控制爆破拆除高層廠房的方案選擇

控制爆破拆除高層廠房的方案選擇

1爆破效應(yīng)的控制措施被拆除的建筑通常位于人口稠密的地區(qū)，建筑集中，水電管道交錯(cuò)，交通繁忙。因此爆破拆除樓房必須制定可靠的控制爆破方案和嚴(yán)格的安全技術(shù)措施,有效地控制爆破效應(yīng)產(chǎn)生的危害,做到安全穩(wěn)妥,萬無一失。近幾年來,不少爆破施工企業(yè)對(duì)控制爆破拆除高層樓房取得了很多有益的經(jīng)驗(yàn),但也時(shí)有“爆而不倒”或“爆而不垮”或“爆后出事”的現(xiàn)象。究其原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的,有爆破技術(shù)方面的原因,也有由于惡性竟?fàn)幵斐傻摹百Y不抵工”的因素。為了確保樓房拆除控制爆破安全可靠、順利實(shí)施,對(duì)定向控制爆破拆除樓房的做法提出相關(guān)要素,供同行們參考。2確定好爆破方案。在內(nèi)容的拆除爆破能否取得成功,關(guān)鍵取決于控制爆破設(shè)計(jì)與施工方案。為此,接受任務(wù)后,首先要對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察、測(cè)量、核對(duì),認(rèn)真摸清材質(zhì)結(jié)構(gòu),探明有無配筋和布筋配置的部位結(jié)構(gòu)和狀況,仔細(xì)了解爆破工點(diǎn)周圍的環(huán)境,地面、地下需要保護(hù)的重要建(構(gòu))筑物和設(shè)施及其與爆破工點(diǎn)的相對(duì)位置和距離,在充分、完整地掌握實(shí)際資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)爆破任務(wù)和對(duì)安全的要求,提出多種方案加以比較,最后制定出合理的、切實(shí)可行的拆除控制爆破方案。方案中必須合理、科學(xué)并且切合實(shí)際地選擇各種爆破參數(shù),其中包括爆破切口高度(h)、傾倒角度(α)、爆破破壞幅度(L)、單位用藥量(q)、最小抵抗線(W)、炮眼間距(a)、排距(b)、炮眼深度(l1)、堵塞長度(l2)等。更重要的是根據(jù)國家《爆破安全規(guī)程》中的有關(guān)公式和規(guī)范,對(duì)爆破地震波、飛石、空氣沖擊波等的安全距離進(jìn)行驗(yàn)算,并提出對(duì)應(yīng)的、有效的、切實(shí)可行的安全技術(shù)措施。優(yōu)選控制爆破拆除方案取決于建筑物所處的周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)形狀、結(jié)構(gòu)尺寸以及對(duì)拆除的安全技術(shù)要求和質(zhì)量技術(shù)要求等因素。根據(jù)不同的拆除工藝,大體可選擇“定向傾倒”、“單向折疊坍塌”、“原地坍塌”、“雙向交替折疊坍塌”、“內(nèi)向折疊坍塌”和“水平向逐段(排)解體”等方案,每一種方案都有其特殊的要求和利弊,要因地制宜,有條件地選擇。定向傾倒方案,因其鉆眼量較少,倒塌徹底,拆除效率高,工期短,便于安全防護(hù)和操作,優(yōu)點(diǎn)突出,場(chǎng)地允許的盡可能采用。3極限傾覆角適宜的炸高(切口高度)可形成一個(gè)足以使被爆物體向預(yù)定方向倒塌的傾倒角度,在實(shí)施定向控制爆破拆除時(shí),炸高(h)和傾斜角(α)是2個(gè)至關(guān)重要的參數(shù),如圖1所示。爆破切口炸高部位的選擇“宜低不宜高”、“宜下不宜上”,這符合控制爆破“炸低不炸高”、“炸下不炸上”的原則。炸高和傾倒角度要適當(dāng),炸高和傾倒角度過大,不利于安全防護(hù),且會(huì)產(chǎn)生后坐或下坐現(xiàn)象;過小則容易產(chǎn)生爆而不倒或爆而不垮的事故。