羅福友，顏嘉俊，劉成敏，王云茂，肖國喜，陶 明

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司，南昌 330096；2.江西國泰集團股份有限公司，南昌 330096；3.江西省爆破工程技術研究中心，南昌 330012)

隨著國民經濟的高速發(fā)展，城市建設和基礎建設投入逐年遞增，因此城市中棚戶改造的項目也相應增多，一大批八九十年代建設的高層住宅和辦公樓需要拆除爆破，由于地處城市中心地帶，往往爆破環(huán)境復雜，被拆除爆破的樓房結構也逐漸復雜化，這對我們控制拆除爆破的技術難度也是大大增加。以往樓房拆除爆破方案基本是以橫向倒塌為主[1-5]，如王小波等[6]利用單向折疊爆破拆除技術將1棟10層高的樓房分成上下2個爆區(qū)并沿樓房橫向進行爆破；陶明等[7]提出了樓房支撐鉸鏈向倒塌方向前移，由原來1排承重墻或柱作為鉸鏈改為2排以上承重墻或柱作為最后支撐鉸鏈，有效的縮短了樓房爆破拆除后坐的距離；王洪剛等[8]研究了以逐跨縱向倒塌拆除爆破，充分利用樓房解體過程的拉伸和剪切，使解體更加完全；羅福友等[9]進行了分塊斜線起爆網路的研究，使的樓房更破碎，減小了觸地時的塌落振動。上述學者對爆破切口或者單一起爆網路進行了研究，沒有對逐跨連續(xù)倒塌爆破技術和分塊斜線起爆技術相結合做進一步地研究。本文采用獨特數碼電子雷管斜線起爆網路和逐跨連續(xù)倒塌方案，對南昌市原刑偵支隊辦公樓進行拆除爆破，有效降低爆破振動和塌落振動，并且樓房解體效果良好，這對于樓房逐跨連續(xù)倒塌拆除爆破方案中爆破切口高度的選擇、起爆網路延時時間的設計和爆破危害的控制有一定的參考意義。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

待拆大樓為原南昌市公安局刑偵支隊辦公樓，位于江西省南昌市紅谷中大道與廬山南大道交叉口西北側。具體周邊環(huán)境如圖1所示。東面：56 m處有建筑工棚，118 m為紅谷中大道；東北面：為已拆除民房區(qū)域，117 m有廢棄待拆民房，160 m為廬山南大道輔路，220 m為八一大橋引橋；北面：多棟待拆廢棄民房，最近距離25 m；西面：市公安局刑偵大隊辦公停車場，107 m為紅谷灘第一小學；南面：20 m處為世茂天城居民小區(qū)圍墻，距民房30 m。距待拆樓房最近的地下管線為世茂天城小區(qū)燃氣管道，距離50 m。

1.2 樓房結構

根據現場勘察及該樓的設計、施工圖紙可知，辦公樓主樓為11層，裙樓為2層，為鋼筋水泥框架結構樓房，主樓形狀為規(guī)整的長條狀，待拆除總面積為7 300 m2，地面標最高點為40.2 m。主體部分樓房長42.24 m，寬度15.6 m，樓房頂部有一20 m高的金屬信號塔，內部有2個樓梯，1個電梯井，每層均由立柱和剪力墻組成，電梯井為剪力墻結構，厚度為24 cm，平面結構如圖2所示。

2 爆破設計

2.1 爆破方案

根據工程經驗，倒塌方向的水平距離一般為2/3～3/4樓房的高度[10]。根據辦公大樓的周邊環(huán)境及施工條件，本工程擬向北偏東實現逐跨連續(xù)倒塌。此次被拆除樓房倒塌方向為縱向倒塌(即從主樓的窄邊方向倒塌)，倒塌跨度為42.24 m，倒塌方向寬度只有15.6 m，長寬比為2.71，若爆破切口高度不夠，將造成重心難以移出樓房外側，甚至出現炸而不倒的現象，因此，該建筑的重心高度和切口高度需要進行精確的計算。本次爆破作業(yè)將借助數碼電子雷管在設置延時時間上的高精度，采用分塊斜線起爆網路，利用“高差”和“時差”共同作用的原理使建筑物向北偏東逐跨連續(xù)倒塌，預計偏離角度10°～15°，使辦公樓在倒塌過程中完成空中解體，并可以順利將樓房的重心移出樓外。

