管2m,高壓線桿4.5m,距地下人行通道4.0—5.9m,電車線9m,車行道10m;東側(cè)為空曠場(chǎng)地。緊鄰龍華大廈東側(cè)、南側(cè)和西側(cè)地下密布電力、電信、給排水管線。武珞路車流、人流量較大。爆區(qū)周圍環(huán)境極復(fù)雜,具體環(huán)境示意圖見圖1。龍華大廈為11層框架結(jié)構(gòu),平面呈“^”形布置,兩邊對(duì)稱。總長(zhǎng)53.0m,寬18.25m,高38.40m。橫向有4排立柱,縱向有8排立柱。立柱尺寸為550mm×550mm、600mm×600mm,大部分砼梁為300mm×500mm、250mm×400mm。電梯廳及中間走廊為現(xiàn)澆樓板,板厚11cm,其它部位樓板為預(yù)制板,有電梯井和樓梯各2個(gè),建筑面積約11000m2。具體的大樓結(jié)構(gòu)見圖2。2全球爆炸方案的選擇和確定2.1爆堆工程的工程特點(diǎn)1)待拆樓房為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),且平面呈異型,其梁柱截面尺寸大,剛性大,倒塌后不易解體。2)其地勢(shì)東高西低,對(duì)倒塌及破碎效果、控制后坐、滑移不利。3)立柱排數(shù)少,排間跨度大,勢(shì)能轉(zhuǎn)換也快,不易控制后坐。爆堆對(duì)地下通道的影響不好預(yù)估。4)爆區(qū)環(huán)境復(fù)雜。樓房南側(cè)緊鄰人行地下通道及市政設(shè)施,可供坍塌的范圍小;且地處市區(qū)主干道,人流與車流量較大。工程西側(cè)為中南財(cái)大招待中心圍墻,圍墻外有配電房,牽涉面大。東北部為龍華寺,且屬二級(jí)文物保護(hù)單位的宗教建筑,坍塌震動(dòng)和飛石的影響需要加強(qiáng)控制。東、南、西三側(cè)密布管線,必須保證其保護(hù)措施的有效性。根據(jù)周邊的環(huán)境,選擇合理的倒塌方式及倒塌方向至關(guān)重要。2.2爆破方案i:i1.7s后起爆,排間和樓間微差不明顯根據(jù)龍華大廈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及周邊環(huán)境的具體情況,采取的方案為:切割分離、延遲起爆向東定向倒塌。即將樓房在電梯廳處沿⑤軸—⑦軸之間切割成東西2塊相互獨(dú)立的部分,爆區(qū)I沿對(duì)角方向向東倒塌。爆區(qū)II遲于爆區(qū)I1.7s后起爆,沿排間方向向東倒塌。總體的爆破方案見圖3。其主要內(nèi)容有:1)爆區(qū)I向東沿對(duì)角線方向定向倒塌,切口布于1—5層。爆區(qū)II向東定向倒塌,切口布于1—5層;2)爆區(qū)II遲于爆區(qū)I1.7s后爆破;3)立柱排間及樓房層間微差460ms,縱、橫梁炮孔與相鄰立柱同時(shí)爆破;4)采用非電導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)、孔外延時(shí)接力起爆網(wǎng)路;5)采用近體防護(hù)、覆蓋防護(hù)和保護(hù)性相結(jié)合的綜合防護(hù)措施。3破后修復(fù),確定墻后重新鋪設(shè)其排放的建筑物1)拆除影響倒塌的相鄰建(構(gòu))筑物及設(shè)施。如大樓東側(cè)、北側(cè)的房屋全部拆除,西側(cè)圍墻及配電房后移,爆破后修復(fù);2)⑤軸—⑦軸之間用人工、機(jī)械拆除到頂,將樓房分成獨(dú)立的兩部分;3)電梯間墻體拆除至8層,室內(nèi)樓梯拆除至8層,8層以上削弱剛性;4)樓內(nèi)所有的墻體最大限度地拆除并將渣塊轉(zhuǎn)移至地面;5)拆除影響施工和倒塌的室內(nèi)室外裝修、裝飾等;6)東、南、西側(cè)外懸挑陽(yáng)臺(tái)拆除至6層,以控制爆堆側(cè)向堆積的范圍。4爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)4.1立柱和梁的爆炸設(shè)計(jì)1承載力的計(jì)算立柱的破壞高度H由式(1)確定:H=K(B+Hmin)(1)Η=Κ(B+Ηmin)(1)式(1)中,H為承重立柱的破壞高度,m;K為與建筑物倒塌有關(guān)的系數(shù),一般K=1.5—2.0;B為立柱截面的長(zhǎng)邊,m;Hmin為承重立柱的最小破壞高度。為使樓房坍塌充分,經(jīng)式(1)計(jì)算后,再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。為更好地明確各立柱的位置,在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)立柱進(jìn)行了編號(hào),具體的編號(hào)見圖3,立柱的破壞高度見表1及表2。2梁破壞為確保爆破效果,在梁與立柱連接處沿梁的中心線布置2個(gè)垂直孔。4.2爆破參數(shù)的確定在進(jìn)行爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)時(shí),一般需要設(shè)計(jì)的參數(shù)有最小抵抗線w,炮孔間距a,孔深l,以及單孔裝藥量q。根據(jù)公式計(jì)算及參照類似工程經(jīng)驗(yàn)后采用的爆破參數(shù)見表3。表3內(nèi)藥量值為巖石乳化炸藥的用量;各立柱下部?jī)煽椎膴A制作用較大,故在上述藥量的基礎(chǔ)上增加10%;二樓以上的有彎折效應(yīng),單孔裝藥量根據(jù)樓層自下而上按10%遞減。立柱炮孔沿中心線單排布置,部分大斷面立柱布置雙排炮孔;縱向梁沿中心線布垂直孔。4.3爆炸網(wǎng)的設(shè)計(jì)4.3.1排間層間延遲接爆采用導(dǎo)爆管孔外延時(shí)接力起爆網(wǎng)路。即每個(gè)炮孔內(nèi)裝一發(fā)高段位導(dǎo)爆管雷管,孔外用低段位導(dǎo)爆管雷管實(shí)現(xiàn)排間或?qū)娱g延期接力傳爆,同段間采用復(fù)式交叉,以提高網(wǎng)路可靠性。在網(wǎng)路的最前端用數(shù)枚瞬發(fā)電雷管起爆。4.3.2延長(zhǎng)時(shí)間見表4。5安全防護(hù)5.1爆炸事件對(duì)損傷的影響1qx用量計(jì)算為控制爆破震動(dòng)效應(yīng),采用了多段多區(qū)起爆技術(shù),目的是降低最大一次起爆藥量Qmax。爆破震動(dòng)用式(2)校核:Qmax=R3(VKPKK′)3α(2)Qmax=R3(VΚΡΚΚ′)3α(2)式(2)中,Qmax為一次齊爆藥量,kg;R為保護(hù)目標(biāo)至爆點(diǎn)距離,m;VKP為允許振動(dòng)速度,cm/s;K為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù),取K=150;α為地震波衰減系數(shù),取α=2.0;K′為修正系數(shù),取K′=0.5。若以居民樓為保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行震動(dòng)校核,取V=5cm/s,取R=17m,經(jīng)計(jì)算Qmax=84.56kg。而爆破時(shí)最大單響藥量不超過(guò)45kg,所以爆破震動(dòng)效應(yīng)是安全的。2地面地震資料樓體在塌落過(guò)程中沖擊地面產(chǎn)生震動(dòng),且其強(qiáng)度比爆破震動(dòng)要大、頻率要低,對(duì)四周建(構(gòu))筑物危害更大,必須引起足夠重視。為降低塌落震動(dòng)效應(yīng)的危害,應(yīng)盡量防止構(gòu)件同時(shí)觸地,而采用分段分區(qū)使構(gòu)件依次觸地來(lái)控制塌落震動(dòng)。同時(shí)采用多種有效措施控制塌落震動(dòng)。