介绍邢台矿业集团36 m高大型生活水塔,在倒塌空间不足时,采用折叠控制爆破拆除
的过程。通过选择合理的切口参数和微差爆破时间,水塔安全倾倒在预定的空间,对以后类似的工程提供了宝贵的经验。
1 工程概况
邢台矿业集团大型供水塔因扩建需要拆除。该水塔地处邢矿集团家属区,环境十分复杂(图1),水塔东侧25 m处为邢矿集团家属区支煤气管道;南侧8 m为3#楼供水管,15m处为3#住宅楼;西侧20 m为深水井及新供水系统;北侧7 m为邢台市主煤气管道。水塔为砖混结构,见图2。自下而上每5m一个钢筋混凝土圈梁,全高36 m,其中水箱高11.8 m,容积300 m3,质量285.8 t;筒体外径7 m,壁厚18 m以下为50 cm,18 m~24.2 m为37 cm,质量461.4 t。水塔建于1982年,结构完整,没有任何破坏风化痕迹,其内部有通往顶部的悬梯。
2 爆破方案
考虑到最大空地距离只有25 m,因此只
图1 环境示意图
能采用折叠爆破方案。由于空地宽度只有22m,水塔直径较大,采用单向折叠爆破,水塔容易滚动,直接对煤气管道造成破坏,故本次拆除爆破采用双向折叠方案。
2.1 切口位置
水塔的周围三面是管道,一面是深水井,四周都对冲击地震的控制要求比较高,为了最大限度地降震,并且考虑到施工方便,确定在东面+0.5 m处和西面+22.0 m处开设两个爆破切口,即上段向西倾倒,下段向东倾倒。
2.2 切口形状
资料[1]表明,采用“一”字形切口不仅施工方便,且不容易产生后座,而后座对折叠爆
图2 塔体结构示意图
破危害较大,故本次工程上下切口均采用“一”字形。
2.3 切口长度
按照我们折叠爆破河北煤研所水塔的经验,只要切口处最大拉应力点A处的拉应力σPA(图3 )大于该点砌缝砂浆的抗拉强度,并保证切口弧长对应的圆心角α小于π,就能使水塔顺利倾倒,并最大限度地避免倾倒过程中的后座。其中σPA可用下式求出[2]:σPA=mg{Xe/(R-Xe)/Iz- 2/[α(R2-r2)]} (1)式中 m——偏转筒体质量;
Xe——初始偏心距;
Iz——切口保留筒壁断面对中心轴
的惯距;
R,r——分别为筒体的内外半径,其
它符号意义同前。
计算结果表明,两个切口只要满足α<π就可顺利倾倒,取α=170°,即两个切口长度均为11.59 m。
2.4 切口高度h
筒体的切口高度要保证切口闭合时,上段筒体重心在切口水平面上的投影超过该处筒体外缘。即切口高度可由下式求出:
h= (X’e+R)2/a1(2)
式中 X’e——切口闭合瞬间偏心距,不考
虑压缩区宽度时X’e=
Rcosα/2;
图3 爆破切口示意图
a1——倒塌筒体重心距切口距离。经计算上段切口高度为2.4 m,下段为1.8 m。
2.5 上下段起爆时差T
切口闭合瞬间,上段筒体对下段的冲击对下段筒体倾倒非常不利,因此,应在冲击作用之后下段筒体再起爆,即上下段起爆时差应该是切口闭合后某时间Δt(Δt= 100 ms~ 500 ms)。高强度材料闭合时接触时间短,Δt可取小值。同理,低强度材料Δt取大值。即上下段起爆时差可由下式求出:
T=t+Δt(3)
式中 t——切口切合时筒体倾倒时间,可
由动能定理求出。计算结果表明,起爆时差为1200 ms,取1500 ms。
2.6 定向窗
为保证水塔上下段准确定向,在上下两个切口紧靠保留筒壁处采用机械法平均开挖两个宽度为1 m的定向窗。
3 孔网参数及药量计算
最小抵抗线:37墙w=0.19 m;50墙w= 0.25 m ;
装药孔距排距:37墙a= 0.30 m,b=0.26 m;50墙a= 0.50 m,b= 0.34 m ;孔深:37墙l= 0.23 m;50墙l= 0.30m;
单孔药量:37墙Q= 30g;50墙Q= 50g。
表1列出了两个切口布孔数、装药量、雷管段别和延迟时间。
4 爆破网络
为避免雷电射频电和杂散电流对起爆网络的影响,本工程采用孔内延期的非电起爆系统,延期时间见表1。为保证整个网络的可靠性,首先把导爆管每9发~16发集成一束(最好同排导爆管集成一束,这样如有一排拒爆时,水塔仍能定
表1 布 孔 和 段 别
向倒塌)。由2发纸壳电雷管起爆之后把上、下两层电雷管全部串联,最后用GM-2000高能起爆器起爆。
5 安全与防护措施
由于药量较小,爆破地震和空气冲击波均不是安全主要隐患。但本次爆破装药点高,水箱质量大,因此塌落振动和飞石是需要特别注意的问题。
5.1 塌落振动
参照中科院力学所提供的触地冲击振动
公式[3]:
υc= 0.08(I1/3/R)1.67(4)
式中 υc——爆破坍塌物冲击地表的振动速
度,cm•s-1;
R——距冲击地点距离,m;
I——冲击触地冲量,I=M•2gH
(M为爆破坍塌的建筑物质量,kg;H为爆破坍塌的建筑物重心落差,m)。对触地点较近的主煤气管道(7 m),供水管(8 m),深水井(14 m),通过式(4)计算结果分别为20.0 cm•s-1、16.0 cm•s-1、6.2cm•s-1,显然振动速度全部超标。因此,须在倒塌位置铺设防震垫层,并在倒塌范围四周挖深2 m、宽1 m的防震沟。
5.2 飞石
为避免高空爆破飞石,本工程采用三层防护,第一层用草袋,第二层用塑料网,第三层从塔顶高空悬吊金属网。该措施对控制飞石起了关键作用。
6 爆破效果
水塔爆破后,水箱落在了西侧预定位置,筒体落在东侧倒塌空间范围内,没有对周围环境造成任何影响。值得注意的是,水箱落地后陷到地平面以下1 m多深,几乎把南、西、北侧1 m宽的防震沟全部挤死,这充分说明对塌落冲击振动要有足够的重视。致谢:衷心感谢河北建筑工程学院高荫桐、田运生两位老师对本工程的大力支持。
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