2.2 切口設計

根據辦公樓結構條件，樓高11層，結構自重大，可采用單個單向梯形切口[11]分區(qū)逐跨倒塌的方案。在樓房拆除作業(yè)中，切口高度h的計算公式[10]為

h=Bxtanα

(1)

式中：Bx為樓房跨度；α為倒塌角；據以往分區(qū)逐跨倒塌工程經驗，實施該倒塌方法的樓房會受自重作用，先垮塌約1/4跨度部分，故Bx取32，框架結構α取29°，計算得h=17.74。

因此，本次爆破作業(yè)爆破切口高度為18 m(見圖3)。為確保大樓可爆性，將切口范圍內的所有磚墻、剪力墻以及樓體都作預處理[12-13]，為提高可靠性，對辦公樓除預拆除墻體外，電梯間和樓梯間剪力墻進行打孔裝藥爆破，剪力墻厚度為 24 cm，采取在四角窄邊打孔的方式。

由于樓房層高和立柱上梁的限制，為確保此次爆破作業(yè)順利，根據鐵道科學院的工程經驗公式[10]：

H=K(B+Hmin)

(2)

式中：K為經驗系數；B為立柱截面長邊的長度；Hmin=(31～50)d，d為鋼筋直徑。因此，本次爆破作業(yè)鋼筋混凝土結構承重立柱的爆破破壞高度為1.6～2.2 m；剪力墻炸高取1.4～1.7 m。

2.3 爆破參數

選擇鉆桿直徑36 mm的手持式鉆機，炮孔布置如圖4所示。爆破切口內承重立柱爆破高度布置炮孔，每根立柱布置5～7個孔，采用單排炮孔。預留剪力墻沿縱向單排布孔，具體爆破參數如表1所示。

表1 爆破參數

為減小爆破產生的飛石，振動以及噪聲等危害對周邊環(huán)境的污染，因此，在保證爆破可靠性的情況下，嚴格計算單個炮孔藥量，根據立柱尺寸和炮孔深度，讓藥包均勻分布在立柱截面的炮孔內，因此采用間隔裝藥和連續(xù)裝藥結構，間隔裝藥的多個藥包采用導爆索連接，孔內放置1發(fā)數碼電子雷管。炮孔布置是指根據破壞要求和炮孔參數所在的爆破部位，確定炮孔的具體位置、方向和排列形式。鉆孔及裝藥結構如圖5～圖6所示。

2.4 起爆網路設計

待拆樓房為標準長方形截面，此類建筑物定向拆除爆破通常以最后一排立柱作為鉸鏈軸，根據以往一些案例分析，有2種可能情況：一是可能會由于鉸鏈軸立柱支撐力不足，導致樓房下坐，出現爆而不倒現象；二是前軸先爆形成傾覆力矩對后支撐軸有水平剪切力，導致支撐軸在梁柱交叉點附近斷裂產生后坐，進而也可能發(fā)生爆而不倒現象。

為確保爆破可靠性，本次爆破作業(yè)是縱向倒塌，設計切口為梯形，相當于將后支撐鏈前移，同時又能使樓房爆破后形成傾覆力矩使樓房順利倒塌，南北軸方向，利用電子數碼雷管的精確性，使1～9軸按照設定的起爆時間依次斜線起爆；東西方向，J軸最先起爆，適當延長E軸起爆時間，使得E軸作為鉸鏈軸較J、G軸后爆，控制倒塌方向略微偏東。

同時為了使樓房的橫梁、樓板能夠解體充分，且降低塌落振動，設計起爆網路將建筑物在豎直方向上逐層增加100 ms延時時間，南北軸方向上分為3跨先后倒塌，1、2、3軸作為第1跨，4、5、6軸作為第2跨，7、8、9軸作為第3跨。每個分塊的相同延時區(qū)域呈斜線走向，將該起爆網路定義為分塊斜線起爆網路。該起爆網路和切口形式使得樓房在爆破作用下于空中扭曲、拉扯，立柱、梁和樓板彎曲變形，先后受到剪切、擠壓和沖擊破壞而充分解體，具體網路延時時間設置如表2所示。

