復雜環(huán)境條件下鋼筋砼倒錐殼傘形水塔爆破拆除

毛益松，黃曉戰(zhàn)，單志國，肖明甫，陳章明

（1.國防科技大學， 湖南 長沙 410072；2.湖南長工工程建設有限公司，湖南 長沙 410003；3.湖南瀏陽市公安局， 湖南 長沙 410300）

1 工程概況

待拆除水塔位于長沙市雨花區(qū)韶山路370號湖南省水利廳，周圍環(huán)境復雜，如圖1所示。水塔東側是水利名人雕塑群，花園里有多種名貴樹木，距長沙市韶山北路93.5 m，距湖南省水利廳防汛樓（最高32F）56.5 m；南側距水利廳正門道路35 m，距電力商場46.2 m，距一區(qū)4棟（5F）55.3 m，距電力公司原辦公樓63 m；西側距2F潤澤園及鍋爐房和4F綜合樓最近處20 m；北側距湘農橋社區(qū)一區(qū)第1棟（5F）55 m，距一區(qū)第2棟（6F）95 m，西北側是廳內部柴油儲存罐（存放約10 t柴油）相距35 m，距1萬伏地下高壓線約23 m，該高壓線埋深約1.5 m，有約25 cm厚鋼筋混凝土壓蓋。北側樟樹邊線距水塔29.6 m，擬作為水塔倒塌方向。

圖1 周圍環(huán)境/m

待爆破水塔結構為300 m3/30 m（45°），水塔總高38.55 m，如圖2所示。支筒為鋼筋砼圓筒狀，外徑2.40 m，壁厚0.22 m，高30 m，砼標號6 m以下/上分別為 C30/C25，主筋 Φ22＠100；水箱為鋼筋砼倒錐殼傘形狀，高7.19 m，外徑13.64 m，壁厚0.22 m，砼標號C30。水塔底部西南側有一門洞，高2.0 m、寬0.6 m。6 m以下為水泵房，泵房屋面高5 m。水泵房地面下為直徑12 m，深4 m的300 m3水池。

2 爆破施工方案與參數(shù)

2.1 技術難點

圖2 水塔結構示意

（1）水塔支筒壁厚22 cm，為薄壁結構，炮孔淺，填塞短，容易發(fā)生沖炮，而引起大量飛石，以及爆破聲響大。

（2）水塔的水箱倒塌觸地的動能大，著地后的飛濺物和塌落振動的難于控制。

（3）水塔地面±0.00 m下是水池的類型，較為少見。起爆后水塔經(jīng)過爆破切口形成、爆破切口閉合并下坐、定向倒塌過程中，可能會產生二次下坐，以及會影響水塔定向準確。

2.2 水塔定向倒塌方向

通過水塔周圍環(huán)境、高度、結構尺寸、平面位置的定量分析，結合爆破施工的安全要求等，確定水塔爆破方向選在向北偏西5°定向倒塌。

2.3 水塔爆破切口形狀

（1）切口形狀：爆破切口形狀先按矩形布置，待兩側定位窗開好后形成為正梯形，如圖3所示。

（2）切口長度：水塔爆破切口長度按周長62%計算，支筒外周長7.5 m，則水塔底部切口長度4.65 m。試驗炮后實測達到了62%，和設計完全一致。

圖3 爆破切口和炮孔布置/m

（3）切口高度：水塔爆破切口高度按水塔厚度4～8倍計算，支筒壁厚0.22 m。最后取切口高度Hp=1.4 m。

2.4 爆破切口位置

本工程的門洞在南稍偏西側，不能利用，爆破切口位置只能選擇在+6.0 m處，即水泵房頂處。水塔北側邊沿至樟樹距離29.6 m，水塔最大外徑高度35.46 m，考慮水塔爆破后有一定下座過程，則倒塌范圍長度35.46 m-6 m-1.4 m=28.06 m，預見水塔倒塌范圍不會到達29.6 m樟樹位置。

