复杂环境下框架-框剪结构厂房定向爆破拆除.pdf

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第3 6 卷第1 期 爆破 V 0 1 .3 6N o .I 2 0 1 9 年3 月B L A S T I N GM a r .2 0 1 9 d o i 1 0 .3 9 6 3 /j .i s s n .1 0 0 1 - 4 8 7 X .2 0 1 9 .0 1 .0 1 6 复杂环境下框架.框剪结构厂房定向爆破拆除水 游永锋 中铁隧道股份有限公司,郑州4 5 3 0 0 0 摘要8 层待拆钢筋混凝土框架- 框剪结构厂房,l 一3 层为大框架结构,4 8 层为框剪结构。立柱种类多. 周围还有大量生产设备和建筑物。通过对厂房自身结构特点及周围场地条件的分析,采用“三角形爆破缺 1 2 、分区分段逐次向北倒塌”的起爆方案。采用高爆破缺口,计算了分区各层破坏高度,并对爆破缺1 2 内的 不同尺寸立柱、横梁、剪力墙进行了爆破参数计算,并对同一立柱的不同炮孔进行不同的装药结构设计。起 爆网路为非电导爆双回路闭合复式网路,采用一次起爆分区延期的方式,爆破缺口共分为3 个区,每个分区 间隔时间为0 .5S 微差,爆破效果良好。 关键词框架框剪结构;定向爆破;爆破参数;安全防护 中图分类号T U 7 6 4 .5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 9 0 1 0 1 0 4 0 5 D i r e c t i o n a lD e m o l i t i o n S h e a rS t r u c t u r ei n B l a s t i n go fF r a m e - F r a m e C o m p l i c a t e dS i t u a t i o n Y O Uy o n g 毋n g C h i n aR a i l w a yT u n n e lS t o c kC oL t d ,Z h e n g z h o u4 5 3 0 0 0 ,C h i n a A b s t r a c t F o rt h ee i g h t .s t o r e yr e i n f o r c e dc o n c r e t ef r a m e - f r a m es h e a rs t r u c t u r ew o r k s h o pt ob ed e m o l i s h e d 。1 3 s t o r e y sa r el a r g ef r a m es t r u c t u r e ,4 8s t o r e y sa r ef r a m e - s h e a rs t r u c t u r e ,w i t hm a n yk i n d so fp i l l a r s .T h e r ea r ea l s oa l o to fp r o d u c t i o ne q u i p m e n ta n db u i l d i n g sa r o u n d .B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew o r k - s h o pi t s e l fa n dt h es u r r o u n d i n gs i t ec o n d i t i o n s ,t h ed e m o l i t i o nb l a s t i n gs c h e m eo f “t r i a n g u l a rb l a s t i n gc u t ,w i t hs u b s e c t i o na n ds u c c e s s i v en o r t h w a r dc o l l a p s e ”w a sa d o p t e d .T h eb l a s t i n gp a r a m e t e r sw e r ec a l c u l a t e df o rd i f f e r e n ts i z eo f p i l l a r s ,b e a m sa n ds h e a rw a l l si nt h eb l a s t i n gc u t ,a n dd i f f e r e n tc h a r g es t r u c t u r e sw e