特殊結(jié)構(gòu)樓房的水壓爆破拆除

李翠林， 秦旭光， 李 超

(山西壺化集團(tuán)爆破有限公司， 山西壺關(guān) 047300)

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特殊結(jié)構(gòu)樓房的水壓爆破拆除

李翠林， 秦旭光， 李 超

(山西壺化集團(tuán)爆破有限公司， 山西壺關(guān) 047300)

摘要：利用水壓控制爆破技術(shù)拆除特殊結(jié)構(gòu)樓房。介紹了特殊結(jié)構(gòu)二層樓房(下層漿砌石結(jié)構(gòu)，上層磚砌結(jié)構(gòu))的水壓爆破拆除，通過爆破方案的選擇，預(yù)拆除范圍、爆破參數(shù)以及爆破施工工藝的確定，并采取可靠的爆破安全措施，不僅加快了工程進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，且達(dá)到了理想的爆破拆除效果。

關(guān)鍵詞：漿砌石； 磚砌； 樓房； 水壓爆破； 爆破拆除

1工程概況

1.1工程簡介

該擬拆除樓房位于山西太行山大峽谷八泉峽景區(qū)內(nèi)，隸屬山西省壺關(guān)縣橋上鄉(xiāng)后溝村轄區(qū)內(nèi)，毗鄰蔭(城)林(州)旅游公路，交通便利。該樓房前身為壺關(guān)縣橋上三級水電站機(jī)房，水電站搬遷后閑置。因八泉峽景區(qū)新建攔水大壩準(zhǔn)備蓄水，必須進(jìn)行庫底清理，且清理(拆除)后殘留高度一般不得超過地面0.5m，因此要求在5天內(nèi)將該樓房拆除。由于該攔水大壩已建設(shè)完成，切斷了擬拆除樓房與外界的一切通道，只能通過新建大壩泄洪閘門(寬1.8m，高2.0m)進(jìn)出,施工條件較差。

1.2爆區(qū)環(huán)境

擬拆除樓房依山而建，三面環(huán)山，山體陡峭。北面緊鄰山體；南面為新建攔水大壩，距離160m；東南方向86m為新建造的?？看a頭(鋼鐵結(jié)構(gòu))；西南面為新建大壩蓄水主河流。周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1　樓房爆破環(huán)境示意圖Fig.1　Schematic diagram of the blasting environment of the building

1.3結(jié)構(gòu)特征

擬拆樓房為兩層預(yù)制板樓房，外長12.85m、寬10.3m、高9.5m。上層為磚砌結(jié)構(gòu)，墻厚0.37m，內(nèi)長12.1m、寬9.6m，高4.3m;下層為漿砌石結(jié)構(gòu)，墻厚0.62m, 內(nèi)長11.6m、寬9.0m、高5.2m。上下層內(nèi)空間均無立柱或支撐墻，層與層之間由鋼筋混凝土大梁支撐預(yù)制板，樓層通道為一內(nèi)樓梯，樓梯寬1.3m。下層南面有3面窗戶， 1.65m×1.80m，窗戶底距室內(nèi)地面3.0m；樓房外側(cè)四周均有擋墻或圍巖，高度在5.0m及以上，距離外墻1.5m~1.8m。

擬拆樓房下層為原發(fā)電站生產(chǎn)間，部分發(fā)電設(shè)施還存在。下層平面結(jié)構(gòu)見圖2，剖面結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2　平面結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2　Flat structure diagram

圖3　剖面結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3　Sectional structure diagram

2爆破方案的選擇

根據(jù)擬爆樓房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可供選擇的方案有4種〔1〕：靜態(tài)破碎、鉆孔爆破、人工(機(jī)械)拆除和水壓爆破，其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1　拆除方法對比

通過表1的比較可以看出，采用水壓爆破的方法拆除該樓房是最佳方案。故決定對下層進(jìn)行注水實(shí)施水壓爆破，注水深度3.0m，將藥包置于水中適當(dāng)位置， 利用水的不可壓縮性將炸藥爆炸時產(chǎn)生的動壓力傳遞到建筑物墻壁上，使建筑物墻壁均勻受力而充分破碎〔2-3〕，上層結(jié)構(gòu)在無下部支撐作用下塌落解體，達(dá)到拆除目的。

3爆破方案設(shè)計(jì)

3.1預(yù)拆除及防水堵漏處理

為確保炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的能量能通過水的傳能作用、緩沖作用和“水楔”作用作用于介質(zhì)(墻壁)，使周圍介質(zhì)(墻壁)破壞、倒塌〔2〕，須進(jìn)行預(yù)拆除施工：預(yù)拆除主要為樓梯拆除和水輪機(jī)拆除。人工用風(fēng)鎬將樓梯破碎脫離鋼筋，用氧氣將鋼筋切割拆除；將水輪機(jī)全部用氧氣切割至地平面，并將水輪機(jī)通向水池、地下排水通道管口全部氧氣焊牢。

