25 m廢棄水塔爆破拆除技術(shù)應(yīng)用*

程三建,陶 明,羅福友,劉成敏

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330038；2.江西省爆破工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330012)

1 工程簡介

某廢棄水塔為框架式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其高度25.0 m，水箱體為鋼筋混凝土澆筑而成的圓筒結(jié)構(gòu)，高約5.0 m，直徑6.0 m，壁厚0.5 m。鋼筋混凝土框架高20 m，水箱由鋼筋混凝土框架支撐，框架由4根鋼筋混凝土柱、3圈鋼筋混凝土圈梁及3根水管組成，見圖1。鋼筋混凝土框架柱體截面積為正方形，其邊長為40 cm×40 cm，由于甲方無法提供水塔建設(shè)圖紙，因此其鋼筋混凝土柱體的配筋不詳。

水塔四周環(huán)境復(fù)雜，周邊有居民樓和人行道路，具體見圖2。東面：距居民樓7 m和63 m，距圍墻8 m；西面：距民房77 m；北面：距廢舊房屋8 m；南面：距圍墻4 m。

2 拆除爆破方案

2.1 拆除爆破方案選擇

定向倒塌的環(huán)境條件是預(yù)定倒塌的方向要有一片空地，其長度必須大于1.0～1.2倍水塔的高度[1-3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本次爆破采用向西偏北21°倒塌控制爆破拆除方案，該方向?yàn)榭諘缬筒嘶ǖ兀顾鷷r(shí)有可能對(duì)北面廢舊房屋有所影響。經(jīng)與業(yè)主協(xié)商，此廢舊房屋也是待拆，受到破壞無礙。故本次爆破水塔倒塌方向選擇符合安全要求。

2.2 預(yù)處理

實(shí)施爆破之前需進(jìn)行預(yù)處理，把水塔與地面連接的水管切除，切除高度不小于爆高；若爆高大于圈梁高度時(shí)，最下面一層圈梁進(jìn)行預(yù)拆除。

圖1 待拆除水塔實(shí)圖

圖2 爆破周邊環(huán)境

3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及效果

3.1 爆高的確定

爆高按式(1)計(jì)算。

HP=K(B+Hmin)

(1)

式中，HP為立柱的破壞高度；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取1.5～2.0；B為立柱截面的最大邊長，取0.4 m；Hmin為12.5d(d為立柱主筋的直徑)。

按式(1)得出的爆高可以保證水塔倒塌，由于本水塔倒塌時(shí)必須控制向西北面倒塌，因此前排立柱爆高要高，后排相應(yīng)降低。同時(shí)，炸高同時(shí)還應(yīng)滿足傾倒時(shí)炸高缺口閉合后，框架整體重心應(yīng)到達(dá)或移出框架底平面范圍以外，才能使之完全傾倒[4-6]。否則在框架強(qiáng)度較高情況下，可能會(huì)造成“傾而不倒”情況，留下安全隱患。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取1#柱為3.6 m，2#～3#柱為2.4 m，4#柱為0.6 m，如圖3所示。

圖3 爆高選取

3.2 爆破參數(shù)的確定

(1) 炮孔直徑d的確定。根據(jù)本工程具體情況，選取d=40.0 mm。

(2) 最小抵抗線w。采用w=B/2計(jì)算，本項(xiàng)目主體厚度或邊長B為40.0 cm，則w=20.0 cm。

(3) 孔距a。在四面臨空的鋼筋混凝土承重立柱和梁的爆破中，一般炮孔臨近系數(shù)m=a/W=1.20～1.25為宜。a=m×W=(1.20～1.25)×20 cm=24～25 cm，設(shè)計(jì)初定為24 cm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋混凝土柱體的配筋情況爆破技術(shù)人員可以調(diào)整參數(shù)。

(4) 炮孔深度L。因?yàn)楸痉桨覆捎盟脚诳浊也紗闻趴?，截面為正方形，故炮孔深L=0.58B=0.232 m，取24 cm。

(5) 炸藥單耗q。根據(jù)爆破實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選取本項(xiàng)目的q=1.0 kg/m3。

(6) 每孔裝藥量Q單。采用Q單=qV計(jì)算，則Q單=38.4 g，取40 g。每個(gè)炮孔的裝藥量由現(xiàn)場(chǎng)爆破技術(shù)人員按照該公式計(jì)算并校核，計(jì)算時(shí)要防止出現(xiàn)炸藥量超標(biāo)或不足而引起安全事故。

