摘 要:阐述了折叠爆破和定向爆破拆除鞍钢第二初轧厂办公楼和水塔的设计和施工。首先爆破办公楼,为水塔倒塌创造空间和缓冲垫层。文中还介绍了爆破参数的选择、切口尺寸的确定、安全措施等,并总结了设计和施工中的经验。
关键词:拆除爆破;定向爆破;折叠塌落
1 工程概况
鞍钢第二初轧厂因大规模技术改造,须采用定向爆破法拆除主厂房东侧的水塔和办公楼。爆破拆除区周围环境十分复杂,办公楼北距水处理厂房11m;东距厂区公路3m,距地下水管8m,距晒水池26m;南与待拆浴池相连;西距变压器室8m,距主厂房23m。水塔北距办公楼3m;南距水泵房仅0•3m;西距变压器室20m,距主厂房35m。办公楼为四层钢筋混凝土框架砖砌结构,楼高13m、东西长22m、南北宽16m。水塔全部为钢筋混凝土结构,塔高39m。塔顶水池高4m,直径13m;塔身高35m,直径10m,壁厚0•15m。定向爆破拆除过程中,除变压器室的外墙外,其他建(构)筑物不允许受到任何破坏,变压器不能停运,生产须正常进行。爆区周围环境如图1所示。
2 爆破设计
2•1 爆破方案
根据对诸多影响因素进行分析及工程指挥部对安全方面的要求,决定首先爆破拆除办公楼,为水塔倒塌创造空间。为防止北侧水处理厂房因办公楼爆破倒塌而受到破坏,采用折叠爆破法使办公楼原地塌落。由于办公楼的高宽比小于1,建筑物的整体重心偏下,故爆破设计中加大了爆破高度。为减少起爆时的炮孔数目,爆破前在楼的承重墙上开凿了若干拱形洞,见图2。当确认办公楼确已塌落,并不致改变水塔的倒塌方向后,再引爆钢筋混凝土水塔的炮孔。根据周围建(构)筑物的分布情况及水塔自身所处的位置,确定水塔向西北、与水处理厂房轴线成30°夹角的方向倒塌。由于水塔与水泵房相距仅为0•3m,且水泵房高度为4•8m,为防止水塔倒塌折断后对泵房造成破坏,故水塔爆破切口的位置选在距地面6•0m处。办公楼、水塔虽先后爆破,但钻孔、装药、联线及防护要同时进行。根据工程实际,采用7655风动凿岩机钻凿水平炮孔,孔径为40mm,炸药为2#岩石硝铵炸药,非电导爆系统起爆。
2•2 爆破破坏高度及切口形状的确定
定向爆破设计时,正确选择建筑物的破坏高度及切口形状十分关键。切口高度过小,水塔在倾倒过程中会出现偏转,不能按正确的方向倾倒;破坏高度过大,会增加钻孔及爆破施工工程量。爆破破坏高度可参照(1)式计算:hmin≥(1•5~3•0)δ(1)式中: hmin、δ分别为破坏高度、墙厚或柱宽,m。通过计算,并根据实际经验调整,确定办公楼单层开口高度为2•2m,水塔开口高度为1•5m(见图3)。为确保办公楼准确完全塌落,最大限度地减小塌落高度,不使水塔倒塌时产生滚动而造成定向的偏离,办公楼的1~3层均按图2所示在三角形区域内布孔(三角形区域内预先已凿出拱形洞),爆破后产生折叠塌落。钢筋混凝土水塔的开口中心角确定为240°,即开口长度21•0m。爆破前在开口两侧预开定向窗,定向窗开口角为30°,长度为2•6m。
2•3 孔深的确定
孔深按l=(2/3)δ确定,其中l、δ分别为钻孔深度、壁厚。对“37”砖墙,取l1=0•25m;
对钢筋砼结构柱,取l2=0•25m;对钢筋砼水塔l'2=0•12m。
2•4 孔距的确定
对水泥沙浆砖墙,孔距a1按(2)式计算;对钢筋砼水塔及结构柱,孔距a2按(3)式计算。
a1=(1•2~2•0) w( w为最小抵抗线,w=δ/2) (2)
