CN110512894A - 一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，该方法包括以下步骤：步骤1：计算出所需拆除的楼房的下坠层、破坏层以及摧毁层的层数；步骤2：标出破坏层的立柱；步骤3：开设灌注孔；步骤4：开设储油孔；步骤5：制备膨胀剂混合物；步骤6：灌注膨胀剂混合物；步骤7：将灌注孔的孔口通过封口装置封闭；步骤8：安装燃烧装置，使立柱燃烧，彻底毁坏各立柱，实现楼房拆除。本发明提供的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，可以解决拆除周期长、拆除费用高、危险度高的问题，利用楼房上方自重下坠产生的冲力摧毁楼房整体，实现安全、可控地拆除楼房，拆楼周期短、操作简单、拆除费用抵、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及高层楼房拆除技术领域，尤其是一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法。
背景技术
传统的房屋拆除的传统方法有人工拆除、机械拆除和爆破拆除三种。人工拆除楼房经常因为不可控因素，导致墙体意外倒塌，造成人员伤亡；且效率低下，需要很长的工期，费用较高。机械拆除是通过推土机或者重锤锤击的方式进行拆除，但一般的机械高度都较低，当需要拆除高层建筑时，无法使用机械拆除。爆破拆除是指利用炸药在爆破瞬间产生高温高压气体对外做功，借此来解体和破碎建筑物和构筑物，使楼房失去平衡支撑，楼房在冲击力作用下倒塌。爆破拆除只有资质丰富的专业机构才能进行操作，并且在制造和运输时对其要求的成本比较高昂。在制造、运输和操作时很难保证安全，且拆除时需对周围建筑物和构筑物进行特殊防护，拆除后还可能会产生巨大扬尘。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，可以解决拆除周期长、拆除费用高、危险度高的问题，利用楼房上方自重下坠产生的冲力摧毁楼房整体，实现安全、可控地拆除楼房，拆楼周期短、操作简单、拆除费用抵、安全可靠。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：计算出所需拆除的楼房的下坠层层数、破坏层层数以及摧毁层层数；
步骤2：标出破坏层的立柱的位置；
步骤3：在步骤2标出的立柱上选取合适的位置，沿立柱纵向开设多排不贯穿立柱的灌注孔；
步骤4：在每排灌注孔两侧的立柱上各开设储油孔；
步骤5：制备膨胀剂混合物：将装有冰屑的延时胶囊与膨胀剂粉末混合制得膨胀剂混合物；
步骤6：灌注膨胀剂混合物：将步骤4制备的膨胀剂混合物灌注入灌注孔中，将燃油加入储油孔中；
步骤7：将灌注孔的孔口通过封口装置封闭，向储油孔中灌注燃油；
步骤8：在各立柱的最上排灌注孔的上方安装燃烧装置，将燃烧装置的应变片设置于封口装置上，延时胶囊的冰屑融化后流出，与膨胀剂反应，自膨胀所产生的拉应力使立柱产生滑移破坏，应变片发生位移，当应变片的位移达到一定数值时，启动燃烧装置使立柱燃烧，彻底毁坏各立柱，使破坏层(15)和下坠层(14)坠落至摧毁层(16)，坠落产生的冲击力对摧毁层(16)造成破坏，实现楼房拆除。
步骤1中，下坠层层数、破坏层层数以及摧毁层层数的计算过程如下：
步骤1-1：假设下坠层层数+破坏层层数＝m层，摧毁层层数为n层，破坏层层数为l层,楼层单层高度为h米，楼层承载标准值Gc kN/m2，楼板自重为Gz kN/m2，楼层单层面积Am2，碰撞时间取t s，G为(下坠层+破坏层)的重力，M为(下坠层+破坏层)的总质量，g为重力加速度，v为下坠层和破坏层下落产生的速度，F0为下坠层和破坏层下落产生的冲击力，F为摧毁层被摧毁所需要的摧毁力；
