摘 要:介绍了在支撑立柱筒内,采取水压爆破拆除钢筋混凝土结构水塔的方法。通过合理的预处理、精确的设计薄壁筒的炸高、准确的装药计算和药包布置,并采用毫秒差起爆网路和有效的防护措施,减小了爆破震动的危害,保证了水塔的控制爆破圆满成功。
关键词:水压爆破;拆除水塔;定向倒塌
1 前 言
水压爆破是利用水作为中间介质,传递爆炸应力,达到摧毁容器式建筑物的目的。它具有施工工艺简单、飞石易控制、噪音小、粉尘少,空气冲击波和爆破震动弱等特点,因此在城市控制爆破中得到了广泛的应用。但是关于水压毫秒微差定向拆爆建筑物的报道还很少,本文介绍了钢筋混凝土结构水塔的水压定向爆破参数、防护措施和效果。
2 工程概况
四川省眉山市某居民区因城市改造需爆破拆除一座水塔,该水塔建于1980年,系圆形混凝土结构,其中水箱为200号钢筋砼结构,水箱支撑部分采用的是6根400号钢筋砼管柱,管柱内径0•28m,外径0•4m,管柱对称地布置在直径为4m的圆上,平面布置如图1所示。水塔总高约22m,支撑管柱高16•5m,在高4m和10•3m处分别设有圈梁,在4m处还设有钢筋砼圆板,圆板上有砖结构墙体。水塔总体积约81m3。爆区环境较为复杂,水塔东边12m处有两栋五
层高居民楼,北面15m和西面10m处都有待拆的两层高的楼房,南面15m处也有待拆的平房和变压器。水塔周围环境详见图2所示。
3 爆破方案
根据周边环境及支撑管柱正好沿正东轴向对称布置,拟采用向东定向倒塌爆破方案。要定向爆破该水塔,必须对承重管柱实施爆破,由于该管柱壁厚仅为6cm,如果按普通钻孔法爆破难度较大,因此对管柱实施水压爆破拆除。为了防止水塔在坍塌过程中发生偏转,先对水塔的爬梯及首层墙体进行人工拆除;同时为了防止水箱在冲击地面时向两边滚动破坏建筑物,在爆破前还要在水箱触地处的两边堆置长4m、高3层的沙袋。
3•1 爆破设计及参数确定
3•1•1 炸高的确定
为确保水塔向东倒塌,东侧的2根承重管柱的失稳是水塔倒塌的关键。因此设计立柱最小爆破高度hmin〔1〕:式中:d为钢筋直径,m;u为长度系数;e为弹性模量;pcr为钢筋受压的临界荷载。按上式可计算出hmin= 0•32m。管柱的实际炸高h按下式计算〔2〕:h = k(b+hmin)式中:k为经验系数,一般取1•5~2•0;b为管柱的外径m。经计算炸高h=1•13~1•45m,根据以往类似爆破经验,炸高h取1•5m。为了使水塔能顺利倒塌,西面2根管柱必须形成转动支座,其炸高按经验公式h =1•5b计算〔2〕,即为0•6m。
3•1•2 单药包药量计算
由于炸药是在水中爆破,故本工程采用乳化炸药。为了确保炸药爆炸威力,仍需采取防水措施。
(1)按冲量准则计算单药包药量〔2〕q = km(kpδ)1•6r1•4式中:q为tnt单药包药量,kg;km为材料系数;kp为壁厚圆管修正系数;δ为圆管壁厚,m;r为圆管内半径,m。经计算q= 0•034kg,折合成乳化炸药q= 41g。
(2)按材质结构计算单药包药量〔1〕
q =3•7×10-4ρδh(h/r-1)式中:q为单药包药量,kg;ρ为炸药密度,kg/m3;r为药包中心至圆管内壁的距离,m;δ为圆形圆管壁厚,m;h为单药包破碎高度,一般为结构的外径,m。经计算q= 0•035kg。综合比较上述两种方法的计算值及类似的爆破经验,单药包炸药量q取40g。
3•1•3 药包布置及起爆网路
根据药包之间间距不能超过单药包炸高的原则〔3〕,药包间距取35cm,布置在圆管中心线上。1、2、3、4号圆管内均布置5个药包,各药包在一条直线上;5、6号圆管内只布置1个药包,如图3所示。药包间用导爆索连接(导爆索必须采取防水措施),并将导爆索引出圆管外,再用非电毫秒雷管连接出水塔。为了使水塔按设计方向倒塌,各立柱间采用毫秒微差爆破,采用的雷管段别如图1所示。药包由导爆索引爆,整个网路由电雷管起爆。所有起爆网路采用簇联方式,双发起爆。各管柱内注水高度。
4 安全防护措施
4•1 爆破飞石控制
由于周边建筑物离水塔很近,必须有效控制爆破飞石,为此采取以下措施:
(1)做到药包加工时药量准确,确保安放的药包在管柱中心轴线上定位准确。
(2)被爆体采用3层草袋、2层荆笆和1层铁丝网进行防护,确保爆破飞石控制在安全范围内。
(3)为了防止水塔倒塌落地时产生飞石,预先清理水塔倒塌范围内的浮石,确保附近建筑物的安全。
4•2 爆破震动验算
爆破震动由两部分组成:一是爆破时炸药能量转化为地震波引起的地面震动;二是建筑物坍塌落地时冲击地面引起的触地震动。由于本次爆破总药量为1kg(包括导爆索),计算得出的周边建筑物振动速度很小,故不进行验算。但水塔的质量大,重心也高,爆破后坍塌冲击地面的震动不容忽视。其振动速度按下公式验算〔1〕:v = k(2mgh/δr3)α式中: m为下落构件质量,150t;h为构件所在位置的高度,20m;δ为材料的破坏应力,3•05mpa;r为着落点与测点的距离,10m;g为重力加速度,m/s2;k为系数,k =1•0~1•86;α为指数,α=1•24~1•40。经计算v =1•3cm/s,故水塔坍塌时引起的地面震动不会对建筑物造成不良影响。
5 爆破效果和体会
起爆后,水塔缓慢按设计方向向东倾倒,然后加速坍塌并解体,水箱冲击地面后也破碎解体。爆破部位的砼完全脱离钢筋,块度适中便于清运。周边的建筑物无任何损坏,爆破产生的灰尘很少,只是水塔触地时产生少量的灰尘,爆破取得了满意的效果。通过本次爆破有如下几点体会:
(1)高耸结构的建筑物爆破拆除,其倒塌方向最好沿对称线方向,这样可以较准确地控制倒塌方向,减少偏差。
(2)高耸建筑物由于重心高、质量大,爆破后的倒塌冲击地面引起地震动不容忽视,爆破前必须进行安全验算和采取相应的减震措施。
(3)薄壁圆筒内的炸药包准确定位比较重要,这直接影响爆破效果。放置药包时要做到各药包在一条直线上。
(4)水压爆破药量计算公式很多,计算结果也相差太大〔4〕。通过本工程的实践认为,按冲量定理和材质性质推导出的公式计算出的药量较符合实际,但此计算结果只能作为参考。确定药量时,还要与类似的成功爆破实例进行比较,慎重选择。
(5)以往类似的爆破工程,薄壁圆管内炸药都是制成均匀条形药包,药包加工比较麻烦。本次爆破工程将炸药分散成几个小药包,再用导爆索连接,爆破效果与条形炸药一样,但减少了药包加工工作量。
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