摘 要:介绍了百米钢筋混凝土烟囱定向爆破拆除工程的实例,论述了爆破方案设计、爆破参数确定、爆破切口的形式和尺寸、定向窗的开设、起爆网路、防护措施以及内衬处理等,尤其对施工工艺进行了较为详细的叙述。爆破取得了理想的效果。通过对爆破效果的分析,得到了一些有益的启示和实际经验。
关键词:烟囱;定向爆破;拆除爆破;梯形切口;定向窗;内衬处理
1 工程概况
湖南省益阳市三里桥热电厂因房地产开发的需要,决定将该厂区内的一座100m高的钢筋混凝土烟囱拆除。烟囱位于热电厂东南角,东距齿轮厂厂房约56m;南距齿轮厂厂房30m,
图1 烟囱周围环境示意图
距护坡11m,距围墙12m;西距护坡和围墙最近处23m,距内衣厂修理车间38m,距蓄水池60m;西北方向距本厂待拆厂房50m,距居民住宅楼126m;北距本厂主厂房(待拆)21m,距架空高压线94m,距办公楼110m(图1)。烟囱高度为100m(不含避雷针高度),筒身为钢筋混凝土浇注;底部外径8m,壁厚50cm;顶部外径3m,壁厚18cm;筒身配置两层钢筋网,竖向钢筋和箍筋的间距均为15cm,钢筋直径为18~22mm;保护层厚度为5~8cm;内衬为耐火砖砌筑,底部厚度为24cm,距地面20m以上的厚度为12cm;筒身和内衬之间的隔热层底部厚度为8cm,20m以上厚度为5cm。烟囱东侧有一烟道,烟道口宽2•5m、高3m(图2)。要求从地面以上将烟囱拆除,地面以下的基础暂不拆除。爆破拆除时,必须确保齿轮厂和内衣厂建筑物不受任何损坏,确保北侧高压电线、公路及其他建筑物的安全。主厂房拟后期拆除,烟囱倒塌时,不得碰撞到主厂房,以防止其成为危房,给后期拆除造成困难。
2 爆破方案设计
2•1 倒塌方式及切口位置确定
根据查阅烟囱的原始设计资料和现场实测获得的烟囱结构、各部尺寸、相邻建筑物的方位和距离等数据,充分考虑业主提出的爆破拆除的质量要求、安全要求和工期要求,确定采用定向倒塌方式。从烟囱底部钻孔爆破,最下排药孔距地面30cm,使烟囱从根部拉断,并向西北方向倒塌(图1)。在倒塌方向上,距烟囱50m处的待拆厂房是一砖砌平房,烟囱倒塌时,将会被砸塌一小部分,但不影响其后期拆除。
图2 爆破切口位置(单位:m)
2•2 切口形式及尺寸
因烟囱的高度达100m,而周围环境比较复杂,只有一个方向可以倒塌,所以必须准确地控制烟囱的倒塌方向,左右偏差不得大于6°。根据以往多次爆破拆除烟囱的经验,采用梯形切口,切口长度不大于烟囱筒身外周长的0•6倍时,倒塌方向比较准确。本次爆破的切口形式采用倒梯形。切口长度lp取烟囱外周长的0•55倍,烟囱外周长l=25•12m,故lp=13•8m(图2)。切口高度hp取筒身厚度δ1的4倍,δ1=0•5m,故hp=2m。不爆破而留作支撑体的筒身长度为11•32m,其中包括宽2•5m的烟道口,筒身的实体长度只有8•82m(图3)。
2•3 爆破参数确定
(1)药孔直径d:采用风动凿岩机钻孔,药孔直径为40mm。
(2)最小抵抗线:w=0•5δ1=0•25m
图3 切口形式及尺寸(单位m)
(3)药孔深度l =0•7δ1=0•35m;药孔间距a =1•6w=0•4m;药孔排距b = a =0•4m;药孔排数m = (hp/b)+1=6排。
(4)各排药孔数:第1排n1=(lp/a)+1=35•5个,实际取35个;第2排n2= n1-2=33个;第3排n3= n2-2=31个;第4排n4= n3-2=29个;第5排n5= n4-2=27个;第6排n6= n5-2=25个。总药孔数∑ni= n1+n2+n3+n4+n5+n6=180个。
(5)单孔装药量q = kabδ1=160g;总装药量为q∑ni=28•8kg。