步骤1-2：根据能量方程：Mglh＝1/2Mv2，
根据冲量定理：Mv＝F0t
F0＝Mv/t，则：
楼层承载标准值大约是GckN/㎡，
摧毁层被摧毁所需要的摧毁力为：F＝3Gc×A×n；
需要满足：
式①
式②m-l≥1
式③m+n为总层数,m、n均为整数；
步骤1-3：考虑经济效益，当m值最小时，摧毁层楼层越大，经济效益最高。假设l的值，自l＝1开始计算，带入需要拆除楼房的总楼层等参数，得出m最小值时的下坠层、破坏层及摧毁层各层的层数。
步骤3中，灌注孔的一种钻孔位置为：在立柱的反弯点附近一定区域内，横向等间钻取多行不贯穿立柱的灌注孔，在立柱靠近上下端的四分点处分别钻取多行灌注孔。
步骤3中，灌注孔的另一种钻孔位置为：在立柱高度的3个四分点处分别钻取一行不贯穿立柱的灌注孔。
步骤5中，装有冰屑的延时胶囊的制备方法为：
步骤5-1：采用明胶制备胶囊壳的囊体和囊帽；
步骤5-2：制备冰屑；
步骤5-3：将冰屑填充入胶囊壳的囊体，再盖上囊帽，即制得装有冰屑的延时胶囊；
装有冰屑的延时胶囊的粒径与灌注孔孔径之比小于1:10。
步骤5中，装有冰屑的延时胶囊与膨胀剂粉末的质量比为2:1，也可根据实际情况调整。
步骤7中的封口装置为通过封口膨胀螺栓固定在灌注孔孔口并将孔口封死的拉伸片。
步骤8的燃烧装置包括固定安装在最上排灌注孔上方一定距离的立柱上的支架，支架上安装有装有燃料的油囊，油囊上均匀布设有与总开关连接的阀门，与位移传感器连接的应变片设置于封口装置的拉伸片上，点火器安装在最下排灌注孔下方一定距离的立柱上，点火器通过总开关与油囊相连。
支架为由横向钢筋和竖向钢筋焊接而成，围绕在立柱外表面通过膨胀螺栓固定在立柱上的支架。
本发明提供的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，有益效果如下：
1、可以解决拆除周期长、拆除费用高、危险度高的问题，利用楼房上方自重下坠产生的冲力摧毁楼房整体，实现安全、可控地拆除楼房，拆楼周期短、操作简单、拆除费用抵、安全可靠。
2、可保证楼房拆除时坍塌方向为竖直向下，不发生倾斜而破坏周围建筑。
3、将胶囊与冰结合，冰屑温度可调、含量可调，利用冰屑的溶化时间与胶囊的水溶时间，使膨胀剂在前期一定时间内不与水发生反应，确保施工人员能够安全撤离。
4、利用膨胀剂自膨胀效应将楼房破坏层的立柱破坏，相对炸药更为安全，成本更低，操作要求更低，且为无声自膨胀效应，对于于高层楼房拆除工程具有广泛的工程实践意义及应用前景。
5、钻孔位置和方向可确保楼房立柱因滑移而破坏。
6、利用拉伸片将灌注孔的孔口封闭，使膨胀剂不会溢出灌注孔而减弱膨胀效果，其具有一定的变形量，可以承受膨胀剂自膨胀压力，同时自身不被破坏。
7、燃烧装置的设计可通过产生的高温将立柱钢筋烧软，使其失去承重能力，高温下混凝土结构的强度也有所下降，确保能将立柱完全破坏。
8、充分利用破坏层和下坠层下落产生的冲击力，破坏摧毁层，达到拆除整个楼层的目的，摧毁层层无需处理，节省了大量工作量，减少了资源的浪费。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明步骤1对楼层划分的示意图；
图2为本发明步骤3在立柱上钻设灌注孔的示意图；
图3为本发明步骤4在立柱上钻设储油孔后的示意图；
图4为本发明灌注孔钻设角度示意图；
图5为本发明灌注了膨胀剂混合物，安装了封口装置和膨胀装置的立柱的示意图；
图6为本发明燃烧装置的示意图。
具体实施方式
实施例一