r ed e s i g n e df o rd i f f e r e n tb l a s t - h o l e so ft h es a m ep i l l a r .T h ei n i t i a t i o ns y s t e mw a san o n - c o n d u c t i v ed o u b l e - l o o pc l o s e dc o m p l e xn e t w o r k .T h eb l a s t i n g g a pw a sd i v i d e di n t ot h r e ez o n e sa n dt i m ed e l a yb e t w e e nd i f f e r e n tz o n e sw a s0 .5s e c o n d .T h ei d e a lb l a s t i n ge f f e c tw a s o b t a i n e d . K e yw o r d s f r a m e f r a m es h e a rs t r u c t u r e ;d i r e c t i o n a ld e m o l i t i o nb l a s t i n g ;b l a s t i n gp a r a m e t e r s ;s a f e t yp r o t e c t i o n 近年来,城市改造工程不断推进,需要对旧厂房 进行拆除以满足新城市建设需要⋯。这些厂房大 多结构牢固,且高度较高,采用机械拆除的方式费时 费力,而拆除爆破是一种速度快、效率高、安全性高 收稿日期2 0 1 9 0 l l l 作者简介游永锋 1 9 8 1 一 ,男,山西太谷人,本科、高级工程师,从 事爆破施工技术等工作, E - m a i l 3 2 8 5 2 2 4 9 q q .c o m 。 基金项目国家自然科学基金 5 1 8 0 4 0 9 8 ;河南省科技开放合作项 目 1 7 2 1 0 6 0 0 0 0 7 3 的一种拆除方式,得到了广泛的应用心J 。谢先启等 针对复杂环境下框架结构建筑进行了控制爆破拆 除1 ;孙彦峰等针对钢筋混凝土框架结构大楼进行 定向爆破拆除,大楼按照预定的方向进行倒塌【43 ; 刘国军等针对复杂环境下“L ”型框架楼房定向爆破 拆除“ 1 ;上述建筑结构拆除爆破设计通常采用经验 公式以及类似工程实践经验进行设计,部分学者对 拆除爆破机理进行了相关研究,魏挺峰等通过力学 机制分别研究了框架、排架和框剪结构爆破拆除定 万方数据 第3 6 卷第1 期游永锋复杂环境下框架.框剪结构厂房定向爆破拆除 向倾倒的后座机理∞1 ;张志呈等分析了框架结构后 排立柱拆除与否对结构顺利倒塌的影响。刊;张凡榛 等通过钢筋混凝土框架承受爆炸荷载试验【8J ,分析 了钢筋混凝土框架结构爆破拆柱后的传力机制。 爆破拆除会对周围民房等重要建筑物产生不同 程度的影响,不但使施工进度受到影响,也影响了社 会稳定。因此结合厂房周边环境设计一个好的爆破 方案及采取相应的防护措施是尤为重要的。针对复 杂环境下框架- 框剪结构厂房进行了爆破参数设计、 施工方案确定、安全防护设计,爆破总体效果良好。 1工程概况 1 .1 周边环境 安钢集团烧结机主厂房为钢筋混凝土框架剪力 墙结构与钢结构的结合体,总体建筑面积约为 6 0 0 0m 2 。钢结构部分利用机械预拆除,钢筋混凝土 框剪结构利用爆破拆除。厂房整体呈长方形,东西 长3 7 .5m ,南北宽2 4m ,高度为4 4 .1m 。厂房为框 架剪力墙结构并有较多的钢结构,整体稳定性好。 待拆除厂房位于河南省安阳市安钢集团厂区东 北角,现场周围有大量正常使用的生产设备和建筑 物,北距废弃厂房5 1m ;西侧距离廊道4 5m ;南侧紧 邻转运站,转运站南侧有4 9m 长空地;东侧紧邻道 路,道路下方有地下管线,距离正在运行的厂房 2 2m ,周边环境复杂,周围环境如图1 所示。 北 f 廊 道 l 废弃厂房 T _ 罱I l 堆 l 转运站 卫 生产厂房 镌 图1 爆区周围环境图 单位m F i g .1 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h es u r r o u n d i n ga r e a o ft h ee x p l o s i o na r e a u n i t m 1 .2 厂房结构 厂房东西长3 7 .5m ,南北宽2 4m ,高4 4 .1m , 共8 层。