將地面水池、電纜溝砌筑磚石并以水泥砂漿抹面進(jìn)行封堵，對墻壁一些裂縫孔隙用水玻璃加水泥等快干防水材料進(jìn)行快速封堵，保證下層空間注水后不出現(xiàn)漏水。

3.2爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1裝藥量計(jì)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)，可蓄水深度為3.0m。通過對下層墻壁的抗壓強(qiáng)度計(jì)算，該石砌墻強(qiáng)度等級近似于C23混凝土強(qiáng)度，并參閱相關(guān)資料和類似工程經(jīng)驗(yàn)得：石砌墻壁的抗壓強(qiáng)度為250kg/cm2，其靜抗拉強(qiáng)度為19kg/cm2。

根據(jù)樓房的結(jié)構(gòu)和形狀特點(diǎn)，選用如下公式〔1〕：

Q=(KpKdRLb / 811.4K1Ω c)1.5873δ1.5873R1.4127

(1)

式中：Q為裝藥量，kg；Kp為破壞程度系數(shù)，Kp=42(完全破壞)； Kd為石砌墻動力強(qiáng)度提高系數(shù)，Kd=1.4； RL為石砌墻靜抗拉強(qiáng)度，RL=19kg/cm2；b 為截面寬度，取b =120cm; K1為彎矩系數(shù)，K1=0.07; Ω為頻率系數(shù)，Ω=12.18；c為石砌墻縱波速度，c=3420m/s；δ為樓房下層墻壁厚，δ=62cm;R為樓房寬的一半，R=4.5m。

計(jì)算得Q=61.5kg。該藥量是針對TNT炸藥而言，折算成乳化炸藥為：Q=61.5×1.15=70.73kg。

3.2.2藥包加工和防水

水壓爆破宜選用密度大、耐水性好的炸藥。本工程采用乳化炸藥、非電塑料導(dǎo)爆管(高強(qiáng)度)網(wǎng)路。

加工藥包、使其防水，將乳化炸藥裝入高密度PVC塑料管內(nèi)，塑料管兩端用PVC堵頭螺旋擰緊，雷管角線引出處縫隙用502膠封嚴(yán)。

3.2.3藥包布置和藥包形狀

根據(jù)注水空間大小和結(jié)構(gòu)物不太堅(jiān)固、形狀簡單等特點(diǎn)，決定采用單層分散群藥包的布置方法。

國內(nèi)水壓控制爆破的實(shí)踐表明，在非球狀結(jié)構(gòu)物中進(jìn)行水壓爆破，使用集中藥包爆破時，由于被爆體受壓不均勻，爆破效果差。而使用柱狀藥包爆破時有炸藥爆炸能量利用率高，破壞范圍大，破碎塊度均勻，以及爆破時飛石距離小等優(yōu)點(diǎn)〔1〕，本次爆破決定使用柱狀藥包，藥柱長度0.5m。

3.2.4藥包入水深度h

水壓爆破是靠水中沖擊波破壞墻壁的，沒有浸到水的部位是受不到水中沖擊波的作用的〔2〕。所以，藥包一般放在水面以下相當(dāng)于水深的2/3處。通常藥包的入水深度采用下式計(jì)算：

h=(0.6~0.7)H

(2)

式中：H為注水深度,m；取h=2.0m，即距結(jié)構(gòu)物底板0.5m。

3.2.5藥包間距a

a=(1.0~1.5)RW

或a≤(1.3~1.4)RW

(3)

式中：a為藥包間距，取a=2.0m~2.5m；RW為藥包中心至墻壁的最短距離，m。

3.2.6藥包布置

按照等距原則，先后在4個角和結(jié)構(gòu)物寬向(寬向墻支撐3根大梁)布置藥包，藥包與內(nèi)壁面2.0m，藥包間距2.5m；長向藥包間距2.53m，藥包距內(nèi)壁面2.0m。共布置10個藥包，如圖4所示。

圖4　藥包平面布置示意圖Fig.4　Cartridge layout diagram

藥量分配為：4個角上的每個藥包重10kg，其他6個藥包各重6kg。實(shí)際用藥量76kg。乳化炸藥10kg藥柱直徑150mm，6kg藥柱直徑115mm，藥柱長度0.5m。