一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：计算出所需拆除的楼房的下坠层14层数、破坏层15层数以及摧毁层16层数；
步骤2：标出破坏层15的立柱2的位置；
步骤3：在步骤2标出的立柱上选取合适的位置，沿立柱纵向开设多排不贯穿立柱2的灌注孔1；
步骤4：在每排灌注孔1两侧的立柱2上各开设储油孔13；
步骤5：制备膨胀剂混合物：将装有冰屑4的延时胶囊3与膨胀剂粉末混合制得膨胀剂混合物；
步骤6：灌注膨胀剂混合物：将步骤4制备的膨胀剂混合物灌注入灌注孔1中，将燃油加入储油孔13中；
步骤7：将灌注孔1的孔口通过封口装置封闭，向储油孔13中灌注燃油；
步骤8：在各立柱2的最上排灌注孔17的上方安装燃烧装置，将燃烧装置的应变片19设置于封口装置上，延时胶囊3的冰屑融化后流出，与膨胀剂反应，自膨胀所产生的拉应力使立柱2产生滑移破坏，暴露出钢筋，应变片19发生位移，当应变片19的位移达到一定数值时，启动燃烧装置将暴露出的钢筋烧软，使其失去强度，同时高温会降低混凝土强度，燃烧一段时间后立柱整体会被完全破坏，彻底毁坏各立柱2，使破坏层15和下坠层14坠落至摧毁层16，坠落产生的冲击力对摧毁层16造成破坏，现楼房拆除。
步骤7中的封口装置为通过封口膨胀螺栓8固定在灌注孔1孔口并将孔口封死的拉伸片5，拉伸片5优选为最短直径至少大于灌注孔1孔径6厘米的铁片，其作用在于：密封灌注孔1孔口，使膨胀剂混合物不会溢出灌注孔1而减弱膨胀效果，可以承受膨胀剂自膨胀压力，同时确保自身不被破坏。
步骤8的燃烧装置包括固定安装在最上排灌注孔17上方一定距离(8-15厘米)的立柱2上的支架12，支架12上安装有装有燃料的油囊9，油囊9上均匀布设有与总开关7连接的阀门11，与位移传感器连接的应变片19设置于封口装置的拉伸片5上，点火器10安装在最下排灌注孔18下方一定距离(8-15厘米)的立柱2上，点火器10通过总开关7与油囊9相连。
具体为：
当应变片19的位移达到一定数值a(a＝3-8厘米)时，先打开总开关7使油囊9的阀门打开，燃料流出至各立柱2上，应变片19继续发生位移，当位移b＝a+0.5厘米时，启动燃烧装置的点火器10使立柱2燃烧，彻底毁坏各立柱2，实现楼房拆除
步骤1中，下坠层14层数、破坏层15层数以及摧毁层16层数的计算过程如下：
步骤1-1：假设下坠层14层数+破坏层15层数＝m层，摧毁层16层数为n层，破坏层15层数为l层,楼层单层高度为h米，楼层承载标准值Gc kN/m2，楼板自重为Gz kN/m2，楼层单层面积A m2，碰撞时间取t s，G为下坠层14+破坏层15的重力，M为下坠层14+破坏层15的总质量，g为重力加速度，v为下坠层14和破坏层15下落产生的速度，F0为下坠层14和破坏层15下落产生的冲击力，F为摧毁层16被摧毁所需要的摧毁力；
步骤1-2：根据能量方程：Mglh＝1/2Mv2，
根据冲量定理：Mv＝F0t
F0＝Mv/t，则：
楼层承载标准值大约是GckN/㎡，
摧毁层16被摧毁所需要的摧毁力为：F＝3Gc×A×n；
需要满足：
式①
式②m-l≥1
式③m+n为总层数,m、n均为整数；
步骤1-3：考虑经济效益，当m值最小时，摧毁层楼层越大，经济效益最高。假设l的值，自l＝1开始计算，带入需要拆除楼房的总楼层等参数，得出m最小值时的下坠层14、破坏层15及摧毁层16各层的层数。
具体计算实例如下：
对于一栋20层楼，单层楼层高h＝3m，楼层承载标准值Gc＝5kN/m2，楼板单位面积重力Gz＝3.9kN/m2，楼层单层面积A＝300m2计算，碰撞时间t＝0.05s，g＝9.8m/s2；