傾倒角(α)是指B點(diǎn)沖擊地面B′點(diǎn)到支點(diǎn)A的連線與水平面的夾角。一般是整體框架重心離支點(diǎn)A的水平距離大于B′點(diǎn)至支點(diǎn)A的水平距離時(shí),方可保證建筑物的定向傾倒。若重心離支點(diǎn)A的水平距離小于B′點(diǎn)至支點(diǎn)A的水平距離時(shí),則必須使框架重心獲得一定的下落速度,方可保證產(chǎn)生下落速度方向一致的傾倒(前傾慣性沖量作用下可加速傾倒)。這時(shí),其下落速度的垂直分量因沖擊地面而損耗,而下落的水平分量將使框架前傾運(yùn)動(dòng)。若與此相應(yīng)的動(dòng)能足以使框架重心繼續(xù)外移升高,以致重心位置要越過B′的垂直線的傾倒方向一側(cè)時(shí),才有可能達(dá)到翻滾的目的。則與此相應(yīng)的傾倒角稱之為極限傾倒角(α)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使該框架樓房造成偏心受壓失穩(wěn)的態(tài)勢(shì),才能使其傾倒運(yùn)動(dòng)軌跡沿倒向正常運(yùn)動(dòng)。當(dāng)框架式建筑物高寬比an/bn>1,并且周圍具有定向傾倒的空余場(chǎng)地時(shí),宜采用定向控制爆破拆除法,這種方法施工簡(jiǎn)單,堆渣集中,解體充分,分離效果好,利于安全防護(hù),便于機(jī)械砸、吊、裝運(yùn)作業(yè),加快了施工速度,可縮短工期。根據(jù)框架繞支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的能量守恒原理,質(zhì)心運(yùn)動(dòng)能與質(zhì)心繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能之和為剛體運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能,它等于框架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)重心降落的勢(shì)能。令V0為框架重心的速度,則框架運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能為EΚ=Ρ/2g{1+1/12[(an/R1)2+(bn/R1)2]}V20(1)EK=P/2g{1+1/12[(an/R1)2+(bn/R1)2]}V20(1)框架降落勢(shì)Ρh=ΡR1[sinβ1-sin(β1-α)](2)Ph=PR1[sinβ1?sin(β1?α)](2)若不考慮框架運(yùn)動(dòng)過程中變形能的損耗,則按能量守恒原理,框架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與降落勢(shì)能應(yīng)相等。即:Ek=Ph,由此得V20=2gR1[sinβ1-sin(β1-α)]1+1/12[(an/R)2+(bn/R1)2](3)V20=2gR1[sinβ1?sin(β1?α)]1+1/12[(an/R)2+(bn/R1)2](3)于是,框架質(zhì)心速度水平分量為V0n=V0sin(β-α)V0n=V0sin(β?α)同樣,又根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為翻滾升高的勢(shì)能的守恒原理,則極限傾倒角α0要滿足以下方程,即l≤sin(β2-α)+R1R2?[sinβ1-sin(β1-α0)]1+1/12[(an/R1)2+(bn/R1)2]sin(β1-α)(4)l≤sin(β2?α)+R1R2?[sinβ1?sin(β1?α0)]1+1/12[(an/R1)2+(bn/R1)2]sin(β1?α)(4)此方程右邊第二項(xiàng)是取正值,所以傾倒角α0可以用近似簡(jiǎn)化方程決定。