2.5 確保水塔定向爆破的措施

為確保鋼筋混凝土水塔倒塌方向正確，采用如下傾倒措施：

（1）采用測量儀器進行精確定位，確定爆破部位；

（2）爆破切口選用定向準確的正梯形；

（3）在爆破切口兩側預先開設定位窗，在爆破切口中間用炮機預先開設定向窗；

（4）然后，將定位窗和定向窗裸露鋼筋割掉。

2.6 水塔主要爆破參數(shù)

水塔爆破參數(shù)見表1。

2.7 爆破網(wǎng)路

主體爆破共有炮孔 112個，定向窗兩側各 56個，112個炮孔分5組并簇連接，每個炮孔裝1發(fā)MS9段毫秒導爆管雷管，共分成5把，4把24發(fā)和1把16發(fā)，每組導爆管雷管“一把抓”，每把接兩發(fā)瞬發(fā)導爆管雷管起爆，并簇連接線路后用便攜式高能起爆器起爆。

2.8 定位窗和定向窗預處理設計

（1）用機械方法開設定向窗。爆破切口中間的定向窗不用爆破法開設，直接用炮機開設定向窗，高度和寬度為1.4 m和0.40 m。

（2）用爆破技術開設定位窗。定位窗高度與寬度為1.4 m和0.6 m，實際爆破后定位窗如圖4所示。定向窗主要是利于對稱于傾倒軸線的定向倒塌，同時檢驗爆破器材的恒通。

（3）將定位窗的豎筋全部切斷。切斷定位窗的豎筋鋼筋后，利于水塔倒塌過程中外層豎筋的牽拉影響，加快水塔的傾倒速度，有利于改善水塔定向倒塌。

2.9 爆破震動、爆破飛石以及水塔觸地破壞效應及防護措施

此次水塔爆破拆除中，需重點保護的目標是東北側一區(qū)第4號樓和一區(qū)1棟。按照《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）。

表1 試驗炮和主體爆破參數(shù)表

圖4 定位窗預處理后效果示意

圖5 爆破效果

經(jīng)計算后其爆破振動速度V=1.18 cm/s，小于控制標準的安全振速2.7 cm/s。主要采取分段延期裝藥起爆的防護措施。

按照中科院力學研究所周家漢研究員提出的公式：Rf=70QR0.58計算。

得Rf=132 m。此時是在無防護條件飛石與單位用藥量之間的關系，Rf為無覆蓋條件下拆除爆破飛石的飛散距離，m；QR為拆除爆破單位用藥量，QR=3.0 kg/m3。爆破時爆破切口部位是用1層Φ30 cm稻草束+2層鋼絲網(wǎng)+1層竹夾板+2層建筑密目網(wǎng)包裹。

考慮水塔頭部的水箱倒地時沖擊力很大，對周圍建筑物會產生一定的破壞效應。本次爆破主要在水箱著地范圍堆放高 1 .2 m、大于水箱直徑的砂堆并草袋，周圍用砂袋圍住。

3 爆破效果及體會

水塔起爆后，爆破切口形成，開始稍向北偏向，接著開始下沉，一直下降至地面，再下穿水池繼續(xù)下降，而后向設計倒塌方向傾倒，與設計倒塌方向一致。水塔支筒殘余約12.5 m橫放在平臺上，水箱落地后，蓋頂翻轉前倒，鋼筋拉斷，根部和底座分離，如圖5所示。所保護的西側20 m鍋爐房和較近的住宅等建筑物安然無恙。

主要體會有兩點：一是精確來源實踐。試驗炮時，東側單孔藥量40 g，q=6850 g/m3，西側單孔藥量33 g，q=5650 g/m3，爆破效果都可以，從而確定主體爆破單孔藥量40 g；二是方向決定成敗。水塔倒塌后，橫放在平臺上剩余支筒長大約12.5 m，其余17.5 m是下坐并穿過水池蓋下沉到水池里了。筆者認為，對于水塔底部有水池的鋼筋砼傘形水塔的倒塌方向準確性問題是有風險的。