公文新  张忠义  于振东

(哈尔滨恒冠365体育有限公司，黑龙江哈尔滨，150080)

摘要：复杂环境下的高层楼房爆破各具代表性。本文介绍了在东、南、西、北四个正面均无理想倒塌场地，四周又无足够原地坍塌场地的情况下，运用“预先切割、延时起爆、自重压碎、斜向倾倒”爆破方案，成功地向南偏西方向，将哈尔滨市同乐世界26层楼房进行定向坍塌爆破。

关键词：框架楼房；斜向倾倒；定向坍塌；爆破拆除

1工程概况

哈尔滨市同乐世界2号楼位于道里区尚志大街与兆麟街、东五道与东六道街之间，根据城市规划要求需拆除。该楼位于市中心繁华地带，三面环道，一面有在建楼房(如图1和图2所示)。北侧18m、地下1．8m处埋有通往哈尔滨市委及黑龙江省农业发展银行的次高压煤气管线；北侧16m处为东五道街；北偏西方向31m处，为黑龙江省农业发展银行14层办公大楼；西偏北60m为市电力调度中心的17层办公楼；西侧46m为尚志大街；西侧55m处为市工商局的17层办公楼；南侧2m为东六道街；距该楼南侧10m处，地下埋有一道20世纪60年代的铸铁煤气管线；东南侧28m为14层的保险公司办公及住宅楼；东侧13m为需保护的8层在建楼房。

该楼为整体浇筑的框架-剪力墙结构，地上26层，地下2层，地面以上高度为89．4m，东西长为23．5m，南北长为22．5m。1～4层每层高为4．8m，第5层楼为设备层，高度为2．2m，第6层以上为住宅层，每层高度为3m。断面为0.4×0.9m；楼房四周每边4根立柱，仅剩周边12根立柱，其断面为O．6m×O．6m。楼房中间部位为电梯井和楼梯间组成的剪力墙结构，墙体为0．35m厚的钢筋混凝土结构，东西长9．8m，南北宽8．6m，东、西两侧各有一通道口，南侧有两挂楼梯，北侧有三个电梯井及一个管线井；每层底板厚度为0．15m，横、纵各4道大梁，截面为0．4m×0．6m。6层以上，楼内砌有间壁墙，8层以上外部墙体基本装修完毕。

2方案选择与论证[1~5]

2．1总体方案

2．1．1  方案设计原则和要点

该楼为框架结构，结构坚固，整体稳定性好，混凝土强度高，高宽比为3．9。楼房自身条件适合定向倒塌。然而由于周围环境非常复杂，不允许直接倒塌；东侧13m有在建楼房，更不允许原地坍塌。根据设计图纸及现场勘察情况进行全面设计、论证，认为对该楼进行爆破拆除必须解决以下关键问题：

(1)高空定向解体控制。由于该楼占地面积小，楼体又非常高，很容易在下落过程中重心失稳，导致倾倒方向偏离预定方向。楼房解体折叠赣用也可能造成部分解体后的楼体反向塌落或后坐，冲击作用可能会对北侧18m处的次高压煤气管线和3lm处的农业银行大楼造成破坏。如果在数十米的高空解体过早、过于彻底，可能对东侧未建成楼房及东南侧的保险公司大楼构成很大威胁。

(2)爆破堆渣控制。根据施工图纸估算，该楼混凝土量约为8500m³，折合成虚方约12000m³。如果全部采用原地坍塌的爆破方案，过高、过多的堆积物会向四周挤压，对东侧未建成楼房立柱造成损坏，而且非常容易造成堆积物不均，使上部楼体在下坐过程中产生偏差而导致对周围建筑物和配套设施的损坏。

(3)爆破振动控制。该楼高度89．4m，重量超22000t，方圆lOOm范围内有5座14层以上高大建筑物，最近的建筑物距离只有13m，地下最近的煤气管线只有18m，且深度只有1．8m。过大的爆破振动和塌落振动都会造成不应有的损失或给将来留下隐患。

(4)爆破飞散物的控制。为保证倒塌方向，必须使该楼的切口部位在爆破中解体充分。这就需要在几十米高空部分的立柱及剪力墙进行过量装药。高空防护作业难度较大，加之因过量装药需加强防护，因此对飞散物的防护也是一个困难而又十分关键的问题。

(5)爆破中不确定因素控制。因烟道在楼房倒塌的反方向，相对楼体具有独立性，与楼体连接较少，在楼房下坐过程中形成的剪切力作用下，切断楼房与烟道连接的钢筋，使烟道脱离楼房的束缚，随着楼房的后坐和堆积物的增多，很可能将烟道挤向相反方向倒塌。

2．1．2具体措施

分段解体，多段起爆，控制每段齐爆药量，减缓楼体塌落速度，减小该楼体对地面的冲击，减少每次触地冲量，是解决所有问题的关键。因此采用预先拆除、预先切割、分段延时起爆、自重压碎解体、由北向南偏西10°缓冲塌落的单向折叠爆破方案，将楼体自上而下切割为三部分。

