35 m 高钢筋混凝土水塔爆破拆除

罗 伟，薛 彦，李健康，孟宪从

(1.深圳市地健工程爆破有限公司，广东 深圳518040;2.深圳市洪坤爆破工程有限公司，广东 深圳518040;3.深圳市工程爆破协会，广东 深圳518040)

1 工程概况

深圳市光明区光明街道大通工业城有1 座废弃水塔,因厂区改造需要,决定将其爆破拆除。 该水塔高35 m,筒身外直径2.3 m,壁厚20 cm。 水塔材质为钢筋混凝土,单层布筋,纵向钢筋直径25 mm,环向钢筋直径8 mm,筒体底部有1 个检修门,尺寸为1.8 m×0.8 m,顶部有1 个倒锥形的大圆盘水箱。 待拆水塔如图1 所示。

图1 待拆水塔

待拆水塔东侧距养猪场约15 m,西南侧距2 层的居民楼约19 m,西北侧距石子堆放区约40 m,东北侧距工厂宿舍楼约80 m。 水塔周边环境如图2所示。

图2 水塔周边环境

2 爆破方案设计

2.1 倒塌方向

根据水塔的高度、结构、周边环境等特点,决定采用定向倒塌控制爆破拆除技术。 鉴于西北侧场地较为开阔,且土质相对松软,倾倒方向选择在北偏西10°的方向。

2.2 预处理

为了确保水塔按设计方向倾倒,预先拆除水塔内的钢筋楼梯、铁质水管和避雷针,对保留部位的钢筋进行了切缝处理,并在爆破切口部位沿倾倒中心线左右两端对称开凿2 个定向窗。 定向窗高0.40 m,宽0.41 m。 实施爆破前,还对水塔倒塌范围的场地进行了清理和松土,确保土质松软和地面无石块。

2.3 爆破切口设计

2.3.1 切口形状

水塔爆破拆除的切口一般有正梯形切口、倒梯形切口和长方形切口[1]。 正梯形切口控制倒塌方向较好,倒梯形切口水塔后坐效应较小,长方形切口倒塌方向不易控制。 为确保倒塌方向精准,爆破切口采用了正梯形切口,如图3 所示。

图3 爆破切口

2.3.2 切口长度

水塔爆破切口的长度通常是以水塔自重力引起的截面弯矩应等于或稍大于预留支撑截面极限抗弯力矩为主要依据来确定[2]。 切口的长度一般取断面圆周长的1/2 ～2/3,综合考虑水塔筒身直径、布筋,水塔倾倒方向,切口处剩余部分对水塔的支撑作用和检修门的位置,设计切口上边长度l1为2.8 m,切口底边长度l2为4.42 m,对应的切口圆心角约220°。

2.3.3 切口高度

爆破切口形成后,切口内裸露的竖向钢筋必须失稳,同时应满足:①切口闭合时,水塔重心位置偏移到切口标高处筒壁范围以外;②相对于新支点的重力,倾覆力矩大于余留支撑截面的极限抗弯力矩。 根据以往水塔爆破工程的经验,切口高度h≥5δ,δ 为水塔的壁厚,为0.2 m,则h≥1.0 m,取h=1.2 m。

2.4 爆破参数

1)孔距a=0.2 m,排距b=0.2 m,孔深L=0.13 m;

2)炸药单耗q=3.5 kg/m3,单孔药量Q=30 g,总装药量∑Q=3.06 kg。

3 起爆网路

在爆破切口范围内,共布置7 排炮孔,炮孔总数为102 个。 每个孔内装1 发MS-3 段非电导爆管雷管,然后每10 ～15 发雷管构成一簇,用2 发MS-1 段非电导爆管雷管进行绑扎,其绑扎部位用胶布缠绕5 层以上,并用30 cm 长的胶质风管套住并绑紧。 起爆网路采用复式网路,如图4 所示,激发针起爆。

图4 起爆网路

4 爆破安全与防护

城市拆除爆破的有害效应主要为:爆破飞石、爆破振动、爆破粉尘、空气冲击波和噪声等。 根据类似爆破工程经验,此次拆除爆破的有害效应主要为爆破飞石和爆破振动,其他有害效应不会对周边保护物产生影响。

4.1 爆破飞石

参考文献[3-4],依据炸药单耗计算个别飞石距离的经验公式为:式中:R 为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距离,m;q 为炸药单耗,kg/m3,此方案中,q 取3.5 kg/m3。则R=144.76 m。

为了将爆破飞石控制在安全范围内,采用棉被+彩钢板+密目网3 层防护材料,对爆破切口部位进行覆盖防护,并用铁丝固定。

4.2 爆破振动

爆破振动参数受装药量、爆源距离、土岩性质及周边场地等因素的影响[5],计算公式差异较大,通常使用的经验公式为:

式中:V 为质点爆破允许振动速度,cm/s;Q 为单段最大药量,kg;R 为保护物与爆破中心的距离,m;K 为与地震波传播地段岩土特性等有关的系数,取200;α 为地震波衰减指数,取1.8;K′为修正系数,取0.4。

将相关数据代入式(2),计算得:距离水塔15 m 的养猪场民房爆破振动速度V=1.19 cm/s,距离水塔80 m 的宿舍楼爆破振动速度V=0.06 cm/s,小于GB 6722—2014《爆破安全规程》[6]中规定的一般民用建筑物的允许振动速度值2 cm/s,符合安全要求。

4.3 触地塌落振动

水塔倒塌触地时,一般对地面的冲击较大,塌落振动质点速度按照式(3)[7]进行计算:

式中:v1为塌落引起的振动速度,cm/s;M 为下落建筑物的质量,取150 t;H 为建筑物的重心高度,取20 m;g 为重力加速度,9.8 m/s2;σ 为地面介质的破坏强度,MPa,一般取10 MPa;R 为观测点到冲击地面中心的距离,m,分别取30 m,50 m;kt、β 分别为塌落振动速度衰减系数和指数,取kt=3.37,β=-1.66。

通过计算距离落点30 m 处的塌落振动速度v1=0.98 cm/s;距离落点50 m 处的塌落振动速度v1=0.42 cm/s,都小于允许的振动速度值2 cm/s,符合安全要求。

5 爆破效果

起爆后大约2 s,水塔开始出现微倾,约8 s 触地,整个过程持续9 s。 经现场确认,水塔完全按照预定方向倾倒,水箱和筒身断裂,筒身未破碎,仅产生裂痕,爆破飞石未超过倒塌中心线两侧10 m 的范围。 在距离水塔15 m 的养猪场民房处测得爆破振动速度为0.36 cm/s,在距离水塔80 m 的宿舍楼处测得爆破振动速度为0.43 m/s,未对周边建(构)筑物造成破坏。

6 结语

1)此水塔筒壁薄、重心高,合理设计倒塌方向和爆破参数是定向倒塌控制爆破拆除的关键;

2)水塔通常含有门洞,爆破时一定要考虑门洞对倒塌方向和支撑区域强度的影响,门洞位于切口范围边缘时,开口角度应适当加大;

3)爆破切口偏长,倾覆力矩偏大,支铰易于破坏,产生爆破后坐和下坐现象,不利于水塔的平稳定向倒塌。