表2 延時時間

2.5 安全防護

此次待拆建筑物南側20 m為小區(qū)圍墻，北偏西為廢棄住宅樓，樓內有雜散人員，爆破環(huán)境復雜，警戒的難度較大，安全防護重點是避免爆破飛石和塌落振動造成的危害。主要是對裝藥立柱進行安全防護工作。根據以往經驗，立柱炮孔位置采用地毯與竹籬笆相結合的多層包裹式防護；需重點加強防護的立柱還需包裹2～3層鐵絲網進行防護。對預處理過的爆破切口用密目網進行全部密封。

3 爆破效果與振動分析

3.1 爆破效果

對樓房爆破變形過程進行分析可知，0 ms時J-1柱子開始爆破，并精確按照所設定的延時時間進行傳爆，1 500 ms 時樓房北側立柱基本完成爆破，樓體開始變形，2 500 ms時辦公樓北側樓體受自身重力開始垂直向下坐，呈現略微向東傾倒的趨勢，4 500 ms 時7～8軸柱子爆破，此時僅剩西南角落幾根立柱作為鉸鏈支撐樓體，并控制倒塌方向。5 000 ms時大樓整體發(fā)生傾倒，大樓南側與北側樓體于空中碰撞、拉扯。在樓房從開始爆破到解體完成到完全倒地大概用時7 000 ms。爆堆倒塌區(qū)域如圖9所示，爆堆高度9 m。

在爆破初期辦公樓北側按預期設想垂直向下坐，將大樓沿東西方向切割，受倒塌區(qū)域的拉應力影響，樓房重心向北側偏移，且受力的作用呈現略微向東傾斜，待辦公樓南側開始倒塌，于空中解體的同時，加快樓體北側的傾倒并按照預期的北偏東方向倒塌；樓體南側發(fā)生略微后坐現象，分析可能是南側9軸立柱截面小，作為支撐鉸鏈極限承載力小，并不足以支撐上部整個樓體的自重。爆堆集中，高度合適，解體較為完全。從上述爆破效果分析可看出本次爆破作業(yè)按預期圓滿完成。

3.2 振動分析

本次爆破作業(yè)委托第三方對爆破現場進行振動監(jiān)測。根據爆破施工環(huán)境和需重點防護對象的具體情況，在周邊保護樓房內共布置了4個振動監(jiān)測點，采用的監(jiān)測設備為Blast-UM 型爆破測振儀，具體爆破振動和塌落振動監(jiān)測結果如表3所示。

表3 振動監(jiān)測結果

根據規(guī)程標準[14]，居民樓對應于此頻率的允許振速為1.5 cm/s，此次爆破振動及塌落振動在1#、2#、3#、4#監(jiān)測點的最大振速分別為0.201 1、0.398 7、0.126 3、0.188 0 cm/s，均遠小于1.5 cm/s。因此，此次辦公大樓拆除爆破施工，不會引起距建筑物坍塌中心的1#測點(45 m)、2#測點(30 m)、3#測點(110 m)、4#測點(90 m)以及上述距離以外的周邊房屋產生結構性損傷。

4 結語

1)對長寬比較大，且樓體重心不易移出樓體外側的待拆建筑物進行縱向倒塌時，可采用分區(qū)斜線起爆網路的爆破技術，使部分樓體先向下坐，利用其自身重量大的特性將樓體分割，能有效減小塌落振動。爆破振動監(jiān)測值遠小于爆破振動安全允許標準。

2)利用斜線起爆網路還能嚴格控制建筑物倒塌方向，大體倒塌方向是沿切口方向，由于斜線起爆，所以后爆的立柱可以起鉸鏈支撐左右來微調爆破方向，一般控制在10°～15°，同時利用數碼電子雷管的延時精確性，此法可以廣泛推廣應用于場地受限的爆破環(huán)境。

3)以分割法的思路將樓房分成若干爆破單元，在各塊區(qū)域之間設計橫向起爆延時時間，同時在樓房縱向上設計相應的爆破缺口，在缺口范圍內設置縱向延時時間，整體上橫向延時與爆破缺口的方向互成交叉，通過數碼電子雷管精密的延時特性，樓房在起爆后分區(qū)破壞，各區(qū)域之間在空中互相牽扯，互相碰撞完成空中解體。

4)本次爆破作業(yè)樓體有略微的后坐現象，在往后的爆破作業(yè)中，在確保爆破可靠性的情況下，可以增加軸向的立柱來適當前移后支座鉸鏈，以解決此類問題。