(1)第一部分为倾倒段(15～26层)，切口部位选在15～16层，进行倾倒定向。自电梯井前五分之三处切口(如图4所示)，保证爆破后楼体向南偏西10°倾斜，确保楼体按预定方向倒塌。目的在于控制楼房的倾倒方向，首先在空中对楼房进行一次解体、折叠过程，减小楼体高度和倒塌距离。

(2)第二部分为倒塌段(5～14层)，切口部位选在5~7层，按照第一部分的切口形式和倾倒方向，进行单向折叠爆破，进一步加大倾倒角度，降低楼体重心高度。

(3)第三部分为垂直下落段(2～4层)，即对2～4层进行坍塌爆破。2～4层立柱及剪力墙全部布孔装药，形成切口，保证爆破后楼体原地下落，降低楼体高度，缓冲上部楼体下落时的能量，减小一次触地冲量，这些部位的装药量也不必过大，所有立柱及剪力墙装药标准要一致，确保楼体能够平稳垂直塌落。该过程可以缓冲楼房的下落速度，消耗楼房下落所产生的部分能量，从而减少触地冲量、减小触地振动。

2．2预处理

为减少钻孔和装药的工作量及一次齐爆药量，以达到减少爆破振动的效果，对影响塌落和倒塌方向的非主要承重部位进行预先拆除和结构破坏。

(1)将2～4层所有内部间壁墙和外墙及其他附属设施全部拆除，对部分剪力墙进行拱形切口，钢筋切断。

(2)将5～7层东、南、西三个方向的外墙和纵向的内部间壁墙全部拆除，将东、南、西三侧的部分剪力墙进行拱形切口，钢筋切断。

(3)将15～16层南侧外墙和纵向内部间壁墙全部拆除，中部剪力墙的东、南、西三侧进行部分拱形切口，钢筋切断。

(4)将2～4层三个电梯井部分墙体东、南、西三侧拱形切口，5～12、15～16层按图4中切线向南侧切口。

(5)将7层以下楼梯间两面立墙拱形切口。

(6)将楼梯进行纵向切割，切口宽0．2m，保证其同剪力墙一起塌落。

(7)楼房东北角的烟道在第2层、第6层、第10层的高度，分别用双股Ф25mm的钢丝绳对烟道进行绑固，使楼房下坐过程中烟道不脱离楼房。

2．3对预处理后的施工安全进行估算

根据施工图纸所提供的数据，概算楼体地面以上重量约22000t。预处理后，2～4层立柱及剪力墙可承载35000t的负荷，5～12层可承载27000t的负荷，因此可保证后续施工的安全性。

2．4爆破切口位置的确定

为尽可能保护地下室楼板和剪力墙，第1层作为缓冲层不进行破坏处理；第2层切口位置在距楼板地面50cm处，使爆破尽量不破坏第l层顶板，保持楼板原有的整体结构和稳定性；3~7层切口位置选在距离楼板10cm处，正常爆破高度2．4m；15～16层切口位置在距地面10cm处，正常爆破高度为2m，2～4层爆破范围为所有立柱，5～7层、15～16层均为南侧第1排4根立柱、第2排两根立柱、第3排西侧1根立柱，其中第2排东侧立柱只在底部钻3排孔，第3排西侧立柱在底部钻4排孔。

2．5切口高度

  切口高度为：

H_P=K(b+H_min)=1．94～2．425m

式中，K为经验系数，K=1．5～2．0；H_min为临界破坏高度，H_min=12．5d，d为承重立柱竖向主筋直径，d=0．025m；b为承重立柱边长，b=O．9m，

按照设计，各楼层的爆破切口高度均满足失稳条舞。

2．6  延期设计

本方案采用延期的主要目的是：

(1)减少单次齐爆药量，减少爆破地震波和冲击波。

(2)保证楼房在空中解体，使楼体分成若干部分依次触地，减少楼体塌落所产生的地震波。

(3)控制楼房解体后的倾斜方向，使解体后的每一部分均产生向预定塌落点的适度倾斜，但必须保证14层楼房以下触地前，其倾角不能超过30°，达到在设计范围内倒塌，不影响周围建筑物的安全，所以延期不宜过长。

因此，本次爆破决定采用空中立体延期设计，共分三个段次自上至下依次起爆。首先起爆的是15～16层的定向切口，确保楼房的重心前移；间隔50ms后，起爆5～7层的定向切口，进一步加大倾斜角度，并完成楼房全部的空中解体工作；再间隔50ms，起爆2～4层，使楼房整体开始下落，在楼体的自身作用力下压碎第1层，并在5～16层逐层触地时，加大倾角，最终在17层触地时，剩下的近乎解体的10层楼房，开始倾倒、解体，全部最后落地。