即α0=π/2-β2(5)α0=π/2?β2(5)結(jié)論:1)必須確定適宜的炸高,一般炸高h(yuǎn)≥bnsinα=bncosβ2;2)必須確定適當(dāng)?shù)膬A倒角α0,一般α0=π/2-β2;3)h值也不能太大,過大了,后柱失去了支撐能力,失去了定向傾倒的實(shí)際價(jià)值;4)當(dāng)高寬比an/bn<1時(shí),一般不宜采用傾倒設(shè)計(jì)方案。5)斜對(duì)角傾倒爆破方案,在設(shè)計(jì)上要慎重,除增大炸高外,爆破幅度、偏轉(zhuǎn)力矩、延期時(shí)間的分配、起爆順序的設(shè)計(jì)、防護(hù)措施的加強(qiáng)都應(yīng)有足夠的重視。盡可能按樓房炸高爆幅、起爆延期時(shí)間分配等作模擬試驗(yàn),然后再確定有關(guān)參數(shù)。4框架繞支點(diǎn)a轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)A的支撐勢(shì)能和強(qiáng)度決定定向傾倒的成敗。支撐強(qiáng)度大,會(huì)使定向爆破物傾倒速度緩慢,而解體不徹底或不倒塌,或不全垮,造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故。支撐強(qiáng)度過弱,又會(huì)使被爆物體后坐或下坐,或方向偏差大。因此,也是嚴(yán)重的質(zhì)量問題。如何控制好支座反力,做到適度,值得研究。有主張后排墻、柱不爆破的;有主張僅在最后一排柱根部鉆1～2個(gè)孔裝少許炸藥爆疏為宜的;有主張僅在最后一排柱根部倒向一側(cè)(內(nèi)側(cè))事先用風(fēng)鎬鑿出一個(gè)三角形缺口并切斷其所露出的豎筋的;也有主張?jiān)谧詈笠慌胖扛粢恢恢牡鹊取５降撞捎媚姆N方法好,應(yīng)根據(jù)安全技術(shù)要求和質(zhì)量要求以及整個(gè)樓體的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析,進(jìn)行校核后確定?？蚣芾@支點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(圖2)其運(yùn)動(dòng)方程有JCd?2/d2t=rcRAΡ/gdvc/dt=Ρsin?-RAΡ/gdv2c/rc=Ρcon?-ΝA}(6)JCd?2/d2t=rcRAP/gdvc/dt=Psin??RAP/gdv2c/rc=Pcon??NA?????(6)初始條件t=0,?=?0,d?/dt=0,則方程組的解為VC=(2grc(cos?0-con?)1/21+1/12(a2n+b2n)/r2c)(7)VC=(2grc(cos?0?con?)1/21+1/12(a2n+b2n)/r2c)(7)RA/Ρ=Κ/(1+Κ)sin?ΝA=con?-2(cos?0-con?)/(1+Κ)}(8)式中,K=1/12(a2n+b2n)/r2c支柱承受的作用力XA=ΝAsin?-RAcon?YA=ΝAcon?+RAsin?}(9)將式(8)代入式(9)得出XA/Ρ=3sin2?/2(1+Κ)-2con?0sin?/(1+Κ)YA/Ρ=1(Κ+3con2?-2con?0sin?)/(1+Κ)}(10)當(dāng)?=?0時(shí)XA/P=Tsin2?/2(1+K)YA/P=(K+con2?)/(1+K)由此可見,后支撐柱的強(qiáng)度,必須能承受住XA、YA的作用,才能保證框架定向傾倒,否則會(huì)造成不完全定向傾倒態(tài)勢(shì)。即只有轉(zhuǎn)動(dòng)了一定轉(zhuǎn)角后,后坐支撐柱才能向傾倒的背向倒塌,整個(gè)框架樓按一定轉(zhuǎn)角垂直下落、解體,但這種解體不完全,較多的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴核橹沃钠扑槟?