35 m 高鋼筋混凝土水塔爆破拆除

羅 偉，薛 彥，李健康，孟憲從

(1.深圳市地健工程爆破有限公司，廣東 深圳518040;2.深圳市洪坤爆破工程有限公司，廣東 深圳518040;3.深圳市工程爆破協(xié)會(huì)，廣東 深圳518040)

1 工程概況

深圳市光明區(qū)光明街道大通工業(yè)城有1 座廢棄水塔,因廠區(qū)改造需要,決定將其爆破拆除。 該水塔高35 m,筒身外直徑2.3 m,壁厚20 cm。 水塔材質(zhì)為鋼筋混凝土,單層布筋,縱向鋼筋直徑25 mm,環(huán)向鋼筋直徑8 mm,筒體底部有1 個(gè)檢修門,尺寸為1.8 m×0.8 m,頂部有1 個(gè)倒錐形的大圓盤水箱。 待拆水塔如圖1 所示。

圖1 待拆水塔

待拆水塔東側(cè)距養(yǎng)豬場(chǎng)約15 m,西南側(cè)距2 層的居民樓約19 m,西北側(cè)距石子堆放區(qū)約40 m,東北側(cè)距工廠宿舍樓約80 m。 水塔周邊環(huán)境如圖2所示。

圖2 水塔周邊環(huán)境

2 爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 倒塌方向

根據(jù)水塔的高度、結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等特點(diǎn),決定采用定向倒塌控制爆破拆除技術(shù)。 鑒于西北側(cè)場(chǎng)地較為開闊,且土質(zhì)相對(duì)松軟,傾倒方向選擇在北偏西10°的方向。

2.2 預(yù)處理

為了確保水塔按設(shè)計(jì)方向傾倒,預(yù)先拆除水塔內(nèi)的鋼筋樓梯、鐵質(zhì)水管和避雷針,對(duì)保留部位的鋼筋進(jìn)行了切縫處理,并在爆破切口部位沿傾倒中心線左右兩端對(duì)稱開鑿2 個(gè)定向窗。 定向窗高0.40 m,寬0.41 m。 實(shí)施爆破前,還對(duì)水塔倒塌范圍的場(chǎng)地進(jìn)行了清理和松土,確保土質(zhì)松軟和地面無(wú)石塊。

2.3 爆破切口設(shè)計(jì)

2.3.1 切口形狀

水塔爆破拆除的切口一般有正梯形切口、倒梯形切口和長(zhǎng)方形切口[1]。 正梯形切口控制倒塌方向較好,倒梯形切口水塔后坐效應(yīng)較小,長(zhǎng)方形切口倒塌方向不易控制。 為確保倒塌方向精準(zhǔn),爆破切口采用了正梯形切口,如圖3 所示。

圖3 爆破切口

2.3.2 切口長(zhǎng)度

水塔爆破切口的長(zhǎng)度通常是以水塔自重力引起的截面彎矩應(yīng)等于或稍大于預(yù)留支撐截面極限抗彎力矩為主要依據(jù)來(lái)確定[2]。 切口的長(zhǎng)度一般取斷面圓周長(zhǎng)的1/2 ～2/3,綜合考慮水塔筒身直徑、布筋,水塔傾倒方向,切口處剩余部分對(duì)水塔的支撐作用和檢修門的位置,設(shè)計(jì)切口上邊長(zhǎng)度l1為2.8 m,切口底邊長(zhǎng)度l2為4.42 m,對(duì)應(yīng)的切口圓心角約220°。

2.3.3 切口高度

爆破切口形成后,切口內(nèi)裸露的豎向鋼筋必須失穩(wěn),同時(shí)應(yīng)滿足:①切口閉合時(shí),水塔重心位置偏移到切口標(biāo)高處筒壁范圍以外;②相對(duì)于新支點(diǎn)的重力,傾覆力矩大于余留支撐截面的極限抗彎力矩。 根據(jù)以往水塔爆破工程的經(jīng)驗(yàn),切口高度h≥5δ,δ 為水塔的壁厚,為0.2 m,則h≥1.0 m,取h=1.2 m。

2.4 爆破參數(shù)

1)孔距a=0.2 m,排距b=0.2 m,孔深L=0.13 m;

2)炸藥單耗q=3.5 kg/m3,單孔藥量Q=30 g,總裝藥量∑Q=3.06 kg。

3 起爆網(wǎng)路

在爆破切口范圍內(nèi),共布置7 排炮孔,炮孔總數(shù)為102 個(gè)。 每個(gè)孔內(nèi)裝1 發(fā)MS-3 段非電導(dǎo)爆管雷管,然后每10 ～15 發(fā)雷管構(gòu)成一簇,用2 發(fā)MS-1 段非電導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行綁扎,其綁扎部位用膠布纏繞5 層以上,并用30 cm 長(zhǎng)的膠質(zhì)風(fēng)管套住并綁緊。 起爆網(wǎng)路采用復(fù)式網(wǎng)路,如圖4 所示,激發(fā)針起爆。

