复杂环境条件下钢筋砼倒锥壳伞形水塔爆破拆除

毛益松，黄晓战，单志国，肖明甫，陈章明

（1.国防科技大学， 湖南 长沙 410072；2.湖南长工工程建设有限公司，湖南 长沙 410003；3.湖南浏阳市公安局， 湖南 长沙 410300）

1 工程概况

待拆除水塔位于长沙市雨花区韶山路370号湖南省水利厅，周围环境复杂，如图1所示。水塔东侧是水利名人雕塑群，花园里有多种名贵树木，距长沙市韶山北路93.5 m，距湖南省水利厅防汛楼（最高32F）56.5 m；南侧距水利厅正门道路35 m，距电力商场46.2 m，距一区4栋（5F）55.3 m，距电力公司原办公楼63 m；西侧距2F润泽园及锅炉房和4F综合楼最近处20 m；北侧距湘农桥社区一区第1栋（5F）55 m，距一区第2栋（6F）95 m，西北侧是厅内部柴油储存罐（存放约10 t柴油）相距35 m，距1万伏地下高压线约23 m，该高压线埋深约1.5 m，有约25 cm厚钢筋混凝土压盖。北侧樟树边线距水塔29.6 m，拟作为水塔倒塌方向。

图1 周围环境/m

待爆破水塔结构为300 m3/30 m（45°），水塔总高38.55 m，如图2所示。支筒为钢筋砼圆筒状，外径2.40 m，壁厚0.22 m，高30 m，砼标号6 m以下/上分别为 C30/C25，主筋 Φ22＠100；水箱为钢筋砼倒锥壳伞形状，高7.19 m，外径13.64 m，壁厚0.22 m，砼标号C30。水塔底部西南侧有一门洞，高2.0 m、宽0.6 m。6 m以下为水泵房，泵房屋面高5 m。水泵房地面下为直径12 m，深4 m的300 m3水池。

2 爆破施工方案与参数

2.1 技术难点

图2 水塔结构示意

（1）水塔支筒壁厚22 cm，为薄壁结构，炮孔浅，填塞短，容易发生冲炮，而引起大量飞石，以及爆破声响大。

（2）水塔的水箱倒塌触地的动能大，着地后的飞溅物和塌落振动的难于控制。

（3）水塔地面±0.00 m下是水池的类型，较为少见。起爆后水塔经过爆破切口形成、爆破切口闭合并下坐、定向倒塌过程中，可能会产生二次下坐，以及会影响水塔定向准确。

2.2 水塔定向倒塌方向

通过水塔周围环境、高度、结构尺寸、平面位置的定量分析，结合爆破施工的安全要求等，确定水塔爆破方向选在向北偏西5°定向倒塌。

2.3 水塔爆破切口形状

（1）切口形状：爆破切口形状先按矩形布置，待两侧定位窗开好后形成为正梯形，如图3所示。

（2）切口长度：水塔爆破切口长度按周长62%计算，支筒外周长7.5 m，则水塔底部切口长度4.65 m。试验炮后实测达到了62%，和设计完全一致。

图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倍计算，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

本工程的门洞在南稍偏西侧，不能利用，爆破切口位置只能选择在+6.0 m处，即水泵房顶处。水塔北侧边沿至樟树距离29.6 m，水塔最大外径高度35.46 m，考虑水塔爆破后有一定下座过程，则倒塌范围长度35.46 m-6 m-1.4 m=28.06 m，预见水塔倒塌范围不会到达29.6 m樟树位置。

2.5 确保水塔定向爆破的措施

为确保钢筋混凝土水塔倒塌方向正确，采用如下倾倒措施：

（1）采用测量仪器进行精确定位，确定爆破部位；

（2）爆破切口选用定向准确的正梯形；

（3）在爆破切口两侧预先开设定位窗，在爆破切口中间用炮机预先开设定向窗；

（4）然后，将定位窗和定向窗裸露钢筋割掉。

2.6 水塔主要爆破参数

水塔爆破参数见表1。

2.7 爆破网路

主体爆破共有炮孔 112个，定向窗两侧各 56个，112个炮孔分5组并簇连接，每个炮孔装1发MS9段毫秒导爆管雷管，共分成5把，4把24发和1把16发，每组导爆管雷管“一把抓”，每把接两发瞬发导爆管雷管起爆，并簇连接线路后用便携式高能起爆器起爆。

2.8 定位窗和定向窗预处理设计

（1）用机械方法开设定向窗。爆破切口中间的定向窗不用爆破法开设，直接用炮机开设定向窗，高度和宽度为1.4 m和0.40 m。

（2）用爆破技术开设定位窗。定位窗高度与宽度为1.4 m和0.6 m，实际爆破后定位窗如图4所示。定向窗主要是利于对称于倾倒轴线的定向倒塌，同时检验爆破器材的恒通。

（3）将定位窗的竖筋全部切断。切断定位窗的竖筋钢筋后，利于水塔倒塌过程中外层竖筋的牵拉影响，加快水塔的倾倒速度，有利于改善水塔定向倒塌。

2.9 爆破震动、爆破飞石以及水塔触地破坏效应及防护措施

此次水塔爆破拆除中，需重点保护的目标是东北侧一区第4号楼和一区1栋。按照《爆破安全规程》（GB6722-2014）。

表1 试验炮和主体爆破参数表

图4 定位窗预处理后效果示意

图5 爆破效果

经计算后其爆破振动速度V=1.18 cm/s，小于控制标准的安全振速2.7 cm/s。主要采取分段延期装药起爆的防护措施。

按照中科院力学研究所周家汉研究员提出的公式：Rf=70QR0.58计算。

得Rf=132 m。此时是在无防护条件飞石与单位用药量之间的关系，Rf为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距离，m；QR为拆除爆破单位用药量，QR=3.0 kg/m3。爆破时爆破切口部位是用1层Φ30 cm稻草束+2层钢丝网+1层竹夹板+2层建筑密目网包裹。

考虑水塔头部的水箱倒地时冲击力很大，对周围建筑物会产生一定的破坏效应。本次爆破主要在水箱着地范围堆放高 1 .2 m、大于水箱直径的砂堆并草袋，周围用砂袋围住。

3 爆破效果及体会

水塔起爆后，爆破切口形成，开始稍向北偏向，接着开始下沉，一直下降至地面，再下穿水池继续下降，而后向设计倒塌方向倾倒，与设计倒塌方向一致。水塔支筒残余约12.5 m横放在平台上，水箱落地后，盖顶翻转前倒，钢筋拉断，根部和底座分离，如图5所示。所保护的西侧20 m锅炉房和较近的住宅等建筑物安然无恙。

主要体会有两点：一是精确来源实践。试验炮时，东侧单孔药量40 g，q=6850 g/m3，西侧单孔药量33 g，q=5650 g/m3，爆破效果都可以，从而确定主体爆破单孔药量40 g；二是方向决定成败。水塔倒塌后，横放在平台上剩余支筒长大约12.5 m，其余17.5 m是下坐并穿过水池盖下沉到水池里了。笔者认为，对于水塔底部有水池的钢筋砼伞形水塔的倒塌方向准确性问题是有风险的。