2•4 内衬的处理
内衬为厚24cm的耐火砖。采用钻孔爆破法将内衬对应筒身的切口长度炸开一个贯通缺口。爆破高度hp= 2•5δ3=0•6m,爆破长度lp= 0•6πd内=12m。内衬爆破参数为:药孔直径d =40mm;最小抵抗线w=0•5δ3=0•12m;药孔深度l=0•6δ=0•14m;药孔间距取a =0•3m;排距取b = a =0•3m;药孔排数m = (lp/b)+1=3排;每排药孔个数n = (lp/a)+1=41个;单孔药量q = kabδ3=26g,实际取30g;总装药量= qmn≈3•7kg。
2•5 电起爆线路设计
为确保烟囱向预定方向准确倒塌,先将爆破切口两端各33个药孔装药并起爆,以形成对称的“定向窗”,开设定向窗后,又将爆破内衬的全部药孔装药起爆,使内衬形成贯通切口。最后爆破筒身时,只剩下6排共计114个药孔,选用瞬发电雷管起爆。敷设混联电起爆线路,分成3条支路,每两排共38个装药为一条支路,平均每发电雷管的电阻为2•5ω,每条支路的电阻为95ω,干线电阻为9ω,线路总电阻约41ω。用380v交流电源起爆,每条支路可获得3a电流,保证准爆。
3 施工程序及方法
3•1 标定倒塌中心线
在倒塌方向距烟囱外壁约100m处确定倒塌中心线上的一个控制点,在这一控制点上架设经纬仪,测出烟囱外壁上的中心线,并做出明显的标记。同时测出该点至烟囱外壁的精确距离为97m,在该点上植一标桩。
3•2 标定药孔位置
首先在烟囱外壁中心线上标出最下排中间孔的位置,最下排中间孔距地面30cm;以该药孔为基准,用皮尺向左右沿外壁各拉4•8m,并使皮尺保持水平,按0•4m的间距标定出各药孔的位置;然后按0•4m的排距在中心线上标出各排中间孔的位置;最后用相同方法自下向上标定各排药孔的位置。此时,药孔布置成方格形,各排两端边孔的连线成45°倾角(图3)。
3•3 钻孔
采用小型风动凿岩机钻孔,钻孔时力求使药孔钻在标定的孔位上,并使药孔方向垂直于外壁表面,碰到钢筋时,允许向左右或上下移动2~3cm。及时更换钻头,以保证孔径不小于38mm。在钻杆上按孔深35cm做好记号,以掌握钻孔深度。除切口内的180个药孔外,还在烟囱反向沿筒身根部对称于中心线钻一排密集孔,利用这些孔砸掉筒身外壁保护层,露出13根竖向钢筋,并用氧割将其割断。
3•4 砌堵烟道口
用红砖和水泥砂浆将烟道口堵死,墙厚为50cm,并养护5天,使其具有一定的强度,并与筒身形成一个整体。
3•5 开设定向窗
钻孔完毕后,将切口两端如图3所示虚线范围内的共66个药孔按单孔药量80~150g装填炸药。用毫秒2段导爆管雷管起爆,人工将已破碎但仍在钢筋网内的碎块清除,用氧割割断竖向和环向钢筋,并将缺口内侧的内衬和泡沫塑料隔热层砸开。人工修整缺口边缘,从而形成对称的两个定向窗。使爆破形成切口的形状和尺寸,特别是切口的长度符合设计要求。
3•6 爆破内衬
从定向窗进入烟囱内,在内衬上布孔、钻孔,并将内衬爆破形成贯通缺口,然后通过定向窗用长竹杆将缺口内的泡沫塑料隔热层剥掉。这样,既为爆破筒身时创造了内侧自由面,又减少爆破筒身时的装药个数和总药量,对保证爆破效果、降低爆破震动和线路连接都十分有利。
3•7 装药填塞及线路连接
爆破定向窗时,三角形顶部10个药孔单个药量为80g,中间部分11个药孔单个药量为100g,其余12个药孔单个药量为150g。从爆破效果看,80~100g药量偏小,混凝土虽已破碎,但块度大,大部分碎块仍在内外两层钢筋网内,竖向钢筋无明显弯曲变形。150g药量基本合适,混土破碎块度小,大部分脱离钢筋网,钢筋弯曲变形。爆破筒身时,为了确保切口的形成,使切口内混凝土脱离原位,全部钢筋弯曲变形失去承载能力,对单个装药量做如下调整:紧靠两端定向窗的12个药孔药量为100g,下3排药孔和上3排的中间5个药孔(共计66个药孔)药量为200g,上3排的其余36个药孔药量为150g。连接线路时,每两排药孔连接成一条支路,分别测定3条支路的电阻,使电阻基本平衡后并接到干线上。
