摘 要: 叙述了控制爆破拆除砖混结构水塔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、爆破效果。
关键词: 水塔; 砖混; 定向倒塌; 爆破参数
1 工程概况
甘肃省武山县鸳鸯玉石联合公司由于房改建需拆除一座水塔。该水塔高38 m,底径为4. 68 m,底部内径为3. 02 m,底部壁厚为0. 72 m,底部周长为14. 7 m,容水量约为100 m3。水塔北面30 m处有一高压电线, 80 m为空场地。西面14 m处有一道围墙其外是麦地。南面28m处有2栋预拆4层楼房,东面45 m处有一道电线杆,在62 m处有2排预拆平房,其后是居民辖区,见图1。该水塔系砖混结构,长年使用有一定风化程度,但整体结构完整坚固。
图1 周围环境示意图(单位:m)
2 方案选择与设计
2. 1 方案选择
该水塔环境较复杂,根据现场察看论证,决定采用筒壁钻孔小爆破切口定向爆破拆除水塔,倾倒方向设计为正东倒塌。2. 2 爆破设计
2. 2. 1 切口确定、形式及尺寸
爆破体的切口形式通常有水平型、倾斜型和梯形等,依据实爆经验,水平型切口形式后坐小,作业简单,定向准确性较差,倾斜型切口形式定向准确,布孔打眼作业复杂,梯形切口形式爆破准确,后坐较小,作业也较方便。因此,本工程选择正梯形切口形式。由于水塔底部占地面积较大,且倾倒后方有一进门,在通常情况下切口长选择为1/2~2/3,考虑布孔,实取切口长度为周长的0. 62倍,即l=0.64πd=9. 08 m,切口选择在距地面0. 87 m处,切口高度通常取壁厚的2~2. 2倍,实取2倍,即:h=0. 72×2=1. 44 m,实取1. 5 m,爆破参数见图2。为减少后坐,减少飞石和考虑作业方便,取切口下边缘距地面0. 87 m。
2. 2. 2 定向窗、倒向窗的尺寸
由于本工程采用正梯形切口,为保证准确倒塌倾倒中心线上开设定向窗,定向窗h取1. 5 m,长度取1. 4 m。倒向窗开设在切口两侧边缘,高度为(2~3)δ,取1. 4 m,长度取1. 4 m,爆破参数见图2。
3 爆破参数确定
3. 1 爆破参数
钻孔部位壁厚0. 72 m,取l1(孔深)=0.7δ=0. 5 m;实取0. 45 m;a(孔距)=0.83δ=0. 6 m,实取0. 5 m;b(排距)=0.85a=0. 425m,实取0. 4m;炸药单耗k取1 110 g/m3,单孔药量q=kabδ=160 g,试炮后取150 g/m3,总药量q=36q=5 760 g,第一排为8个孔,第二排为10个孔,第三排为8个孔,第四排为10个孔,爆破参数见图2。
图2 爆破参数示意图(单位:m)
3. 2 起爆网路
选用电阻值相差不大于0. 3ω的8号电雷管连接成并串联网路。沿轴线方向分三段起爆,延期时间间隔为50ms;每段同时起爆12发,用药量为1. 8 kg。
4 安全技术措施
1)预先拆除水塔内外钢筋,用混凝土砌砖堵塞水塔进出门,以保证按倾倒方向顺利倒塌。
2)防护措施
爆破切口处选用双层侵水草袋捆绑防护,外层用竹笆墙作近体防护,最外层用塔布作第三层防护。
5 安全技术校核
5. 1 预留部分支撑能力的校核
水塔质量g=π〔r2-(r?δ)2〕hψ=682 510 kg
5. 1. 1 定向窗、倒向窗形成后预留部分支撑能力的校核
a定=10.9/14.7π〔r2?(r?δ)2〕=6. 65 m2
б定=g /a定=10. 26 kg/cm2<<30 kg/cm2
故:定向窗、倒向窗形成后,预留部分能支撑全部水塔重量。
5. 1. 2 切口形成后预留部分支撑能力的校核
a切=5.3/14.7π〔r2?(r?δ)2〕=3.23 m2
б切=g /a切=21. 13 kg/cm2<<30 kg/cm2
故:切口形成后,预留部分能支撑全部水塔重。
5. 2 爆破地震效应的校核
为防范爆破地震效应危害,对本工程微差爆破的最大一起爆药量允许值进行计算依公式
q =r3v3/a/k3/a
式中,v为爆区附近建筑物基础质点爆破振动速度安全临介值v=3 cm/s,r为建筑物离爆区中心的最小距离r=14 m,k为爆震波传播介质的影响系数,一般取k=150, k0为微差起爆等控制爆减震系数,一般k0=0.4~0.6,考虑到本工程爆破炮眼布于水塔壁体上,爆震波经壁体再折向大地,震减显著,取k=0.4k0;a为爆破地震波传播震减指数;一般取a=1. 5。
代入公式
q =r3v3/a/k3/a= 6. 86 kg
本工程爆破设计的最大单段起爆炸药量仅为1.8 kg,显然本工程爆破地震效应不会影响周围建筑物的安全。
5. 3 触地冲击振动效应校核
坍塌物冲击地面而引起振动大小与爆破坍塌体质量的高度和触地点土层的硬度有关。依公式
v =0.08[3i/a']1.67式中,v为爆破坍塌物冲击地面引起离触地点某处的地表振动速度cm/s,取3 cm/s;a'为离冲击触地点重心距保护最短距离m,取28 m。i为冲击触地冲量。
i=g2gh =13.171×106n•s
g为爆塌物建筑质量kg;h为爆破体重心高度,取19 m。
代入公式
v =0.08[3i/a']1.67=2.28 cm/s
该值远大于安全震动值,且倒塌方向有3~5 m厚的废旧拆除物,又因砖结构在触地前已部分拆断,实际要远远大于计算值。
6 爆破效果
此次爆破效果非常理想,水塔完全按预定方向倒塌;距居民辖区爆破震动速度为0. 4 cm/s,倒塌速度为0. 95 cm/s,未超出爆破安全规程的要求。水塔落地后完全解体,水塔头部下半部粉碎,上半部完好。爆堆长度39m,爆堆最大爆宽8. 8m,飞石最远达3. 5 m,无后坐现象,受到了业主的好评。
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