由上述式①、②、③计算m、l、n各自的值
l越大，m取值越小；
考虑经济效益，当m值最小时，摧毁层楼层越大，经济效益最高。假设l的值，自l＝1开始计算，带入需要拆除楼房的总楼层等参数，得出m最小值时的下坠层、破坏层、摧毁层各层的层数；
当l＝1时，计算出m≥4；
当l＝2时，计算出m≥3；
当l＝3时，计算出m≥4，因为m-l≥1，当l继续增大，m的值至少为5，因此无需继续计算。
最终，综合经济效益，对一栋20层楼，当l＝2、m＝3时，效果最优，此时下坠层14的层数为1层，破坏层15的层数为2层，摧毁层16的层数为17层。
步骤3中，灌注孔1的一种钻孔位置为：在立柱2的反弯点附近一定区域内，横向等间钻取多行不贯穿立柱的灌注孔1，在立柱2靠近上下端的四分点处分别钻取多行灌注孔1。
步骤3中，灌注孔1的另一种钻孔位置为：在立柱2高度的3个四分点处分别钻取一行不贯穿立柱的灌注孔1。
上述灌注孔1的两种钻孔方式中，灌注孔1向下倾斜，与水平面的夹角＞25度，优选为45-60度。
步骤5中，装有冰屑4的延时胶囊3的制备方法为：
步骤5-1：采用明胶制备胶囊壳的囊体和囊帽：首先加热明胶使其达到流动状态，将流动态的明胶分别倒入囊体模具和囊帽模具中，模具的尺寸根据实际情况进行选择，本实施例囊体和囊帽直径以2cm为例，长度为4cm，囊体外径与囊帽内径相等。等待浇入模具中的热熔明胶冷却、干燥后取出模具上的明胶，切去囊体和囊帽边缘不规则的明胶，将囊体和囊帽分别整理储藏在不同的容器中，以备后续使用。
步骤5-2：制备冰屑：将水倒入圆柱状冰格模具中，再将冰格模具放入冰柜中，冷冻4小时后，取出冰格模具，敲击冰格模具底部即可将冰屑取出。冰格模具的直径和高度均可调整，本实施例以直径2mm，高度5mm为例说明情况。
步骤5-3：将冰屑填充入胶囊壳的囊体，再盖上囊帽，即制得装有冰屑4的延时胶囊3；
装有冰屑4的延时胶囊3的粒径与灌注孔1孔径之比小于1:10。
步骤5中，装有冰屑4的延时胶囊3与膨胀剂粉末的质量比为2:1。
支架12为由横向钢筋和竖向钢筋焊接而成，围绕在立柱2外表面通过膨胀螺栓6固定在立柱2上的支架。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：计算出所需拆除的楼房的下坠层(14)层数、破坏层(15)层数以及摧毁层(16)层数；
步骤2：标出破坏层(15)的立柱(2)的位置；
步骤3：在步骤2标出的立柱上选取合适的位置，沿立柱纵向开设多排不贯穿立柱(2)的灌注孔(1)；
步骤4：在每排灌注孔(1)两侧的立柱(2)上各开设储油孔(13)；
步骤5：制备膨胀剂混合物：将装有冰屑(4)的延时胶囊(3)与膨胀剂粉末混合制得膨胀剂混合物；
步骤6：灌注膨胀剂混合物：将步骤4制备的膨胀剂混合物灌注入灌注孔(1)中，将燃油加入储油孔(13)中；
步骤7：将灌注孔(1)的孔口通过封口装置封闭，向储油孔(13)中灌注燃油；
步骤8：在各立柱(2)的最上排灌注孔(17)的上方安装燃烧装置，将燃烧装置的应变片(19)设置于封口装置上，延时胶囊(3)的冰屑融化后流出，与膨胀剂反应，自膨胀所产生的拉应力使立柱(2)产生滑移破坏，应变片(19)发生位移，当应变片(19)的位移达到一定数值时，启动燃烧装置使立柱(2)燃烧，彻底毁坏破坏层(15)的各立柱(2)，使破坏层(15)和下坠层(14)坠落至摧毁层(16)，坠落产生的冲击力对摧毁层(16)造成破坏，实现楼房拆除。
2.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于步骤1中，下坠层(14)层数、破坏层(15)层数以及摧毁层(16)层数的计算过程如下：
