哈爾濱市某廠房爆破拆除振動監(jiān)測與分析

哈爾濱市某廠房爆破拆除振動監(jiān)測與分析

1塌落振動的形成及影響高層建筑爆炸破壞和土壤崩塌引起的振動，不同于低頻振動和低頻自然地震。這是兩種振動形式的邊界。在樓房爆破拆除中,由于建筑物體積、質(zhì)量大,該振動對近距離目標(biāo)產(chǎn)生的效應(yīng),明顯要比爆破振動產(chǎn)生的危害大。隨著高層建筑物爆破拆除的日趨增多,塌落振動已成為當(dāng)前工程爆破領(lǐng)域中令人十分關(guān)注的問題。研究塌落振動的形成和振動效應(yīng)及其在介質(zhì)中的傳播規(guī)律,是控制和減小塌落振動強(qiáng)度的基礎(chǔ)和前提。本文以哈爾濱市一幢16層樓房的拆除爆破為例,介紹本次爆破的參數(shù)選取,并根據(jù)爆破結(jié)果和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),對特定條件下高層建筑物傾倒觸地規(guī)律和撞擊地面的能量和振動波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律等進(jìn)行了分析,為今后類似工程中預(yù)防和控制塌落振動的破壞效應(yīng)提供了參考。2項目總結(jié)2.1地面地面建筑改造該樓房是一幢框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑,原設(shè)計地面上26層,建到16層后擱置十余年成為爛尾樓,因城市建設(shè)需將其拆除。大樓位于中山路與新鄉(xiāng)里街交匯處,香安街北側(cè)。該樓四周建有圍墻,在圍墻外側(cè)有燃?xì)夤芫€、電力電纜管線、供水管線、排氣管線及供熱管線。其四周環(huán)境如圖1所示。大廈總體建筑面積為25000m2,由主樓和裙樓組成。對大廈主樓地面以上部分?jǐn)M采用控制爆破方法拆除,對裙樓及主、裙樓的地下部分采用機(jī)械方法拆除。大廈主樓建筑面積約13000m2,采用控制爆破方法拆除大樓地面以上部分(16層),使其倒塌在規(guī)定的范圍內(nèi)。大樓主體倒地后再采用機(jī)械法破碎及清除。2.2大樓定向黨組織傾斜式爆破方案爆破主樓的高度為60m,南側(cè)可供倒塌的距離只有42m,向東為45m,其余方向都為近距離需保護(hù)目標(biāo)。由于大廈本身墻柱結(jié)構(gòu)堅固,平面布局為非對稱布置,允許的塌落范圍不足以使大樓定向倒塌,同時希望爆破后的爆堆盡可能低,以便于機(jī)械的二次破碎與清運,所以整個大廈不能采用整體定向倒塌方案。為實現(xiàn)大樓安全爆破的總目標(biāo),確定爆破拆除前通過預(yù)處理將大樓預(yù)先切割為兩體,使其東部向東南方向空地折疊倒塌,使西部向正南方向折疊倒塌,通過將主樓一分為二的辦法有利于倒塌方向的控制以及爆破振動及塌落振動的控制,總體方案如圖2所示。大樓的底部四層每層高5m,上部每層高3m。為了實現(xiàn)大樓的定向傾倒,根據(jù)計算確定其炸高為1~2、4~5、9~10層。該樓采用塑料導(dǎo)爆管延期雷管和非電導(dǎo)爆系統(tǒng)來實現(xiàn)安全、可靠、準(zhǔn)爆(圖3)。2.3爆破后的防護(hù)措施結(jié)構(gòu)物在爆破拆除時為減小炸藥爆炸產(chǎn)生振動及結(jié)構(gòu)物塌落觸地時產(chǎn)生塌落振動,采用方法如下:(1)為避免能量集中,采用多打孔、少裝藥和延期起爆技術(shù),將能量均衡,合理利用,減少一次齊爆藥量。(2)整個結(jié)構(gòu)物通過劃分爆區(qū)和爆段的方法,爆破后的倒塌過程不斷削減大廈的重力勢能,減小塌落物觸地時的能量,從而降低了塌落振動的強(qiáng)度。(3)在建筑物坍塌范圍內(nèi),用建筑垃圾鋪設(shè)墊層可達(dá)到較好的減震效果。(4)為確保周圍建筑及管線安全,在倒塌位置設(shè)置減震墻(用建筑垃圾和土構(gòu)成),在圍墻內(nèi)開挖減震溝。為了有效地防止爆破時個別碎塊的飛濺,嚴(yán)格控制藥量,最大限度地利用炸藥能量,使其主要用于破碎介質(zhì),減少飛石。主要的防護(hù)措施:(1)內(nèi)防:在構(gòu)件爆破部位,用3~4層草簾捆綁,并在草簾灑水。有效厚度不小于13cm,重點部分用5~6層草簾捆綁。