其承重柱为南北方向4 排,东西方向6 排。 钢筋砼支撑方柱共计2 4 根,其中7 0 0m mx 7 0 0m m 4 根,8 0 0m m 8 0 0m m1 2 根,9 0 0m mx9 0 0m m 4 根,1 0 0 0m mx 1 0 0 0m m4 根;厂房1 3 层为大框 架结构,层间无楼板,4 ~8 层为框剪结构,各层楼板 由钢筋砼梁现浇砼与承重立柱紧密连接;电梯间、楼 梯间结构坚固,且电梯间有4 根立柱。厂房结构立 面及平面图见图2 、图3 所示。 “.1 0 1 4 0 .5 0 9 3 5 .7 5 寸 2 8 .6 5 寸 o 2 0 .6 0 _ 叮 甘 甘 1 6 .0 0 口 l O .2 0 亨 3 .5 0 叮 0 iii ①②⑨④ 图2厂房结构立面图 单位m F i g .2D i a g r a mo fw o r k s h o pe l e v a t i o ns t r u c t u r e u n i t m 图3 厂房结构平面图 单位m F i g .3 D i a g r a mo fw o r k s h o pp l a n a rs t r u c t u r e u n i t m 2 爆破拆除方案 2 .1 总体方案 考虑到待拆除厂房的结构形状特性及其周边环 境情况,在厂房的北侧的场地可以满足其倒塌要求, 待拆除厂房向其正北方向倒塌。为了保证其顺利倒 塌,采用三角形爆破缺口、分区分段逐次倒塌的方式 进行爆破拆除,如图4 所示。 2 .2 爆破拆除参数设计 2 .2 .1 爆破缺口设计 1 缺口形式 为了使厂房达到逐段倒塌、定向准确地目的,本 万方数据 爆破2 0 1 9 年3 月 次拆除采用三角形缺口。 根据厂房结构特征以及相关资料和以往的工程 经验,在工程经验公式计算的基础上对爆高予以适 当调整。根据工程经验公式并结合本次拆除厂房的 结构和高度可知【9 1 ”南 ㈩ 式中 。为切口高度,m ;H 为建构筑物高度,m ; d 为建构筑物宽度,m 。 厂房切E l 高度h 。 1 6 .4 7m ,但是由于厂房楼 层较高,为了能够保证厂房顺利倒塌,不发生偏转及 减小厂房倒塌后的前冲作用,采用高缺E l 方式进行 拆除。根据实际工程经验决定厂房从地上第一层开 设爆破切口,缺口高度为4 层 1 、2 、3 、4 层 ,爆破切 E l 高度为2 0 .6m ,缺口方向为建筑物北侧。在拆除 中把该厂房分为3 个区域,为保证厂房彻底坍塌,3 3 个区域爆破缺口内的立柱 内楼梯、电梯及剪力墙 分别进行预处理,削弱其整体刚度;确定3 个区域缺 口内每层的破坏高度;确定缺口内每个分区微差间 隔。如图4 、表l 所示。 4 4 .1 0 V 4 0 .5 0 寸 3 5 .7 5 叮 2 8 .6 5 9 o 2 0 .6 0 _ 9 寸 1 6 .O O名i 可 1 0 .2 0名黝; 9 /●三区;| ;U ./.1 i 3 .5 0 斧1 苏磊唇∥ 9 0 1.r h 彤£殇研 一区 iiii ①②③④ 图4 爆破分区示意图 单位m F i g .4B l a s t i n gd i v i s i o ns c h e m e u n i t m 表1 厂房各层破坏高度统计 T a b l e1S t a t i s t i c so fd a m a g eh e i g h to fp l a n tf l o o r s 3 各层破坏高度 建筑物爆破都是利用炸药爆炸产生的能量破坏 结构的承重构件,使结构在自重作用下失稳,并使其 在失稳过程中扭曲变形和落地冲击过程中解体。本 厂房承重构件主要为立柱及剪力墙,爆破形式为厂 房分别向正北方向倒塌并实施空中解体,所以必须 对承重构件进行破坏。如果承重构件全部钻孔爆破 的话,则工作量大。根据柱长及所处位置,由底层向 上爆破高度逐渐减少,各层破坏高度取值见表1 。 2 .2 2 爆破参数设计 拆除工程中的承重构件主要有梁、柱、剪力墙三 种类型,由于爆破时对立柱进行整体破坏,对梁进行 局部破坏,本设计中对爆破缺口内的不同尺寸立柱、 横梁的参数进行设计。 1 立柱爆破参数设计 该厂房承重立柱的截面尺寸有种多,其中包括 7 0 0m m 7 0 0m m ,8 0 0m mX8 0 0m m ,9 0 0m mX 9 0 0m m ,1 0 0 0m m 1 0 0 0m m ,因此根据实际工程经 验分别对4 种不同截面的立柱进行设计。