摘 要: 论述了控制爆破拆除钢筋砼烟囱的方案设计与力学计算、爆破参数确定、施工方法、安全防护措施、震动监测和爆破效果。
关键词: 控制爆破拆除; 钢筋砼烟囱; 定向倒塌
1 工程概况
宜威电厂因改建工程,需拆除1座高80 m的钢筋砼烟囱。该烟囱底部外半径为4.8 m,顶部外半径为3.3 m,壁厚为40 cm,4 m标高以下为单筋布设(18 mm)。内衬为单层红砖,隔热层厚8 cm,钢筋砼总方量394 m3,自重1 050 t。烟囱周围环境见图1。
2 爆破方案设计
2•1 烟囱倒塌方式及切口位置确定
根据烟囱周围环境,通过查阅烟囱的原始设计资料和现场实测获得的烟囱结构、各部位尺寸、相邻建筑物的方位和距离等数据,并充分考虑业主提出的爆破拆除质量、安全和工期要求,经反复比较,采用定向倒塌方式。爆破切口位置在距地面60 cm以上,中线为两个出灰口中间,倒塌方向见图1。
图1 烟囱周围环境示意图(单位:m)
2•2 切口形式及尺寸
根据以往多次爆破拆除烟囱的经验以及参考国内外有关80 m钢筋混凝土烟囱爆破拆除资料,此次爆破方案的爆破切口形式为梯形。切口对应的圆心角为220°,烟囱外周长l=30 m,故切口长度为18.3 m,切口高度取2.4 m,夹角α为45°,如图2所示。
图2 爆破切口炮孔布置示意图(单位:m)
2•2•1 切口高度的验算
烟囱自重为p=1 050 t,烟囱重心位置距地面zc=33 m;立筋直径为18 mm,弹性模量e=2.2×105mpa。
(1)失稳高度按底端固定、顶端不能转动的欧拉压杆公式,其失稳高度为h =28nπ3eprc(1)
式中:n为切口范围内钢筋根数,n=100;prc为临界荷载,prc= p/2 ,kg。代入(1)式计算得h=0.53 m。参考国内80 m钢筋混凝土烟囱爆破拆除工程实例,实际炸高h=
2.4 m,能确保烟囱失稳。
(2)切口闭合时,烟囱重心偏移距离如图3所示,切口闭合时烟囱重心的偏移距离
图3 切口闭合时烟囱重心的偏移距离
s1= zctanβ= zctan[arctan(h/s2)] = zch/s2
(2)
式中:s2= r1+ r1sin20°;r1为烟囱底部外半径,
r1=4.8 m。代入数据求得s1=12.4 m,则s1>
r1。
2•2•2 稳定性核算
烟囱预处理后,其剩余壁体的支撑面积约为8.76m2,由于烟囱荷载而引起的压应力σ=1.09mpa,而烟囱混凝土的抗压强度σc=20 mpa,σc σ,故预处理后烟囱不会由于荷载作用使剩余壁体压碎而坍塌。
2•2•3 余留截面的静力学计算
爆破后切口形成瞬间,余留部分圆环截面除承受烟囱自重产生的压应力,还承受大偏心弯曲压、拉的应力,如图4,x为中性轴。已知爆破切口所对圆心角为220°,截面形心坐标
y1= (r•sinα)/α(3)
式中:α=70°,求得y1=3.54 m。
图4 余留截面示意图
余留截面惯性矩
jx=δr32(2α+sin2α-4sin2αα) (4)式中:δ为壁厚,δ=0.4 m,等效半径r=4.6 m。求得jx=3.83 m4。抗弯截面模量wx可根据下式计算:对于x轴上边的受拉区
wx拉=δr22×2α2+αsin2α-4sin2αα-sinα(5)
对于x轴下边的受压区
wx压=δr22×2α2+αsin2α-4sin2αsinα-αcosα(6)求得wx拉=3.61 m3,wx压=1.95 m3。
