联体筒仓爆破拆除的几个问题

温健强,谭卫华,李战军

(广东宏大爆破股份有限公司, 广东广州 510623)

联体筒仓爆破拆除的几个问题

温健强,谭卫华,李战军

(广东宏大爆破股份有限公司, 广东广州 510623)

根据工程实践,对大型联体筒仓爆破拆除的关键技术进行了研究,认为筒仓材质影响筒仓倾倒的受力状态,拆除筒形联体构筑物的核心是爆破切口形成后产生的倾覆力矩,指出进行倾覆力矩验算和预处理是确保联体筒仓顺利倾倒的重要措施。

联体筒仓;爆破拆除;定向倾倒

在建(构)筑物爆破拆除工程中,有一种稳定性很高的筒形结构构筑物,它们的高宽比接近1,有时甚至形成单排或者多排整体结构,进一步增加了爆破拆除难度,很容易出现“炸而不倒”的情况。

自2004年8月以来,广东宏大先后爆破拆除了100余座水泥厂筒仓,这些筒仓高低不一,形式各异,通过这些筒仓的爆破拆除,积累了一些经验,现总结介绍给大家,以期对类似问题的解决有所裨益。

1 典型工程及其处理方案

1.1 吴家涌3联体筒仓

(1)工程情况。吴家涌水泥一厂3联体砖混结构筒仓呈一字型排列,筒仓高19m,筒仓上部结构高4.5m,总高程23.5m;筒仓外径6.6m,壁厚30 cm。筒仓底部距地面2m处有一个厚45cm的钢筋混凝土结构承台,该承台由4根截面为50cm×50 cm的钢筋混凝土立柱支撑,与筒仓形成一个整体。

(2)处理办法及效果。采取在每一筒仓底部开设梯形切口,爆破后,依靠重力作用使筒仓群定向倾倒。经校核,取筒仓爆破切口所对应圆心角β=220°,在筒仓底部形成的爆破切口高度h=3m(见图1,箭头为倒塌方向)。

图1 单排3联体筒仓

爆破后,除圈梁外筒仓全被摔碎,效果良好。

1.2 潢涌水泥厂8联体筒仓

(1)工程情况。东莞潢涌水泥厂有8联体双排筒仓一组,筒仓体高7m,筒仓底支撑高7m,支撑立柱截面50cm×60cm。筒仓顶有一层楼房连通,筒仓壁厚20cm,筒仓下出口离地面5m,筒仓内径5 m。这8个筒仓呈双排一字形布置(见图2)。

(2)处理办法及效果。这类筒仓群由于筒仓的底部支撑足够高,根据有关验算和施工经验,爆破拆除筒仓底部支撑后,完全能够将筒仓放倒,因此,采取仅爆破支撑柱子的办法即可达到预期目的。

图2 双排8联体筒仓外观

1.3 中堂连体双排10联体筒仓

(1)基本情况。中堂镇群力水泥厂有10个联体双排筒仓一组。筒仓底部支撑立柱高4m,立柱截面为50cm×60cm和立柱截面40cm×50cm,底部支撑排列方式见图3。筒仓体高约10m,筒仓上面有附属建筑高约5m。

图3 联体双排10筒仓底部支撑排列

(2)处理方案及结果。此型联体筒仓,由于底部支撑较短,经验算,采用10联体筒仓整体爆破,定向倾倒的难度较大。为了确保安全,采用爆破和人工相结合的方法,将10联体筒仓自上而下,从JK柱子之间开一条切缝,把10联体双排筒仓变为单排筒仓后进行定向爆破拆除。爆破后,两排筒仓相继按照预定方向成功倾倒。

2 关键技术与建议

2.1 材质不同筒仓的倾倒受力状态不同

砖混结构筒仓,当爆破切口形成后,筒体余留截面的受力状态表现为由中性轴区分的受拉区和受压区。当受拉截面端点所受的拉应力达到砖砌体或水泥砂浆的抗拉强度时,受拉区开始产生水平张拉裂缝并逐步向倾倒方向延伸[1]。