立柱布孔 选三角形布孔;钻孔深度£的确定以保证装药能将 构件破坏为原则,孔深一般取L 0 .6 ~0 .8 为钻孑L 处厚度 ;单孑L 药量Q 根据体积原理确定;立 柱中的炮孑L 装药方式分为I 、Ⅱ两种。I 型炮孔采 用的间隔装药,Ⅱ型炮孔采用连续装药方式。爆破 参数详见表2 。 2 横梁爆破参数设计 为了保证厂房的顺利倒塌,对和倒塌方向相同 的横梁进行破坏,以破坏建筑的完整性。通过现场 测量得到厂房横梁尺寸为8 0 0m m 8 0 0m m ,其孔 网参数的设计参照8 0 0m m 8 0 0m m 的立柱。每个 横梁只对2 端进行处理,每端布置6 个炮孑L 。 万方数据 第3 6 卷第1 期游永锋复杂环境下框架一框剪结构厂房定向爆破拆除 表2 主要承重构件爆破参数汇总表 T a b l e2 S u m m a r yt a b l eo fb l a s t i n gp a r a m e t e r sf o rm a i nb e a r i n gc o m p o n e n t s 3 结构件的炮孔数量及药量 根据各构件数量,分区破坏高度,以及单位长度 构件的钻孔数量计算各种构件的炮孔数量,详见 表3 。 衰3 厂房各分区炮孔数量统计表 T a b l e3S t a t i s t i c a lt a b l eo ft h en u m b e ro f b l a s t i n gh o l e si ne a c hZ O l l eo ff a c t o r yb u i l d i n g 2 .2 .3 起爆网路设计 根据工程的特殊环境,采用非电导爆双回路闭 合复式起爆网路。用连接元件 四通连接体 将同 层的立柱和剪力墙分别连接,然后将柱与柱,墙与 墙、墙与柱纵横连接成闭合复式网路。同一层的爆 破网路连接好后,层与层之间用连接元件上下连接 成多通道闭合网路,各炮孔的延时间隔为导爆管雷 管的本身时差,孔外用瞬发雷管。整个爆区划分成 多个分片,每个分片连成复式闭合环,形成纵横交 错、连线独立,传爆相联,路路相通的导爆管复式多 重闭合环网路。 爆破采用一次起爆分区延期的方式,爆破缺口 共分为三个区,总延期时间设计为1 .0 2S ,每个分区 间隔时间为0 .5S ,如表4 所示。 3 爆破安全校验 3 .1 爆破振动安全验算 本工程单段最大起爆药量为1 4 .5k g 。根据爆 破振动公式计算[ 1 0 ] 秽K f 阐。 2 \R , 式中移为与爆破点距离为尺处质点振动速度, c m /s ;Q 为炸药量,齐发爆破为总药量,延时爆破为 最大一段药量,取Q 1 4 .5k g ;R 为保护对象距离爆 破点的距离,取R 2 2m ;K 、a 为与爆破点至计算保 护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数, 取K 5 0 ,a 1 .5 。 表4 厂房分区起爆雷管及延期时间表 T a b l e4D e t o n a t o ri n i t i a t i o na n dd e l a ys c h e d u l e f o rw o r k s h o pz o n i n g 经验算,爆破振动速度秽 1 .8c m /s ,小于距离 2 2m 处厂房的安全允许振动速度[ V ] 2 .5c m /s 。 3 .2 塌落触地振动校核 楼体倒塌落地瞬间触地冲击地面,在地面内产 生冲击振动效应,在拆除过程中,冲击振动效应比爆 破地震效应更显剧。 估算得出待拆除厂房的总重量为7 5 0 0t ,由于 本次爆破拆除采取高缺口,缺口高度最高达到 2 0 .6m ,而且采取分块塌落的方案,使楼体分为4 块 逐次塌落,实际每次塌落触地的质量可减少至楼体 总质量的1 /1 0 ,触地质量可按7 5 0t 计算。根据塌 落振动速度计算公式【1 3 匾面、 K k k ’I √了l 3 L 百一J 式中K 为塌落引起的地面振动速度,c m /s ;M 为下落构件的质量,取M 7 5 0 0t ;g 为重力加速度, 万方数据 1 0 8 爆破 2 0 1 9 年3 月 取g 1 0m /s 2 ;H 为构件的高度,取H 2 2m ;盯为 地面介质的破坏强度,一般取1 0M P a ;R 为保护建 筑至冲击地面中心的距离,取R 2 2m ;矗、口为塌落 振动速度衰减系数和指数,一般k 3 .3 7 ~4 .0 9 , 卢 1 .6 6 1 .8 0 ,取k 3 .3 7 ,p 1 .6 6 ;后为楼体分段 下落,单体质量占桥体总质量的百分比,.