步骤1-1：假设下坠层(14)层数+破坏层(15)层数＝m层，摧毁层(16)层数为n层，破坏层(15)层数为l层,楼层单层高度为h米，楼层承载标准值GckN/m2，楼板自重为GzkN/m2，楼层单层面积Am2，碰撞时间取ts，G为(下坠层(14)+破坏层(15))的重力，M为(下坠层(14)+破坏层(15))的总质量，g为重力加速度，v为下坠层(14)和破坏层(15)下落产生的速度，F0为下坠层(14)和破坏层(15)下落产生的冲击力，F为摧毁层(16)被摧毁所需要的摧毁力；
步骤1-2：根据能量方程：Mglh＝1/2Mv2，
根据冲量定理：Mv＝F0t
F0＝Mv/t，则：
楼层承载标准值大约是GckN/㎡，
摧毁层(16)被摧毁所需要的摧毁力为：F＝3Gc×A×n；
需要满足：
式①
式②m-l≥1
式③m+n为总层数,m、n均为整数；
步骤1-3：考虑经济效益，当m值最小时，摧毁层楼层越大，经济效益最高。假设l的值，自l＝1开始计算，带入需要拆除楼房的总楼层等参数，得出m最小值时的下坠层(14)、破坏层(15)及摧毁层(16)各层的层数。
3.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于步骤3中，灌注孔(1)的钻孔位置为：在立柱(2)的反弯点附近一定区域内，横向等间钻取多行不贯穿立柱的灌注孔(1)，在立柱(2)靠近上下端的四分点处分别钻取多行灌注孔(1)。
4.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于步骤3中，灌注孔(1)的钻孔位置为：在立柱(2)高度的3个四分点处分别钻取一行不贯穿立柱的灌注孔(1)。
5.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于步骤5中，装有冰屑(4)的延时胶囊(3)的制备方法为：
步骤5-1：采用明胶制备胶囊壳的囊体和囊帽；
步骤5-2：制备冰屑；
步骤5-3：将冰屑填充入胶囊壳的囊体，再盖上囊帽，即制得装有冰屑(4)的延时胶囊(3)；
装有冰屑(4)的延时胶囊(3)的粒径与灌注孔(1)孔径之比小于1:10。
6.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于步骤5中，装有冰屑(4)的延时胶囊(3)与膨胀剂粉末的质量比为2:1。
7.根据权利要求1所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于：步骤7中的封口装置为通过封口膨胀螺栓(8)固定在灌注孔(1)孔口并将孔口封死的拉伸片(5)。
8.根据权利要求7所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于：步骤8的燃烧装置包括固定安装在最上排灌注孔(17)上方一定距离的立柱(2)上的支架(12)，支架(12)上安装有装有燃料的油囊(9)，油囊(9)上均匀布设有与总开关(7)连接的阀门(11)，与位移传感器连接的应变片(19)设置于封口装置的拉伸片(5)上，点火器(10)安装在最下排灌注孔(18)下方一定距离的立柱(2)上，点火器(10)通过总开关(7)与油囊(9)相连。
9.根据权利要求8所述的一种利用膨胀剂自膨胀效应的楼房拆除方法，其特征在于：支架(12)为由横向钢筋和竖向钢筋焊接而成，围绕在立柱(2)外表面通过膨胀螺栓(6)固定在立柱(2)上的支架。
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