涔天河水库扩建工程右岸老厂房拆除爆破设计与施工

邓 拉

（湖南省大宇水电建设工程有限公司，湖南 长沙 410007）

1 工程概况

涔天河水库扩建工程位于湘水支流潇水上游涔天河峡谷出口处，永州市江华瑶族自治县东田镇境内，下距东田镇和江华县城分别为3 km 和12 km。该工程是以灌溉、防洪、向湘江下游长株潭河段补水为主，兼顾发电、航运等综合利用的大型水利水电工程。水库正常蓄水位313.0 m，总库容15.1 亿m3。枢纽工程由钢筋混凝土面板堆石坝、1#泄洪洞、2#泄洪洞、放空洞、发电引水洞、电站厂房和灌溉渠首等主要建筑物组成。

右岸老电站位于原混凝土挡水坝下游，右侧及下游均为临空面，其中部分在水下，左侧为待拆除筏道，筏道左侧为山体与公路。

为了配合扩建工程放空洞新建消能工，需对右岸老电站主副厂房、安装场、厂区岔管支管等建筑物进行拆除。老电站厂房为钢筋混凝土框架结构建筑物，主要由钢屋架、型钢、钢筋混凝土梁柱组成。拆除高度22 m，上下游长度15 m，宽度35 m，采用人工、机械、爆破相结合的方式拆除。

2 拆除爆破方案

拆除工程施工程序为：施工准备—→电气线路拆除—→设备拆除—→金属结构拆除—→厂房上部拆除—→厂房下部拆除—→压力钢管钢筋混凝土拆除—→清理结束。

建筑物爆破都是利用炸药爆炸产生的能量破坏结构的承重构件，使结构在自重作用下失稳，并使其在失稳过程中扭曲变形和落地冲击过程中解体。如果全部钻孔爆破的话，则工作量相当大，可根据柱长、所处位置和有无钻孔平台，每根立柱爆破4～6 处，由底层向上爆破高度逐渐减少，1～2 层立柱的破坏程度是厂房倒塌的关键。

老厂房上层承重构件主要为立柱，爆破形式为原地坍塌，所以必须对承重构件进行破坏。首先对发电机层墙体进行拆除，使老厂房上部结构全部采用柱体承重，然后对发电机层承重柱进行爆破，使上部结构自然倒塌解体。

老厂房上游为大坝，筏道左侧为山坡，仅有一个方向具备较为开阔的场地，因此本工程采用一侧“定向倾倒坍塌”的爆破方案。

采用爆破拆除方法可以大大加快施工速度，减少对周边的长期影响，也可增加施工人员的安全保证，减少高空作业工作量。但是，爆破拆除具有一些其他的风险，触地震动、飞石防护都有较大的控制难度：

1）震动控制。主厂房最大高度约22 m，其解体必须控制得恰到好处，过早或过晚都不利于整幢厂房的拆除，过早解体对上部结构的定向倒塌将产生不利影响，过晚解体又会造成上部楼层整体冲击地面，产生很大的触地震动。1#泄洪洞出口位于老厂房右侧前方20 m 左右，拆除时须控制好震动，以免影响泄洪洞出口边坡和底板的稳定性。

2）飞石控制。由于老厂房由梁柱组成，结构坚固，要使其充分解体势必将增大爆破高度，给高空飞石的防护带来很大因难。因此，爆破设计的原则是以降低触地震动、控制飞石，保护周边施工安全为主。

3 爆破参数设计

3.1 破坏高度H

钢筋混凝土框架结构主要承重立柱的失稳，是整体框架倒塌的关键。用爆破方法将立柱基础以上一定高度范围内的混凝土充分破碎，使之脱离钢筋骨架，并使箍筋拉断、主筋向外膨胀成为曲杆，则孤立的钢筋骨架便不能组成整体抗弯截面；当暴露出一定高度的钢筋骨架顶部承受的荷载，超过其抗压强度极限或达到压杆失稳的临界荷载时，则钢筋必将发生塑性变形，从而导致承重立柱的失稳。因此，满足上述条件时的立柱破坏高度，可称为最小破坏高度Hmin。

图1 所示为钢筋混凝土承重立柱最小破坏高度示意图，假定最小破坏高度为爆破后暴露出的钢筋骨架最小高度Hmin，钢筋骨架上部实际作用的纵向压力荷载为P（kg），立柱主筋的直径为d（cm）、截面面积为F（cm2）、截面惯性矩为J、截面惯性半径为i、容许应力为〔σp〕（MPa）、弹性模量为E（MPa），主筋数量为n。首先进行压缩强度校核，若实际作用在各个主筋上的压力荷载P/n大于主筋允许承受的压力荷载〔σp〕F时，则钢筋必然发生压缩破坏，导致立柱随之下塌，否则应进行压杆稳定计算。