(2)外防:在重點保護(hù)目標(biāo)的方向(南側(cè)、西側(cè)、北側(cè)及東北側(cè)方向)在樓的外面掛草簾封閉,高度為10m,上面2個切口在重點保護(hù)目標(biāo)方向掛雙層草簾防護(hù)。北側(cè)掛尼龍網(wǎng)防護(hù)。3振動監(jiān)測系統(tǒng)由于國際上普遍以地面質(zhì)點的振動速度來衡量振動對周圍建筑物的影響,因此本次測試采用了兩臺美國WHITE公司的Mini-SeisII型數(shù)字式爆破地震波采集儀,可同時獲得垂向、徑向、切向三個方向上的振動速度、頻率等參數(shù)?？紤]到爆區(qū)周圍環(huán)境、重點關(guān)心的建筑物(離該樓最近的居民樓只有18m,西側(cè)180m為省醫(yī)院),對a、b兩個測點進(jìn)行了振動監(jiān)測。測點布置如圖1所示。4爆炸效果與振動分析4.1大樓塌散范圍大樓嚴(yán)格按照爆破設(shè)計,東部樓體沿東南方向傾倒,西部樓體沿正南方向傾倒,大樓塌散范圍約為40m,整體爆破效果較好。爆后大樓南側(cè)面向居民樓部分草簾掀掉一部分,致使個別飛石砸破居民樓的6塊玻璃,其它均完好無損。4.2爆破振動檢測圖4和圖5為a、b測點測得的振動波形時呈曲線。從測試波形可以看出,整個振動過程包括兩部分:首先是爆破產(chǎn)生的振動,接著是大樓傾倒觸地引起的塌落振動。圖4和圖5能清楚地體現(xiàn)該過程。由振動波形可知:整體拆除過程中,a點測得最大爆破振動速度為6.9850mm/s,b點為5.0800mm/s。測點a距離爆區(qū)只有35m距離,爆破振動速度較小,主要是因為預(yù)先在爆區(qū)和居民樓之間開挖的減震溝起到了良好的減震效果,減小了爆破地震波帶來的振動效應(yīng);測點b距離爆區(qū)108m,爆破地震波在傳播過程中經(jīng)過衰減,振動效應(yīng)較小,相應(yīng)對建筑物的破壞效應(yīng)也較小。只要優(yōu)化爆破設(shè)計,合理采用分區(qū)、分段的爆破方法,采用合理的微差時間,爆破振動危害是完全可以得到控制的。由實測數(shù)據(jù)和振動波形可以看出:a點測得樓房傾倒過程中最大塌落振動速度為20.320mm/s;b點最大塌落振動速度為19.304mm/s。東、西兩部分樓體塌落過程中測點a測得的數(shù)據(jù)大于測點b對應(yīng)的數(shù)據(jù),測點a較測點b離爆區(qū)更近,振動效應(yīng)更為明顯。高層建筑物的拆除爆破工程中塌落振動的破壞效應(yīng)較大。本次拆除爆破過程中,爆破振動速度最大值為6.985mm/s,是由西部樓體爆破過程中引起的;塌落振動速度最大值20.320mm/s,是由東部樓體塌落過程中引起的。塌落振動速度峰值明顯大于爆破振動速度峰值。表明對于高層建筑物的爆破拆除過程中塌落振動效應(yīng)比爆破振動效應(yīng)更為明顯,危害更大,應(yīng)該給予足夠的重視。通過兩個測點測得的數(shù)據(jù)分析,樓房爆破拆除過程中:a點測得爆破振動主頻為32.0Hz,b點測得爆破振動主頻為10.3Hz;對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換之后得到a點塌落振動的主頻7.52Hz,b點塌落振動的主頻8.63Hz,這表明最大主頻是由爆破振動引起的,塌落振動的頻率較低,接近建筑物固有的自振頻率,因此容易引起建筑物共振,造成較大的危害效應(yīng)。從圖4和圖5可以看出,振動波形的初始階段由爆破引起的振動波形衰減較快,由塌落振動引起的振動波形衰減相對緩慢,這是由于爆破振動的高頻性質(zhì)及塌落振動的低頻性質(zhì)所決定的。5城市高層建筑物爆破質(zhì)量的影響因素分析本文通過對該爛尾樓爆破拆除過程中振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,得出以下幾點結(jié)論:(1)通過工程實踐與理論測試分析的對比得到,在類似的高層樓房爆破中,理論上的測試分析可以更直觀地指導(dǎo)爆破參數(shù)的選取以及減振防護(hù)措施的實施,以便實現(xiàn)對周圍目標(biāo)影響的最小化。(2)對于城市高層建筑物的拆除爆破,爆區(qū)環(huán)境日益復(fù)雜,控制爆破的要求較高,因此必須根據(jù)工程環(huán)境優(yōu)化爆破方案設(shè)計,嚴(yán)格組織施工,切實采取有效的安全