(7) 總裝藥量Q。采用Q=n×Q單計(jì)算，式中n為爆破的炮孔總數(shù)。爆破前要根據(jù)此公式計(jì)算本工程爆破需要炸藥量，通知炸藥庫準(zhǔn)備好炸藥，以保證爆破施工按期進(jìn)行。

3.3 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

3.3.1 起爆網(wǎng)路組成

考慮到拆除水塔周圍電纜、電線等，起爆網(wǎng)路由導(dǎo)爆管雷管和四通組成，以確保起爆網(wǎng)路的安全和可靠。

3.3.2 起爆順序

為避免水塔爆破過程飛石和倒塌過程飛濺起的飛石影響到周圍房屋、玻璃等的安全，按照水塔向西偏北21°定向傾倒的爆破方案，1#立柱爆后所產(chǎn)生的傾覆力矩作用時(shí)間較長，相應(yīng)要加大排間起爆時(shí)差。設(shè)計(jì)采用時(shí)差為：1，2排間約為100 ms；2，3排間為540 ms。各個(gè)柱體的起爆時(shí)間及雷管段別見表1。

表1 起爆順序與時(shí)間

水塔的倒塌方向?yàn)槲髌?1°，實(shí)際施工時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，對(duì)水塔倒塌范圍內(nèi)進(jìn)行防護(hù)，即清理水塔倒塌范圍內(nèi)的磚塊、碎石等，并在倒塌范圍內(nèi)敷設(shè)一層細(xì)沙或黏土，以減少水塔倒塌過程中引起的振動(dòng)，同時(shí)防止飛濺物產(chǎn)生，避免事故發(fā)生。

3.3.3 起爆網(wǎng)路連接

采用導(dǎo)爆管毫秒雷管制作起爆體，爆破區(qū)域內(nèi)孔外統(tǒng)一用雙發(fā)Ms-1段毫秒導(dǎo)爆管雷管或四通連接，將網(wǎng)路連接至起爆站，采用起爆器引發(fā)激發(fā)槍進(jìn)行起爆。

起爆站必須設(shè)在安全、視野開闊、便于觀察周圍情況和警戒情況的地方。采用起爆器引發(fā)激發(fā)槍引爆網(wǎng)路，導(dǎo)爆管連接必須可靠穩(wěn)定，接法正確，保障網(wǎng)路準(zhǔn)爆，起爆網(wǎng)路連接見圖4。

圖4 起爆網(wǎng)路連接

3.4 塌落振動(dòng)驗(yàn)算

對(duì)于塌落觸地振動(dòng)速度，采用周家漢教授提出的建筑物爆破拆除時(shí)的塌落振動(dòng)速度計(jì)算公式計(jì)算：

(2)

式中，v1為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，t，本項(xiàng)目M=170 t；g為重力加速度，9.8m/s；H為構(gòu)件的重心高度，m，本項(xiàng)目H=32.0 m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，一般取10 MPa；R為離沖擊觸地點(diǎn)與保護(hù)物的距離，m，本次水塔重心塌落點(diǎn)距保護(hù)物(東面房屋)距離為35 m；k1，β為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù)，k1=3.37～4.09，取k1=3.5；β=-1.80～-1.66，取β=-1.8。

對(duì)于水塔周圍不同距離，將k1，β代入式(2)，計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知，水塔倒塌時(shí)，東面房屋是安全的。

表2 觸地振動(dòng)速度安全校核計(jì)算結(jié)果

3.5 爆破效果

本次爆破取得圓滿成功，水塔順利倒塌，且對(duì)周圍建筑無損害，倒塌距離16 m，效果佳，爆破效果如圖5所示。

圖5 爆后效果

4 結(jié) 論

水塔爆破拆除的兩個(gè)關(guān)鍵因素為爆破切口高度和前后排立柱起爆時(shí)間差，此次爆破切口角度23°，第一排和第二排立柱延時(shí)約110 ms，二排與三排延時(shí)約540 ms。綜合考慮以上爆破設(shè)計(jì)參數(shù)和爆破效果，水塔爆破切口需滿足一定角度，角度不夠水塔將無法倒塌或倒塌方向偏離；對(duì)于有三排立柱或以上的水塔，第一排和第二排立柱之間延期時(shí)間不宜過長，后排立柱和鉸鏈立柱時(shí)間不宜過短，一般大于500 ms，否則易造成倒塌方向偏移，前坐或后坐等不良現(xiàn)象。