而降低了下落的動(dòng)量。而適當(dāng)?shù)闹畏戳杀ＷC框架下落與運(yùn)動(dòng)過程的解體程度,這是一種質(zhì)的改變,是動(dòng)力作用的結(jié)果。應(yīng)引起重視的是,支撐反力過大,還會(huì)致使支撐柱在拉斷過程中,柱體的抹灰層脫落而伴隨爆破瞬間產(chǎn)生空氣沖擊波飛出,造成負(fù)效應(yīng),危害周圍人與物。5電梯間、樓梯間和相關(guān)剪力墻結(jié)構(gòu)樓體整體傾倒爆破前的預(yù)處理施工,必須根據(jù)設(shè)計(jì)方案,在不影響樓體穩(wěn)定性的前提下,有選擇、有計(jì)劃、有措施地進(jìn)行處理,這是確保樓體按預(yù)定方向成功傾倒的重要環(huán)節(jié)和手段。凡是高層框架樓房都有電梯間、樓梯間和相關(guān)剪力墻,非核心柱(墻),而這些結(jié)構(gòu)對(duì)于定向爆破拆除影響甚大,若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,將嚴(yán)重影響框架樓房的倒向,傾倒運(yùn)動(dòng)軌跡的改變將影響樓體解體破碎的程度、倒塌堆積的長度范圍,甚至由于未處理好而導(dǎo)致整個(gè)樓體爆而不倒或爆而不垮,或破而不碎,或產(chǎn)生后坐等負(fù)效應(yīng)。因此,在設(shè)計(jì)中必須對(duì)炸高和爆幅范圍內(nèi)的這些結(jié)構(gòu)給予預(yù)拆除,對(duì)于其以上部分也應(yīng)預(yù)以斷開為宜。另外,在樓體上部的有關(guān)結(jié)點(diǎn)設(shè)孔裝藥爆疏,在相鄰的對(duì)應(yīng)橫梁縱梁適當(dāng)布設(shè)1～2個(gè)孔裝少量炸藥連同整樓爆破時(shí)起爆,適當(dāng)增加些切梁斷柱點(diǎn),對(duì)樓體的傾倒和解體會(huì)有很大幫助。6裝藥量、藥劑結(jié)構(gòu)裝藥分配原則對(duì)定向爆破拆除高層樓房的影響甚大。裝藥量過大給防護(hù)工作造成困難,而且很不安全,裝藥量過小又會(huì)產(chǎn)生“爆而不倒”“爆而不垮”的事故。根據(jù)“等能、微分、防護(hù)”原理,裝藥分配原則必須科學(xué)合理,既要達(dá)到爆破技術(shù)的要求和目的,又要有利于安全防護(hù),能控制住爆破產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)作用。不同部位、不同柱體、不同爆破要求、不同高度應(yīng)采取不同的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)。藥量分層原則是“下多上少”,“前多后少”,“柱體大多”,“柱體小少”;“關(guān)鍵支撐部位多”,“非關(guān)鍵支撐部位少”,“地下部位多”,“地面部位少”,“最小抵抗線大的多”,“最小抵抗線小的少”,“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大的部位多”,“薄弱部位少”,“樓梯間、電梯間多”,“非承重柱、墻少”,“內(nèi)部多外圍少”。所謂多,是指爆散鋼筋混凝土不逸出很遠(yuǎn)距離,能有效防護(hù)并控制住飛石。所謂少,是指爆疏鋼筋混凝土而不能逸出鋼筋籠,不須嚴(yán)慎防護(hù)。前多,是指倒塌方向正方的柱、梁、墻裝藥量要比后部位多,量要大些,以徹底炸垮為宜。后少,是指倒塌方向設(shè)孔的后排柱、梁、墻裝藥量要比前部少,以炸疏為宜,使其在上面偏心受壓能垮為宜。下多,是指每根裝藥立柱、墻體的下部裝藥量要多些,以炸垮為宜。上少是指每根裝藥柱、墻體的上部裝藥必須少些,以疏松而不飛為宜,見圖3。內(nèi)部多外圍少,是指在樓體內(nèi)部的裝藥柱、墻的裝藥量可稍大些,而外圍的柱、墻裝藥量應(yīng)適當(dāng)減少,以能炸垮疏松為宜,有利于安全防護(hù)。