3•8 安全防护
(1)沿切口范围距外壁1m处用南竹扎一半周形排架,在排架上挂一层高3m的稻草束,以阻挡碎块飞出。
(2)在烟囱预定倒塌方向,距烟囱外壁102m处,用竹杆、树枝和稻草垂直于倒塌中心线架设一道宽12m、高2m的防护拦障,以防止烟囱落地时碎块沿该方向飞向居民房。
3•9 起 爆
起爆前,明确划定安全范围和警戒位置,东、南两方向安全距离为100m,西、北方向安全距离为200m。向各警戒点派出警戒并明确信记号。爆破前半小时,将人员、车辆撤离至安全距离以外,暂时中断公路的车辆通行,暂停高压线路的送电,一切准备就绪后,按预定计划准时起爆。
4 爆破效果
起爆后,烟囱稳定约4s后开始倾倒。倒塌方向比较准确,头部落地位置较设计的倒塌中心线上的控制点向北偏离1•6m,烟囱倒塌长度为96m,烟囱距地面8m以上全部摔扁,且在中部70m处因有一宽8m、深3m的水池而使烟囱断成两截;前部落地冲击地面时,将松软的泥土向两侧抛出达40m;烟囱头部连同避雷针脱离筒身沿护坡滚落至公路北侧;烟囱8m以下筒身虽形成许多裂隙,但仍保持原有形状。未钻孔的支撑部分从切口的上边缘连线处拉断,而未从根部预先割断的钢筋处拉断。烟道口的砖砌体和左侧1•5m筒体被压碎,并向后倒塌。烟道口右侧筒体较完整。距烟囱50m处的待拆厂房的墙角及端墙被压倒,屋面局部破坏,但厂房整体仍很稳定。爆破时的飞石未对邻近建筑物造成任何影响。烟囱落地时抛出的泥土,除打碎本厂待拆办公楼7块玻璃外,未造成其他损坏和不良影响。高压线、齿轮厂和内衣厂的车间及民房均完好无损。
5 几点体会
通过对爆破效果的分析,总结这次100m高钢筋混凝土烟囱定向爆破设计和施工,得出以
下几点体会和有益的启示:
(1)爆破钢筋混凝土烟囱,因筒身配筋密,且钢筋直径较大,混凝土标号较高,而厚度又不是很大,采用公式q = kabδ计算装药量时,k值取2kg/m3比较合适。
(2)爆破切口的长度较小时,支撑体不易压碎,而有足够的支座反力,对烟囱准确倒塌比较有利,但烟囱失稳倾倒较慢。
(3)为保证烟囱倒塌方向的精度,预先爆破切口两端的部分药孔、开设定向窗、利用定向窗预先处理内衬,是行之有效的施工方法。既可使爆破切口的形状和尺寸符合设计要求,又可为爆破筒身创造自由空间,保证爆破效果,还可通过爆破开设定向窗,试验和调整装药量,增大爆破的可靠性。
(4)应尽量保证支撑筒体强度的左右对称性。这次爆破支撑体的左侧有一宽2•5m的烟道口,且与爆破切口在同一高度内。除了在设计切口长度时,取较小值,以增大烟道左侧筒体的截面积外,还采取了砌堵烟道口的措施。尽管砖砌体和左侧支撑筒体均被压碎,但可以肯定其对准确倒塌起了很大作用。
(5)定向爆破拆除高度较大的钢筋混凝土烟囱时,筒身的部分外层钢筋可不预先割断。预先割断部分反向钢筋,对于烟囱倒塌是有益的,但应从切口长边的延长线处割断。这次爆破,切口上缘(长边)距地面2•3m,而在距地面10cm处割断13根反向钢筋,但烟囱倾倒时反向筒身却从2•3m处拉断,预先割断钢筋未起作用。
(6)烟囱落地时,对地面的冲击作用很大。地面松软时,泥土易被抛出,且抛距较大,应引起注意。必要时应采取防护措施,如在烟囱头部预定着地位置,预先挖坑,使烟囱头部落入坑内,从而减少泥土抛出。
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