2．7起爆网络设计

本方案采用孔内延期和孔外延期相结合的非电起爆方法。15～16层采用l段导爆管进行两级传爆；5～7层孔内采用3段延期导爆，孑L外用l段导爆管进行传爆；2～4层采用3段导爆管进行孔内和孔外延期。每级导爆管之间用10cm¨的草垫覆盖，保证传爆能够顺利进行。

2．8参数确定及装药计算

各楼层立柱及剪力墙采用的最小抵抗线分别为0．45m、0．4m、0．3m、0．27m、0．2m，不同楼层选用的爆破孔网参数也不同。

装药量也有很大差距，其中底部3排孔最多可取2倍过量装药，保证爆破后的钢筋变形，上部药孔最少应为标准药量的2／3，中间孔应为边孔药量的2倍。3层底部3排孔的单个装药量实取150g，其余分别为75～50g；2层和4层底部3排孔的单个装药量实取100g，其余分别为75～40g；5层下部3排孔的单个装药量实取75g，其余分别取50～40g；6~7层底部单个装药量实取50g，其余分别取40～30g；15～16层底部单个装药量实取50g，其余分别取40～30g。

实际总装药个数N_柱总为1438个；实际总装药量C_总为211．7kg。

3安全计算

经计算，最大一段齐爆药量为144kg,。

3．1爆破冲击波计算

经计算，该方案所产生的冲击波影响范围为24．01m，爆破点距周边需保护建筑群距离远远大于此安全距离，并有多层防护措施，故方案可行。

3．2爆破地震波计算

经计算，该方案所产生的地震波影响范围为26．2lm，因爆破点距需保护建筑大于安全距离，，并在待爆楼房四周开挖一道宽3m、深5m的减振沟，进一步阻止地震波对周边建筑物的影响；而煤气管深度仅有1．8m，减振沟远深于煤气管线的埋设深度，故方案可行。

3．3、塌落地震波计算。

根据中科院工程力学所的公式：触地振动速度

触地冲量

式中，楼房总质量M=22000t；爆破切口形成后最大部分楼体质量△M=8460t；重力加速度g=9．8m/s²；下落高度取楼房第一次触地的高度，即第2层的爆破高度，H=2．4m；最近保护建筑物距离R取楼房到北侧煤气管线的计算距离，约29m。

计算结果：最大触地冲量I=3．2×10⁶N·s

触地振动速度v=1．2cm／s

4防护措施

安全防护措施重点考虑地震波和飞石两方面。

4．1对地震波的防范措施

第一是采用分段倒塌的方法延长楼体触地时间，即减小产生振源的强度；第二是尽量使楼体达到软着陆，将落地点的土壤松散、松软或者垫上沙土；第三是要阻断和削弱地震波的传播，即切断地震波的传播途径，在落地点周围挖出一条5m深的减振沟。

4．2对冲击波和飞石的防范措施

对冲击波和飞石的防护应以柔为主，结合多年实践，考虑到本工程主要爆破切口均为加强抛掷装药，故采取柔、韧、硬、松四种手段，五层防护。

(1)第一层为柔性防护：根据装药量和防护重要程度的不同，分别三至五层草垫子直接包裹爆破部位，主要目的是降低爆破噪声，减少冲击波，降低爆破飞溅物的初始速度。

(2)第二层为韧性防护：在第一层防护的基础上，对所有爆破部位用两层铁筛网进行第二道防护。铁筛网即透气又有韧度，能有效缓冲、阻滞飞出的爆破物。

(3)第三层为硬性防护：用一层湿的杨木板防护在铁筛网的外面，将冲破前两道防护的大块混凝土挡住。

(4)第四层为包裹层：用2~3层草垫加两层铁筛网进行第四道防护。要求用淬火线适当兜紧即可，尽可能将所有爆出的混凝土块全部挡住。

(5)第五层为松软防护：用建筑施工用的密目安全网，在最外层宽松地防护，确保兜住所有飞石。

(6)在减振沟外侧3m处，用脚手杆和高密度安全网设立一道6m高防护屏障，作为最后一道防护。防止楼房落地速度过快时，溅起石块和产生气流对周围建筑物造成破坏。

5爆破效果

随着起爆命令，三声连续的爆破声响起，26层大楼应声下坐并向预定方向倾斜。3s后，第17层触地，大楼剩余部分倾斜加快，3s半后，解体落地。四台洒水车喷淋5min后，烟尘散尽。经测量废墟长65m、宽35m，最大堆积高度13.5，平均堆积高度约为8～9m。整个楼体倒塌后的废墟全部躺在预先挖好的减震沟内侧，个别石块离爆堆不超过15m，均未飞出防护屏障。西侧约有15m长防护屏障被楼房塌落所产生的气流冲倒，周围所有玻璃无一破碎，建筑物、水、电、气安然无恙，距爆破点不到50m的起爆站没有振感，所有的效果均比预期的还要好。爆破过程如图5～图 7所示。