35 m 高鋼筋混凝土水塔爆破拆除

羅 偉，薛 彥，李健康，孟憲從

(1.深圳市地健工程爆破有限公司，廣東 深圳518040;2.深圳市洪坤爆破工程有限公司，廣東 深圳518040;3.深圳市工程爆破協會，廣東 深圳518040)

1 工程概況

深圳市光明區光明街道大通工業城有1 座廢棄水塔,因廠區改造需要,決定將其爆破拆除。 該水塔高35 m,筒身外直徑2.3 m,壁厚20 cm。 水塔材質為鋼筋混凝土,單層布筋,縱向鋼筋直徑25 mm,環向鋼筋直徑8 mm,筒體底部有1 個檢修門,尺寸為1.8 m×0.8 m,頂部有1 個倒錐形的大圓盤水箱。 待拆水塔如圖1 所示。

圖1 待拆水塔

待拆水塔東側距養豬場約15 m,西南側距2 層的居民樓約19 m,西北側距石子堆放區約40 m,東北側距工廠宿舍樓約80 m。 水塔周邊環境如圖2所示。

圖2 水塔周邊環境

2 爆破方案設計

2.1 倒塌方向

根據水塔的高度、結構、周邊環境等特點,決定采用定向倒塌控制爆破拆除技術。 鑒于西北側場地較為開闊,且土質相對松軟,傾倒方向選擇在北偏西10°的方向。

2.2 預處理

為了確保水塔按設計方向傾倒,預先拆除水塔內的鋼筋樓梯、鐵質水管和避雷針,對保留部位的鋼筋進行了切縫處理,并在爆破切口部位沿傾倒中心線左右兩端對稱開鑿2 個定向窗。 定向窗高0.40 m,寬0.41 m。 實施爆破前,還對水塔倒塌范圍的場地進行了清理和松土,確保土質松軟和地面無石塊。

2.3 爆破切口設計

2.3.1 切口形狀

水塔爆破拆除的切口一般有正梯形切口、倒梯形切口和長方形切口[1]。 正梯形切口控制倒塌方向較好,倒梯形切口水塔后坐效應較小,長方形切口倒塌方向不易控制。 為確保倒塌方向精準,爆破切口采用了正梯形切口,如圖3 所示。

圖3 爆破切口

2.3.2 切口長度

水塔爆破切口的長度通常是以水塔自重力引起的截面彎矩應等于或稍大于預留支撐截面極限抗彎力矩為主要依據來確定[2]。 切口的長度一般取斷面圓周長的1/2 ～2/3,綜合考慮水塔筒身直徑、布筋,水塔傾倒方向,切口處剩余部分對水塔的支撐作用和檢修門的位置,設計切口上邊長度l1為2.8 m,切口底邊長度l2為4.42 m,對應的切口圓心角約220°。

2.3.3 切口高度

爆破切口形成后,切口內裸露的豎向鋼筋必須失穩,同時應滿足:①切口閉合時,水塔重心位置偏移到切口標高處筒壁范圍以外;②相對于新支點的重力,傾覆力矩大于余留支撐截面的極限抗彎力矩。 根據以往水塔爆破工程的經驗,切口高度h≥5δ,δ 為水塔的壁厚,為0.2 m,則h≥1.0 m,取h=1.2 m。

2.4 爆破參數

1)孔距a=0.2 m,排距b=0.2 m,孔深L=0.13 m;

2)炸藥單耗q=3.5 kg/m3,單孔藥量Q=30 g,總裝藥量∑Q=3.06 kg。

3 起爆網路

在爆破切口范圍內,共布置7 排炮孔,炮孔總數為102 個。 每個孔內裝1 發MS-3 段非電導爆管雷管,然后每10 ～15 發雷管構成一簇,用2 發MS-1 段非電導爆管雷管進行綁扎,其綁扎部位用膠布纏繞5 層以上,并用30 cm 長的膠質風管套住并綁緊。 起爆網路采用復式網路,如圖4 所示,激發針起爆。

圖4 起爆網路

4 爆破安全與防護

城市拆除爆破的有害效應主要為:爆破飛石、爆破振動、爆破粉塵、空氣沖擊波和噪聲等。 根據類似爆破工程經驗,此次拆除爆破的有害效應主要為爆破飛石和爆破振動,其他有害效應不會對周邊保護物產生影響。

4.1 爆破飛石

參考文獻[3-4],依據炸藥單耗計算個別飛石距離的經驗公式為:式中:R 為無覆蓋條件下拆除爆破飛石的飛散距離,m;q 為炸藥單耗,kg/m3,此方案中,q 取3.5 kg/m3。則R=144.76 m。

為了將爆破飛石控制在安全范圍內,采用棉被+彩鋼板+密目網3 層防護材料,對爆破切口部位進行覆蓋防護,并用鐵絲固定。

4.2 爆破振動

爆破振動參數受裝藥量、爆源距離、土巖性質及周邊場地等因素的影響[5],計算公式差異較大,通常使用的經驗公式為:

式中:V 為質點爆破允許振動速度,cm/s;Q 為單段最大藥量,kg;R 為保護物與爆破中心的距離,m;K 為與地震波傳播地段巖土特性等有關的系數,取200;α 為地震波衰減指數,取1.8;K′為修正系數,取0.4。

將相關數據代入式(2),計算得:距離水塔15 m 的養豬場民房爆破振動速度V=1.19 cm/s,距離水塔80 m 的宿舍樓爆破振動速度V=0.06 cm/s,小于GB 6722—2014《爆破安全規程》[6]中規定的一般民用建筑物的允許振動速度值2 cm/s,符合安全要求。

4.3 觸地塌落振動

水塔倒塌觸地時,一般對地面的沖擊較大,塌落振動質點速度按照式(3)[7]進行計算:

式中:v1為塌落引起的振動速度,cm/s;M 為下落建筑物的質量,取150 t;H 為建筑物的重心高度,取20 m;g 為重力加速度,9.8 m/s2;σ 為地面介質的破壞強度,MPa,一般取10 MPa;R 為觀測點到沖擊地面中心的距離,m,分別取30 m,50 m;kt、β 分別為塌落振動速度衰減系數和指數,取kt=3.37,β=-1.66。

通過計算距離落點30 m 處的塌落振動速度v1=0.98 cm/s;距離落點50 m 處的塌落振動速度v1=0.42 cm/s,都小于允許的振動速度值2 cm/s,符合安全要求。

5 爆破效果

起爆后大約2 s,水塔開始出現微傾,約8 s 觸地,整個過程持續9 s。 經現場確認,水塔完全按照預定方向傾倒,水箱和筒身斷裂,筒身未破碎,僅產生裂痕,爆破飛石未超過倒塌中心線兩側10 m 的范圍。 在距離水塔15 m 的養豬場民房處測得爆破振動速度為0.36 cm/s,在距離水塔80 m 的宿舍樓處測得爆破振動速度為0.43 m/s,未對周邊建(構)筑物造成破壞。

6 結語

1)此水塔筒壁薄、重心高,合理設計倒塌方向和爆破參數是定向倒塌控制爆破拆除的關鍵;

2)水塔通常含有門洞,爆破時一定要考慮門洞對倒塌方向和支撐區域強度的影響,門洞位于切口范圍邊緣時,開口角度應適當加大;

3)爆破切口偏長,傾覆力矩偏大,支鉸易于破壞,產生爆破后坐和下坐現象,不利于水塔的平穩定向倒塌。