图1 立柱破坏高度

根据老建筑物设计图纸初步估算厂房排架Hmin=40 cm。

理论计算和现有的实践经验表明，为确保钢筋混凝土框架结构爆破时顺利坍塌或倾倒，钢筋混凝土承重立柱的爆破破坏高度H宜按下式确定，即：

式中B——立柱截面的边长；

Hmin——承重立柱底部最小爆破破坏高度；

K——经验系数，K=1.5～2.0。

根据本工程厂房排架尺寸和受力状态计算H=150 cm，考虑炮孔排距H按180 cm 进行爆破设计。

立柱形成铰链部位的爆破破坏高度H’可按下式确定，即：

式中B——立柱截面的边长。

计算得H′=150 cm。

3.2 最小抵抗线W

一般在小截面钢筋混凝土承重立柱的控制爆破中，应取最小抵抗线W等于截面中最小尺寸B的一半，即W=0.5B；实践表明，在大截面如80 cm×100 cm，100 cm×100 cm 及100 cm×120 cm 的钢筋混凝土承重立柱的控制爆破中，宜取最小抵抗线W=20～50 cm，而且大小抵抗线应相互间隔采取。

3.3 炮孔间距a

3.4 炮孔深度L

当采用水平炮孔单排布孔时，对于正方形或圆形截面的钢筋混凝土立柱，取炮孔深度L=0.58D为宜，D为正方形立柱边长或圆柱直径。炮孔深度L值的确定，应以保证药包中心恰好在这种立柱的中心为原则，否则，炮孔过浅或超深，均不可能使立柱截面内的混凝土全部破碎，不仅影响倒塌，而且易于招致飞石。

对于矩形截面的钢筋混凝土梁、柱，无论采用垂直或水平炮孔单排布孔时，合理的炮孔深度L宜按下式确定，即

式中H——梁、柱矩形截面的高度或长边尺寸（cm）；W——最小抵抗线（cm）。

当采用水平炮孔多排布孔时，对于正方形或矩形大截面钢筋混凝土承重立柱，一般两侧边孔的炮孔深度亦可按上式确定，即边孔的孔深L等于侧边边长减去边孔的最小抵抗线W，而中间炮孔的孔深L则取侧边边长的0.58～0.60 倍。

本工程厂房排架柱布置2 排孔，取L=100 cm。

3.5 单孔装药量Q 值的计算

单孔装药量：

式中V——单孔负担体积；

Q——炸药单耗；

q——混凝土梁柱爆破值（参考爆破手册）。根据厂房排架柱情况选取Q=450 g。

4 爆破拆除施工

4.1 爆前处理

1）上部梁板柱结构均用液压锤及气焊拆除。

2）为有利于大楼的坍塌与解体，减少爆破工作量，缩短工期，可对主厂房的墙体进行适当处理，尽可能地掏空，仅留下梁柱板等结构。

3）在坍塌方向上堆渣2 m 以上（设置表面起伏的缓冲层），以减小楼层倒塌时的触地震动。

4.2 爆破工艺流程

施工测量—→钻孔定位、编号—→钻机就位—→钻孔—→炮孔检查—→爆破器材准备—→装药—→联结爆破网络—→布设安全岗哨—→炮孔堵塞—→爆破覆盖—→起爆信号—→起爆—→爆破后检查—→排除瞎炮—→解除警戒—→渣体装运。

4.3 爆后处理

对爆破后的碎石残物立即机械破碎，并运出爆破区域。

5 结 语

涔天河水库老厂房拆除严格按爆破设计图纸进行测量放样，严格控制每层爆破的倾向、倾角，采用了合适的爆破施工方法，选用优良设备，取得了良好的爆破效果。厂房上部结构的钢筋混凝土承重立柱得到充分破坏且达到了定向倒塌的预期效果。

近年来随着众多改、扩建工程及病险水库除险加固工程的实施，各工程中老建筑物拆除施工的可实施性及重要性逐渐凸显，例如本文中涔天河水库老厂房拆除实施过程，必须在充分了解原右岸厂房内部结构的基础上提出切实可行的安全的爆破方案，经过安全评估，精心设计，精心施工，才能保证拆除工作安全、快速、高质量地完成。