a2=(0•8~0•9)l (3)参照计算值,结合工程实际,设计中确定:对“37”砖墙,a1=0•5m;对钢筋砼结构柱a2=0•3m,对钢筋砼水塔a'2=0•2m。
2•5 排距的确定
排距b均按b=0•866a计算,结合工程实际,对“37”砖墙,取b1=0•45m;对水塔,b′2=
0•17m。
2•6 单孔装药量的确定
钢筋混凝土及砖墙的单孔装药量q按(4)式计算:q=0•35kbkfkpaw3(4)式中:kb为破坏程度系数,kb=1~3;kf为自由面修正系数,当自由面为1个和2个时,kf分别为1•0和0•9;kp为破坏厚度修正系数,kp=0•9/h'(h'为最小抵抗线方向的厚度,或单个药包承担的破坏厚度);a为材料抗力系数,对于水泥浆砌砖墙,a=1•24,对于钢筋混凝土,a=2•0~3•3。参照计算数值并根据工程类比,最终确定实际的单孔装药量:对办公楼“37”砖墙取q1=50g,钢筋混凝土结构柱取q2=100g;钢筋混凝土水塔取q'2=50g。
2•7 起爆网络和起爆顺序
根据工程实际及爆破器材的供应情况,办公楼及水塔均采用非电导爆系统、并并联复式起
爆网络。办公楼下部3层楼共爆破1326孔。1、2、3层楼孔内分别采用7、6、5段毫秒非电导爆雷管。水塔共爆破528孔,孔内全部采用5段毫秒非电雷管。办公楼及水塔地表均采用1段非电导爆雷管复式联接。
3 爆破安全技术
爆破拆除区周围环境虽然十分复杂,但四周均为工业建(构)筑物。安全技术问题的重点是起爆网络不能产生拒爆,人员设备的安全及水处理厂房南侧窗户玻璃不受损坏,为此采取了以下安全技术措施:
(1)四层办公楼先行起爆、塌落,为水塔倒塌铺设了缓冲层,减小了水塔倒地时的震动。
(2)因办公楼及水塔距水处理厂房、地下水管、水泵房较近,除在爆破技术上采取措施确保安全外,还组织了抢修队伍,爆破前抢修人员、车辆提前到位,以防不测。
(3)爆区警戒半径以内的无关人员、设备在爆破前30min全部撤出。
(4)西侧变压器室的门采用厚30mm的钢板防护,北侧水处理厂房窗户玻璃用双层草垫子防护。
(5)为防止爆破区飞石飞溅造成危害,办公楼东、北侧有炮孔部位采用单层草垫子覆盖。水塔开口部位里侧采用单层草垫子、外侧采用厚度1•0mm的铁板捆扎防护。办公楼塌落后,最大侧冲6•0m,最大塌落高度3•5m,对水处理厂房及变压器室没有构成任何危害。水塔倒塌方向与设计完全一致,设计倒塌长度33•0m,由于水塔爆破后切口以下6m产生下坐,实际倒塌长度为28•0m。由于水塔倒塌速度较慢,加之办公楼塌落后的铺垫作用,致使塔顶落地后没有撞碎。水塔内两根直径0•3m的上、下水管爆前无法拆除,水塔倒塌时因产生后坐,水管下部将水泵房山墙撞开直径1•5m的墙洞,但水泵房内设备完好无损,变压器室未受到任何破坏。
5 几点体会
(1)本次办公楼折叠爆破、水塔定向爆破均达到了预期目的,说明爆破设计基本上是正确
的,所采取的安全技术措施也是得当的。
(2)钢筋混凝土水塔的特点是高耸、壁薄、上部塔头的重量较大,定向爆破设计中把切口的中心角定为240°,实际爆破中出现了下坐,说明中心角偏大。
(3)为降低办公楼的塌落高度,以防水塔定向倒塌时出现滚动,故对办公楼1~3层均进行钻孔,从而增加了施工作业量,在今后的类似工程中,可只对1~2层楼钻孔爆破。
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