圖4 起爆網(wǎng)路

4 爆破安全與防護(hù)

城市拆除爆破的有害效應(yīng)主要為:爆破飛石、爆破振動(dòng)、爆破粉塵、空氣沖擊波和噪聲等。 根據(jù)類似爆破工程經(jīng)驗(yàn),此次拆除爆破的有害效應(yīng)主要為爆破飛石和爆破振動(dòng),其他有害效應(yīng)不會(huì)對(duì)周邊保護(hù)物產(chǎn)生影響。

4.1 爆破飛石

參考文獻(xiàn)[3-4],依據(jù)炸藥單耗計(jì)算個(gè)別飛石距離的經(jīng)驗(yàn)公式為:式中:R 為無(wú)覆蓋條件下拆除爆破飛石的飛散距離,m;q 為炸藥單耗,kg/m3,此方案中,q 取3.5 kg/m3。則R=144.76 m。

為了將爆破飛石控制在安全范圍內(nèi),采用棉被+彩鋼板+密目網(wǎng)3 層防護(hù)材料,對(duì)爆破切口部位進(jìn)行覆蓋防護(hù),并用鐵絲固定。

4.2 爆破振動(dòng)

爆破振動(dòng)參數(shù)受裝藥量、爆源距離、土巖性質(zhì)及周邊場(chǎng)地等因素的影響[5],計(jì)算公式差異較大,通常使用的經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:V 為質(zhì)點(diǎn)爆破允許振動(dòng)速度,cm/s;Q 為單段最大藥量,kg;R 為保護(hù)物與爆破中心的距離,m;K 為與地震波傳播地段巖土特性等有關(guān)的系數(shù),取200;α 為地震波衰減指數(shù),取1.8;K′為修正系數(shù),取0.4。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2),計(jì)算得:距離水塔15 m 的養(yǎng)豬場(chǎng)民房爆破振動(dòng)速度V=1.19 cm/s,距離水塔80 m 的宿舍樓爆破振動(dòng)速度V=0.06 cm/s,小于GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》[6]中規(guī)定的一般民用建筑物的允許振動(dòng)速度值2 cm/s,符合安全要求。

4.3 觸地塌落振動(dòng)

水塔倒塌觸地時(shí),一般對(duì)地面的沖擊較大,塌落振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度按照式(3)[7]進(jìn)行計(jì)算:

式中:v1為塌落引起的振動(dòng)速度,cm/s;M 為下落建筑物的質(zhì)量,取150 t;H 為建筑物的重心高度,取20 m;g 為重力加速度,9.8 m/s2;σ 為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度,MPa,一般取10 MPa;R 為觀測(cè)點(diǎn)到?jīng)_擊地面中心的距離,m,分別取30 m,50 m;kt、β 分別為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)和指數(shù),取kt=3.37,β=-1.66。

通過(guò)計(jì)算距離落點(diǎn)30 m 處的塌落振動(dòng)速度v1=0.98 cm/s;距離落點(diǎn)50 m 處的塌落振動(dòng)速度v1=0.42 cm/s,都小于允許的振動(dòng)速度值2 cm/s,符合安全要求。

5 爆破效果

起爆后大約2 s,水塔開始出現(xiàn)微傾,約8 s 觸地,整個(gè)過(guò)程持續(xù)9 s。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn),水塔完全按照預(yù)定方向傾倒,水箱和筒身斷裂,筒身未破碎,僅產(chǎn)生裂痕,爆破飛石未超過(guò)倒塌中心線兩側(cè)10 m 的范圍。 在距離水塔15 m 的養(yǎng)豬場(chǎng)民房處測(cè)得爆破振動(dòng)速度為0.36 cm/s,在距離水塔80 m 的宿舍樓處測(cè)得爆破振動(dòng)速度為0.43 m/s,未對(duì)周邊建(構(gòu))筑物造成破壞。

6 結(jié)語(yǔ)

1)此水塔筒壁薄、重心高,合理設(shè)計(jì)倒塌方向和爆破參數(shù)是定向倒塌控制爆破拆除的關(guān)鍵;

2)水塔通常含有門洞,爆破時(shí)一定要考慮門洞對(duì)倒塌方向和支撐區(qū)域強(qiáng)度的影響,門洞位于切口范圍邊緣時(shí),開口角度應(yīng)適當(dāng)加大;

3)爆破切口偏長(zhǎng),傾覆力矩偏大,支鉸易于破壞,產(chǎn)生爆破后坐和下坐現(xiàn)象,不利于水塔的平穩(wěn)定向倒塌。