塌落震動(dòng)由式(3)檢算:V=Kt[(mgHσ)1/3/R]β(3)V=Κt[(mgΗσ)1/3/R]β(3)式(3)中,V為塌落引起的地表振速,cm/s;m為下落構(gòu)件質(zhì)量,t;g為重力加速度,m/s2;H為構(gòu)件中心的高度,m;σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,MPa,一般取10MPa;R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離,m;Kt、β為衰減參數(shù),分別取Kt=3.37,β=1.66。爆區(qū)II的總質(zhì)量約為3600t,大樓傾倒時(shí)并非自由落體,故按總質(zhì)量的1/3估算,重心落差H取17m,以地下通道為保護(hù)目標(biāo)R取25m,由上式計(jì)算得出在地下通道處塌落震動(dòng)為3.84cm/s,以西面5層居民樓為保護(hù)目標(biāo)R取34m,由上式計(jì)算得出在地下通道處塌落震動(dòng)為2.42cm/s,爆區(qū)I的總質(zhì)量約為4000t,以北面龍華寺為保護(hù)目標(biāo)R取38m,由上式計(jì)算得出在龍華寺處塌落震動(dòng)為2.05cm/s,均在允許震動(dòng)范圍內(nèi)。為保護(hù)周邊環(huán)境主要采用了以下減震措施:將整個(gè)大廈設(shè)計(jì)向東面倒塌,使樓房倒塌點(diǎn)盡量地遠(yuǎn)離其它建筑物;在爆破設(shè)計(jì)采用多段多區(qū)起爆,使大樓在空中解體,化整為零,降低單體沖擊地面的總重量;在大樓倒塌著地部分設(shè)置緩沖墊層;將大樓內(nèi)部的非承重墻及室內(nèi)裝飾全部拆除,部分承重墻拆除,并將渣體運(yùn)到樓外,降低大樓的總重量。3竹保護(hù)對(duì)龍華寺建筑防護(hù)的設(shè)計(jì)飛石防護(hù)形式采用“覆蓋防護(hù)、近體防護(hù)和保護(hù)性防護(hù)相結(jié)合”的綜合防護(hù)方案,即:爆破切口范圍內(nèi)立柱爆破部位用浸水草簾捆綁;有效厚度不小于15cm,草簾外側(cè)捆綁麻袋2層,鐵絲網(wǎng)1層;樓房四周用高強(qiáng)度雙層竹笆墻加草簾封閉,高度為9.0m,三樓以上在室內(nèi)搭設(shè)竹笆墻防護(hù);四周重要設(shè)施必要時(shí)進(jìn)行保護(hù)性防護(hù);在龍華寺大門外側(cè)搭設(shè)雙排鋼管腳手架外掛竹笆及防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行被動(dòng)防護(hù),長(zhǎng)度為80m,高12m。在龍華大廈南側(cè)靠馬路搭設(shè)長(zhǎng)100m,高12m的雙排鋼管腳手架外掛竹笆及防護(hù)網(wǎng),防止飛石對(duì)市政設(shè)施造成影響。4爆破前后的注意事項(xiàng)樓房爆破時(shí)產(chǎn)生的大量的粉塵對(duì)爆區(qū)周圍的環(huán)境和空氣質(zhì)量有一定的影響,必須采取有效的措施來(lái)減小粉塵帶來(lái)的空氣污染。一是在爆破前充分潤(rùn)濕樓房的各部位;二是在爆破部位懸掛水袋;三是在爆破后利用消防車向爆堆灑水。5.2地下通道龍華寺內(nèi)固沙放坡保護(hù)本次拆除工程周邊各種市政公用管線密集,且與待拆樓房距離很近,埋深較淺。必須根據(jù)各種管線類別,采取不同的保護(hù)措施。1)對(duì)于地下管線,采用在其上部覆蓋鋼板,再鋪沙袋的保護(hù)措施。具體為在南側(cè)、西側(cè)地面鋪設(shè)2cm厚鋼板,每塊鋼板長(zhǎng)約6m,寬4m,上面再鋪設(shè)50cm厚的沙袋。見圖4(b)。2)地下人行通道采用沙袋填充的保護(hù)方法。具體做法為地下通道龍華寺入口側(cè)用沙袋填滿。見圖4(a)。3)對(duì)大樓周圍的電桿進(jìn)行支撐保護(hù),在樓房?jī)A倒反方向?qū)﹄姉U采用鋼管腳手架支撐。防止電桿在被擠壓時(shí)倒塌,在電桿周圍壘砌沙袋墻,防止坍塌時(shí)個(gè)別碎塊對(duì)電桿造成沖擊。4)西側(cè)中南財(cái)大接待中心圍墻及配電房提前移至離龍華大廈10m遠(yuǎn)處,爆破后恢復(fù)。6爆破過(guò)程中,對(duì)周