定向爆破拆除不规则“S”形非对称框架结构

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摘要：阳江国际大酒店是一栋不规则“s”形非对称框架结构楼房，建筑物两侧成圆弧形，重心偏出建筑物本身。通过进行合理分区切割，将爆破体“直线化”，并结合采用一些减震措施，实现了定向倒塌及震动控制的目标，顺利完成爆破拆除任务，为同类工程提供类似施工经验。

关键词：非对称结构；爆破振动；定向爆破

1 工程简况

1.1结构特点

阳江国际大酒店建于1996年，总建筑面积约38000 m2，其中主楼建筑面积约26000 m2，附楼建筑面积约12000 m2。主楼地上13层，地下1层，地面以上总高度44.5 m，长约150m。整个主楼为单跨钢筋混凝土框架结构楼，其中中央酒店大堂所在位置为平面矩形的框架结构，两侧分别为弯曲方向相反的弯弧形框架结构，同时两端的弯弧与中央部分的连接方式又不同，从而构成了一个不规则的“S”形非对称结构。主楼结构平面图如图1所示。一、二层层高为4.5m，分布有65根钢筋混凝土柱；三层以上层高为3.1m，分布有62根钢筋混凝土柱，主楼中央电梯井、楼梯间墙壁、两端套房圆形阳台为剪力墙结构（厚20cm）。

1.2周边环境

阳江国际大酒店位于阳江市东风三路鸳鸯湖畔。为叙述方便，本文将图1所标方向设为正北方向，实际正北方向与图示略有偏差。主楼东面50m外为阳江山庄，山庄内建筑物密集且多为3~4层楼房；主楼南面距离沿湖路约50m；主楼西面距离湖东路约100m，湖东路西面分布有一排3层高店铺，周边环境如图2所示。

2工程特点及难点

1）不规则“S”形非对称结构，国内首次遇到；由于本项目为“S”形非对称结构，对其进行拆除爆破，在国内尚属首次。两侧的弯弧分别向着不同方向弯曲，重心偏离出建筑物本身，加之可供选择的倒塌方向较少，定向倾倒并实现充分解体的难度较大。

2）内部结构变化大，设计任务重；大楼一二层与三层以上结构不同，同一楼层柱截面变化较大，多达八种断面，且业主方无法提供原建筑物的结构图纸，爆破设计及施工所需资料需要在现场进行测量，大大增加了爆破设计的工作量。

3）待拆除的大楼是阳江市著名的地标建筑物，社会影响比较大，给施工带来了一定的难度。

4）建筑物附近分布有大量的居民建筑物，爆破振动控制要求较高。需严格控制爆破震动在安全范围。

3 定向爆破设计方案

用控制爆破法拆除高层建筑物，是一种既经济又安全的方法[1]。根据爆破场地与建筑物类型，对高层建筑物的爆破拆除方案通常有定向倒塌、折叠坍塌、原地坍塌、逐跨坍塌等方式[2]。为确保整个拆除建筑物充分解体，爆破震动控制在安全的范围内，根据周围环境情况，拟对该建筑物采用以下拆除方案：

1）对原酒店主楼周围的辅楼及宿舍楼采用液压破碎锤机械拆除方法，在爆破前对其进行拆除，以确保主楼的可靠倾倒。

2）由于需要爆破的大楼为非对称长大结构，为了减少触地振动对附近建筑物的破坏，同时确保该大楼能顺利按照指定方向倒塌，通过人工拆除预处理，将主楼分割成四个区域，将两侧弯弧段楼体分成三段独立的楼体，将不规则曲线形式“直线化”，变成类似于规则的矩形楼房。分段延期起爆各段楼体，逐段定向倒塌。

3)对设计炸高段的电梯间剪力墙、阳台剪力墙、楼梯及墙体采用机械锤进行预拆除处理。

4爆破参数

4.1爆破分区

爆破前沿大楼沿2-1轴与2-4轴之间由上至下切割出1米宽的缝隙，沿2-8轴与2-9轴之间，由上至下切割出1.6m宽的缝隙，沿3-7轴与3-8轴之间，由上至下切割出1.0m宽的缝隙将大楼分为四个独立的区域。各区定向倒塌方向如图2中所示。重量最大段为II区，重量约6500吨。其余三个区域重量均约3000吨。