4起爆網(wǎng)路

為確保藥包和雷管入水深度大，時間長，必須做好抗拉、抗水、抗沖擊能力防護(hù)。將乳化炸藥裝入直徑150mm和115mm的高強(qiáng)度PVC管內(nèi)，塑料管兩端用PVC堵頭螺旋擰緊，雷管腳線引出處縫隙用502膠封嚴(yán)。雷管使用高強(qiáng)度導(dǎo)爆管雷管。

為確保起爆網(wǎng)路的安全可靠，采用非電高強(qiáng)度導(dǎo)爆管復(fù)式起爆網(wǎng)路。每個藥包安放兩發(fā)MS1雷管，串聯(lián)連接采用MS1導(dǎo)爆管雷管，電雷管擊發(fā)起爆，10個藥包同時起爆。起爆網(wǎng)路如圖5所示。

圖5　起爆網(wǎng)路示意圖Fig.5　Initiation network diagram

5安全校核

5.1爆破振動安全計(jì)算〔2〕

根據(jù)爆區(qū)環(huán)境，受爆破振動影響的是爆體南面的新建攔水大壩，對其爆破振動影響采用薩道夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中：v為質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度，cm/s；Q為一次起爆藥量，76kg；R為保護(hù)目標(biāo)至爆點(diǎn)距離，160m；K為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)，取150；α為地震波衰減系數(shù)，取1.5。

經(jīng)計(jì)算，v=0.65cm/s，小于《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)規(guī)定允許的7cm/s〔4〕，因此樓房水壓爆破時炸藥爆炸產(chǎn)生的振動不會對南面160m的新建攔水大壩造成危害。

5.2爆破飛石

爆破飛石的飛散距離是劃定爆破安全警戒范圍和確定防護(hù)等級的主要依據(jù)。本工程爆破飛石防護(hù)對象以東南方向86m的新建?？看a頭為主。由于保護(hù)對象(?？看a頭)體積大，價值高，采用兩種方法計(jì)算個別飛石飛散距離：

(1)根據(jù)飛石速度計(jì)算：

Lf=v2/2g

(5)

式中：Lf為個別飛石飛散距離，m;v為飛石速度，v=10m/s~30m/s;g為重力加速度，g=9.8m/s2。經(jīng)計(jì)算Lf=5m~46m。

(2)根據(jù)中科院工程力學(xué)統(tǒng)計(jì)資料表明，在無覆蓋條件下，個別飛石飛散距離與單位用藥量之間的關(guān)系計(jì)算：

Lf=70q0.58

(6)

式中：Lf為無覆蓋條件下拆除爆破個別飛石的飛散距離，m;q為拆除爆破單位用藥量，本工程q=0.25kg/m3。經(jīng)計(jì)算Lf=32m。

可見爆破時個別飛石不會對爆體東南方向86m的?？看a頭造成危害。

6爆破效果

對該樓房進(jìn)行的水壓控制爆破拆除，取得了非常理想的爆破效果。起爆后，樓房按設(shè)計(jì)要求塌落，巖塊破碎均勻，達(dá)到了預(yù)期效果(圖6)。起爆時，出現(xiàn)部分飛石，最遠(yuǎn)距離28m。大壩壩頂現(xiàn)場測得的振動速度為0.42cm/s。爆破飛石和爆破振動等危害效應(yīng)未對周圍建筑物及設(shè)施造成破壞。

圖6　水壓爆破效果Fig.6　The effect diagram of water pressure blasting

7結(jié) 語

通過采用水壓爆破拆除方法，實(shí)現(xiàn)了施工簡單，進(jìn)度快，費(fèi)用低及理想的爆破效果，可為類似建(構(gòu))筑物拆除工程提供參考。

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GB 6722-2014 Safety regulations for blasting[S]. Beijing: China Standards Press,2014.

Water pressure blasting demolition of the building with special structure

LI Cui-lin，QIN Xu-guang，LI Chao

(Shanxi Huhua Group Blasting Co., Ltd., Huguan 047300, Shanxi, China)

ABSTRACT：The water pressure control blasting demolition of two-storey building with special structure was introduced. The building had two layers with the lower masonry structure and the upper brick structure. By selecting outstanding blasting scheme, preliminary demolition scope, blasting parameters, blasting construction technology and reliable safety measures, the construction schedule was sped up, cost was saved and the ideal demolition blasting effect was achieved.

KEY WORDS:Slurry masonry; Bricking; Building; Water pressure blasting; Blasting demolition

中圖分類號：TD 235； TU746.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.01.019

作者簡介：李翠林(1974-)，男，高級工程師。 E-mail: licuilin502249195@163.com

收稿日期：2015-05-20

文章編號：1006-7051(2016)01-0086-04