烟囱自重产生的偏心受压弯矩m = g•y1=3.363×106kg•m。薄壁圆环截面上的应力可根据下式计算:受压区σ压= g/f+ m/wx压(7)受拉区σ拉= g/f- m/wα拉(8)式中f为烟囱余留截面面积,f=4.496 m2。代入求得σ压=21.1 mpa,σ拉=-7.8 mpa(负号表示拉应力)。爆破切口形成瞬间,余留圆环截面的受压区所受的压应力σ压>σc=20 mpa,故受压区被压碎,受压钢筋屈服弯曲,且受压区继续扩大;在受拉区,随着筒身倾倒,混凝土裂缝不断拉宽直至拉力完全由钢筋承受,以后在水平推力和拉力的共同作用下,受拉钢筋屈服弯曲,继而颈缩断裂,最终导致整个截面丧失承载力。
2•2•4 风力影响
根据流体力学原理,作用于烟囱上的风力δp =0.7γ0v2f/(2g) =0.046v2f(9)式中:r0为空气密度,γ0=1.29 kg/m3;g为重力加速度,取9.8 m/s2;vf为风速,按8 m/s计算。求得δp=2.944 kg/m2。施加于烟囱上的风弯矩m风=δp•r•h2(10)式中:r为等效半径,r = (r第+r顶)/2;h为等效高,h取烟囱高的0.7倍。求得m风=3.74×104kg•m,而烟囱自重产生的受压弯矩m=3.72×106kg•m,m风 m,所以风弯矩可以忽略不计。
2•3 爆破参数
炮孔直径d=40 mm;最小抵抗线w=20 cm;炮孔间距a=30 cm;炮孔排距b= a=30 cm;炮孔深度l=26 cm;炮孔总数n=284个;炸药单耗取1200 g/m3,单孔装药量实际取45 g;总装药量为q总=12.78 kg。
2•4 定向窗
为了保证烟囱顺利倒塌,起爆前在爆破切口两端各设1个高0.75 m、宽0.75 m的三角形定向口,将立筋切断;并在倒塌中心部位进行试爆,开一个高
2.4 m、宽3 m的定向窗,将立筋切断,如图2所示。
2•5 起爆网路
采用导爆索与导爆管混合起爆网路,用瞬发导爆管雷管一次起爆所有炮孔。爆破共用雷管284
发,炸药12.78 kg。
2•6 安全防护措施
为了防止飞石,在整个爆破切口部位挂敷一层麻袋和一层草席,并用铁丝扎牢。
3 震动校核
3•1 爆破震动校核
根据萨道夫斯基公式v = k′k(3q/r)α(11)式中:q为装药量,12.78 kg;k、α为与地形地质条件有关的系数与衰减指数,本工程中取k=150,α=1.5;k′为爆破拆除修正系数,取k′=0.4;r为爆心与建筑物距离,140 m;v为爆破引起的质点垂直震动速度,cm/s。经计算,爆破引起的震动速度v=0.13 cm/s,对距爆破点140 m的新厂房不会产生不良影响。
3•2 烟囱塌落震动校核
塌落震动对周围建筑物的影响,按照中科院工程力学所提供的塌落震动速度公式计算:
v′=0.08×(i1/3/r′)1.67(12)式中:i为触地冲量,i= m′(2gh′)1/2;m′为塌落
构件质量,kg;h′为塌落构件重心落差,m;r′为目标点与构件触地中心的距离,m。求得烟囱倒塌触地在新厂房产生的震动速度为
v′=0.28 cm/s,故不会对新厂房产生不良影响。
4 爆破效果分析
此次爆破效果很好,烟囱完全按预定方向倒塌,爆堆集中,块度破碎,在距烟囱140m的新厂房实测得爆破震动速度为0.13 cm/s、塌落震动速度为0.28 cm/s,均未超出爆破安全规程要求。烟囱在切口闭合瞬间,烟囱上部约1/3处出现折断,这是由于烟囱下落时,在切口闭合后烟囱下坐产生反作用力且烟囱使用几十年,强度已显著降低所致。
|