爆破切口

爆破切口的高度首先要保证切口内的立柱或梁将混凝土炸碎与钢筋骨架脱离后，纵筋在结自重的作用下能够失稳[1]；同时，切口高度应满足起爆后重心投影位置在建筑物倒塌触地点上或倒塌触地点以外[5]，为使建筑物倒塌后能得到充分解体，参考类似工程关于倾覆解体切口高度[4]关于倒塌角α的经验总结，综合这些因素，本工程采用三角形切口，切口高度h取10.5m，一层柱炸高取2.7m，二层柱炸高取2.1m，三层柱炸高取1.5m；预处理分区后，II区沿倒塌方向的楼体宽度最宽，约14.0m，倒塌角α≈35°。切口范围内立柱爆破范围如图3所示。

4.2分段延期

楼体中部酒店大堂所在位置的Ⅰ区形态规则，高宽比大，容易实现定向坍塌，本工程决定由中部向两端依次定向坍塌拆除大楼。由中部Ⅰ区向两端依次起爆Ⅱ区、Ⅲ区及Ⅳ区，其中Ⅱ区比Ⅰ区延迟250ms，Ⅲ区比Ⅱ区延迟460ms，Ⅳ区比Ⅱ区延迟550ms。

振动控制

由于前期进行机械拆除其他建筑的时候，产生的振动对周边的居民房造成了破坏，这些都给本工程主楼的爆破拆除提出了更高的要求，经各方研究决定，要求本工程必须严格控制爆破振动在1.0cm/s的范围以内。

建（构）筑物拆除爆破震动，分为爆破时部分爆炸能量产生的振动和建（构）筑物爆破解体倒塌落地时产生的触地振动。由于拆除爆破一次起爆药量少，装药分散，爆破点高出地面，自由面效应明显，一般质点振动速度都不大。而建（构）筑物倒塌触地振动产生的危害常超过爆破振动。建（构）筑物倒塌触地振动速度，可由以下经验公式计算[5]：

(1)

式中：I为触地冲量（Ns），，其中M为建筑物质量，kg；R为触地点距爆破物的距离，m；H为建筑物质心高度，m。

通过对该经验公式的分析，降低M或H的值，可以实现降低v值的计算结果，因此，本工程结合定向倾倒方案，决定采用预切割的方法，结合各种因素，决定按照前述方案将建筑物分为4个区段，降低一次触地的M值。并利用上述公式，对爆破各区段单独塌落触地的振动与整个建筑物一次性塌落触地时振动速度进行了预测的对比分析，如表一所示。

由计算可知，通过分区可降低定向坍塌时的爆破振动速度。然而，分区后，IV区的重心距离保护建筑物的距离减小，预测振动速度降低达不到要求，如果通过分割，重点降低IV区的整体质量M，由楼体弯弧行结构可知，IV区在倒塌时容易倒向阳江山庄一侧，反而不利于振动控制，因此施工中必须考虑其他的控制措施，结合其他类似工程经验[3]和本工程实际的便利条件，将拆除辅楼及宿舍楼的碎渣均匀摊铺于主楼倒塌方向的空地上，摊铺厚度1.7m，同时在东，北、西三个方向开挖一条宽2.0m、深2.5m的减震沟。

6爆破效果

阳江国际大酒店于2009年11月2日下午16时30分准时起爆，整栋大楼起爆历时约2s，大楼整体倒塌，倾倒过程持续时间约8s。本次爆破，效果非常理想，飞石、振动等均满足设计及《爆破安全规程》的要求。爆破时，大楼产生的后坐在5m范围内，爆堆最大高度出现在Ⅰ区和III区重叠的位置，高度10.5m，倒塌后楼体向前倾覆的最大长度为27m。

7施工体会

1）对于“S”形非对称框架结构大楼的定向爆破拆除，通过预处理切割分区，将爆破体“直线化”，有助于楼体的定向坍塌。

2）合理的分区切割，降低单块塌落爆破体的质量，能有效降低楼房爆破拆除时的触地振动危害。

3）本工程采用松渣摊铺楼体倒塌范围和开挖减震沟相结合的方式，爆破触地振动速度降低率达到87.2%。

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