7多段起爆系統(tǒng)可靠的起爆網(wǎng)路是保證藥孔起爆和樓體徹底傾倒的關(guān)鍵,一旦起爆網(wǎng)路出現(xiàn)問題,再好的設(shè)計(jì)、施工方案也付之東流。在實(shí)踐中采用非電導(dǎo)爆管雷管系統(tǒng),雙起爆體,雙起爆網(wǎng)路,雙封閉串混聯(lián)的網(wǎng)路實(shí)施起爆裝藥,達(dá)到很好的效果。雙起爆體即按段別每個(gè)藥包設(shè)置2個(gè)起爆系統(tǒng);雙起爆網(wǎng)路即設(shè)置主、輔2套起爆網(wǎng)路;雙封閉串混聯(lián)網(wǎng)路即把各裝藥并攏和相鄰的裝藥串聯(lián)在一起,形成閉合式線路,再把各段別的串聯(lián)在一起,形成閉合式線路。閉合式非電導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路,可接收2個(gè)方向以上傳來的爆轟波,即使個(gè)別導(dǎo)爆管斷裂或脫落,仍能保證網(wǎng)路傳爆(圖4),是一種雙保險(xiǎn)和多保險(xiǎn)網(wǎng)路。8實(shí)施精細(xì)化管理樓房控制爆破拆除工程由于其工程性質(zhì)特殊(高大樓房),所處周圍環(huán)境特殊(大多在鬧市區(qū)繁華地帶和建筑物群中)和安全要求特殊(要確保萬無一失),對(duì)爆破施工全過程進(jìn)行精細(xì)化管理,十分必要,絕對(duì)不能失控。要認(rèn)真抓好各種爆破器材的檢測(cè)、導(dǎo)通、結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的分析研究,爆破方案的擬定、鉆孔、裝填、起爆網(wǎng)路質(zhì)量的檢測(cè)、地震波、噪音、空氣沖擊波的測(cè)試、安全防護(hù)材料的選擇與防護(hù)質(zhì)量等等。做到爆破方案科學(xué),爆破參數(shù)合理,安全防護(hù)措施可靠,施工方法先進(jìn)。尤其是安全防護(hù)是安全措施的直接體現(xiàn),是確保整個(gè)爆破過程中安全的最后一道工序,為確保萬無一失,務(wù)必認(rèn)真操作,精細(xì)管理,穩(wěn)妥實(shí)施。常用的防護(hù)方法如下。8.1飛石保護(hù)1境周圍防護(hù)對(duì)柱、梁等爆破部位采用不同防護(hù)器材實(shí)施環(huán)境周圍防護(hù)的方法。立柱下部可采用草袋裝砂土圍堵防護(hù),上部則采用草墊實(shí)施多層復(fù)式圍堵,重要防護(hù)部位還可采用捆綁細(xì)目鐵絲網(wǎng)。2外包法對(duì)處于樓體外圍的立柱、橫梁,則繞裝藥部位四周外圍多層包裹防護(hù)。3線構(gòu)筑物的防護(hù)對(duì)于框架式結(jié)構(gòu)樓房,由于其結(jié)構(gòu)的整體性和自重,在倒塌觸地時(shí)必然產(chǎn)生觸地震動(dòng),將使近距離內(nèi)的其它建(構(gòu))筑物受到該震動(dòng)效應(yīng)的危害影響,因此,必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施,常用的方法有:1裝砂草袋或設(shè)置以土砌筑的小土堤在樓房倒塌方向的適當(dāng)范圍和適當(dāng)?shù)木嚯x處堆放若干道裝砂草袋或設(shè)置以土砌筑的小土堤,尤其是地下有上水、下水、暖氣、煤氣、輸油管道和通訊設(shè)施等管線時(shí),采用此方法更為必要,見圖5。21開挖衰減溝法在倒向一側(cè)的一定范圍和距離處挖深1.5～2m,寬0.8～1.0m的溝槽,以衰減觸地地震波的傳遞。3爆破結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法在倒向的一定范圍和距離處的硬地面上堆積一定厚度的煤渣或砂,以緩解觸地地震波效應(yīng)的作