| } 7 1 /1 0 。 根据塌落振动公式计算出触地振动速度K 0 .5 7c m /s ,小于爆破安全规程规定的临界速度 [ V ] _ 4 .5c m /s 。 3 .3 爆破飞石安全验算 飞石距离根据L u n d b o r g 的统计规律,炮孑L 爆破 飞石距离可由下式计算2 J B K 。q D 4 式中K 为与爆破方式、填塞长度有关的系数, 取1 .0 1 .5 ;g 为炸药单耗,k g /i n 3 ;D 为药孑L 直径, m m o 取K 。 1 .2 ,将q 1 .6k g /i n 3 ,D 3 6B i n ,代入 公式4 得尺, 6 9 .1 2i n ,在不采取防护措施的情况 下,爆破飞石距离超过了建筑物的安全允许距离,必 须采取防飞石措施。 4 安全防护设计 4 .1 爆破飞石安全防护措施 炮孑L 覆盖防护采用钢丝网和草苫进行防护。钢 丝网采用具有一定柔韧度的普通编制型钢丝网,网 孑L 尺寸2o nx 2o m ,草苫采用具有一定厚度的密编 型草苫,首先将草苫与钢丝网用铁丝编织在一起,再 利用编织好的防护材料对炮孑L 进行悬吊包裹防护。 将制作好的防护材料缠绕立柱覆盖防护,每一 部位的防护材料层数均为3 层,最外面用多道铁丝 捆紧绑扎。防护时,将草苫一面紧贴于炮孑L ,避免防 护施工破坏起爆网路。 4 .2 爆破振动及触地振动预防措施 由于厂房爆破拆除时单段药量大,产生的爆破 振动较大,为了保护东侧正在运营的厂房,在厂房倒 塌方向的东侧开挖长5 0i n ,宽1 ~2m ,深2 ~3I n 的 减震沟,利用开减震沟的土料作为减震层的铺设材 料,铺设减震层,起到减震和缓冲的双重作用。减震 沟不仅能有效控制爆破振动而且对触地振动的阻断 作用同样有效。 5 爆破效果与体会 厂房倒塌方向按照设计的方向向正北方向倒 塌,只有个别飞石飞到东侧厂房墙面,但未造成影 响。厂房上部落地后完全破碎,下部爆堆较高,倒塌 点距厂房南侧最远距离4 0m ,爆堆宽3 2i n ,爆破总 体效果良好。 I 框架一框剪结构建构筑物爆破参数设计时, 对不同立柱进行分别设计,并对同一立柱的不同炮 孑L 进行不同的装药结构设计,确保构筑物准确倒塌。 2 高层框架.框剪结构建构筑物,为了保证构 筑物倒塌时不发生偏转及减小构筑物倒塌后的前冲 作用,采用高缺口方式进行爆破拆除。并对爆破缺 口划分不同的区域,分别对不同区域的爆破高度、爆 破缺口每层的破坏高度进行设计。 3 高层框架.框剪结构建构筑物,为了增加爆 破缺口在倒塌中的解体时间,提高建构筑物解体程 度,减低一次起爆药量,保证上部爆体落地后破碎效 果,采用一次起爆分区分段逐次爆破,每个分区间隔 时间为0 .5S 。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 汪旭光,于亚伦.拆除爆破理论与工程实例[ M ] .北 京人民交通出版社,2 0 0 8 . [ 2 ] 张明,刘军,贾永胜,等.切口方式与延期时差对 框架结构爆破拆除效果的影响[ J ] .爆破,2 0 1 7 , 3 4 2 1 8 . [ 2 ] Z H A N GM i n g ,L I UJ u n ,J I AY o n g s h e n g ,e ta 1 .I n f l u e n c e o fc u tp a t t e r na n dd e l a yt i m ed i f f e r e n c eo ne f f e c to ff r a m e s t r u c t u r ee x p l o s i v ed e m o l i t i o n [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 1 7 ,3 4 2 1 - 8 . i nC h i n e s e [ 3 ] 谢先启,贾永胜,刘昌邦.复杂环境下1 1 层框架结构 楼房控制爆破拆除[ J ] .爆破,2 0 0 8 ,2 5 4 3 6 4 0 . [ 3 ] X I EX i a n q i ,J I AY o n g - s h e n g ,L I UC h a n g b a n g .B l a s t i n g d e m o l i t i o no fal l - s t o r e yf r a m es t r u c t u r eb u i l d i n gi nh a r s h e n v i r o n m e n t [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 0 8 ,2 5 4 3 6 4 0 . i nC h i - n e s e [ 4 ] 孙彦峰,任立龙,张少光.