水泥材质的筒仓,爆破切口形成后,须保证重心在支点外侧,同时确保重力产生的倾覆力矩大于受拉钢筋的抗拉强度,才能使筒仓完全倒塌。

2.2 联体筒仓爆破拆除技术要点

拆除筒形构筑物是以失稳原理为基础,在承重结构的关键部位布置药包,使之失去承载能力,造成结构的整体失稳和定向倒塌[2]。

对于上下均质的混凝土筒体,经常采用在筒体的下部筒壁预先挖洞留柱,最后爆破柱子的方法进行拆除。

对于筒体底部有钢筋混凝土框架,上部布置筒体的单排连体筒仓,在框架的高度满足倒塌要求的情况下,采用爆破框架的办法,将筒体定向倾倒;当框架高度满足不了倾倒要求时,需要在筒体底部挖洞留柱,最后爆柱和底部框架;也可以采用仅在筒体的底部爆破出满足需要的切口,使上部筒体定向倾倒的方式拆除。

当许多个筒仓紧密连接在一起,形成多排整体结构时,为了确保爆破效果,采用将这些联排筒体分离,形成单排或者单个筒体,然后再对这些单排或者单个筒体进行爆破拆除。

2.3 爆破切口高度的确定

为了使筒仓在起爆之后能够顺利倾倒,必须在爆区一侧产生一定高度的爆破切口。对于上下均质的薄壁筒型钢混结构,爆破切口高度的设计首先必须保证切口高度范围内的混凝土在炸药爆炸作用下被炸离钢筋骨架后,纵筋在筒仓自重的作用下能够失稳;当筒仓倾倒至切口闭合时,筒仓的重心偏移距离应大于筒仓的外半径;同时筒仓在其自重作用下形成的倾覆力矩应大于余留支撑截面的抗弯力矩[3]。

如,一组两联体钢混筒仓,筒仓混凝土标号为C30,筒仓外径12.44m,壁厚0.22m,筒仓高24m,上部结构高3.4m,筒仓底部还有一总高度5.3m的钢筋混凝土承台,总高程27.4m。基于上述原则,对爆破切口高度进行理论分析和计算,同时考虑本次定向爆破高宽比为1.78,取爆破切口角度为230°,筒仓底部爆破切口高度取5.6m。本文实例1的砖混结构筒仓,筒仓爆破切口所对应圆心角β=220°筒仓底部爆破切口高度h=3m[4,5]。

2.4 爆破切口的长度

理论上爆破切口的长度应该能满足支撑强度和利于倾倒需要,有时也凭经验选取,通常爆破切口所对应的圆心角度数在220°左右,根据材质变化有所不同。

3 倾覆力矩验算与预处理

对于大型联体钢混结构筒仓,施工前,应对主体结构进行力学分析,进行倾覆力矩计算,根据倾覆力矩的计算结果,确定爆破切口的形状、尺寸、起爆顺序,以保证筒仓群顺利倒塌。

对于稳定性较好的多排筒仓,爆破前的预处理非常关键,这些处理包括筒仓分离,多排变单排,筒仓底部的锥型部分的去除,筒仓倒塌受阻部位的钢筋切割等。

[1]王 斌,赵伏军,林大能,等.筒形薄壁建筑物爆破切口形状的有限元分析[J].采矿技术,2005,5(3):95～132.

[2]许 沛,杨 军,安二峰.爆破拆除筒仓构筑物的倒塌过程动态仿真[J].工程爆破,2005,11(4):8～14.

[3]尹江健,傅光明,赵 云.四连体除尘器爆破拆除[J].采矿技术,2009,9(5):108～110.

[4]高文学,刘运通,陈福盛.两联体钢筋混凝土结构筒仓定向爆破拆除[J].爆破,2003,20(1):53～55.

[5]杨年华,张志毅,张嘉林.大型连体筒仓拆除爆破技术[J].爆破,2003,9(3):25～28.

2009-11-09)

温健强(1950-),男,广东广州人,工程师,主要从事爆破施工和技术管理工作,Email:zhanjunmail@163.com。