钢筋混凝土框架结构大楼定 向爆破拆除[ J ] .爆破,2 0 0 7 ,2 4 1 5 1 5 3 . [ 4 ] S U NY a n f e n g ,R E NL i l o n g ,Z H A N GS h a o g u a n g .D e m o l i t i o no far e i n f o r c e dc o n c r e t e B u i l d i n gb yd i r e c t i o n a lb l a s t i n g [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 0 7 ,2 4 1 5 1 5 3 . i nC h i n e s e [ 5 ] 刘国军,张海龙,赵存清.复杂环境下“L ”型框架楼房 定向爆破拆除[ J ] .爆破,2 0 1 6 ,3 3 1 9 3 - 9 5 ,1 3 6 . [ 5 ] L I UG u o - j u n ,Z H A N GH a i l o n g ,Z H A OC u n q i n g .E x p l o s i v ed i r e c t i o n a ld e m o l i t i o no f “L ”s h a p e df r a m eb u i l d i n g i nc o m p l e xe n v i r o n m e n t [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 1 6 ,3 3 1 9 3 9 5 ,1 3 6 . i nC h i n e s e 下转第11 6 页 万方数据 1 1 6 爆破2 0 1 9 年3 月 上接第1 0 8 页 魏挺峰,魏晓林,傅建秋.框架和排架爆破拆除的后坐 1 [ J ] .爆破,2 0 0 8 ,2 5 2 1 2 - 1 8 . W E IT i n g - f e n g ,W E IX i a o - l i n ,F UJ i a n - q i u .B a c ks i t t i n go f f r a m e f r a m e db e n td e m o l i s h e db yb l a s t i n g I [ J ] .B i a s - t i n g ,2 0 0 8 ,2 5 2 1 2 - 1 8 . i nC h i n e s e 张志呈,姚勇,龙林.钢筋混凝土框架后排立柱底 端不装药爆破拆除效果分析[ J ] .爆破器材,2 0 0 9 , 3 8 6 2 6 - 2 9 . Z H A N GZ h i - c h e n g ,Y A OY o n g ,L O N GL i n .A n a l y s i so n b l a s t i n gd e m o l i t i o no fR Cf r a m es t r u c t u r ew i t hb a c kc o l - u m n sn o t - b l a s t e [ J ] .E x p l o s i v eM a t e r i a l s ,2 0 0 9 ,3 8 6 2 6 - 2 9 . i nC h i n e s e 张凡榛,李必红,崔伟峰,等.钢筋混凝土框架结构爆 破拆柱后传力机制分析[ J ] .采矿技术,2 0 1 6 ,1 6 6 9 3 - 9 6 . Z H A N GF a n z h e n ,L IB i - h o n g ,C U IW e t - f e n g ,e ta 1 .A n a l - y s i so ff o r c et r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mo fr e i n f o r c e dc o n - c r e t ef r a m es t r u c t u r ea f t e rb l a s t i n ga n dd e m o l i t i o n [ J ] . 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