伞状筒型钢筋混凝土水塔爆破拆除设计 本文关键词：水塔，型钢，爆破，拆除，混凝土
伞状筒型钢筋混凝土水塔爆破拆除设计 本文简介：摘要： 介绍了一座45m高伞状水塔的定向爆破拆除工程。通过对水塔自身结构的特点及场地条件的分析,采用梯形爆破切口、电子雷管起爆方式、总延时100ms的定向倒塌爆破拆除技术。采用提高爆破切口位置、确定合理的切口长度、预拆除、预开定向窗和减荷槽等方式确保了水塔的准确定向;采用炮孔覆盖防护、开挖防飞石沟、
伞状筒型钢筋混凝土水塔爆破拆除设计 本文内容：
摘 要： 介绍了一座45m高伞状水塔的定向爆破拆除工程。通过对水塔自身结构的特点及场地条件的分析, 采用梯形爆破切口、电子雷管起爆方式、总延时100ms的定向倒塌爆破拆除技术。采用提高爆破切口位置、确定合理的切口长度、预拆除、预开定向窗和减荷槽等方式确保了水塔的准确定向;采用炮孔覆盖防护、开挖防飞石沟、防护排架近体防护等技术措施预防了爆破飞石和触地飞石的危害。水塔按设计倒塌在开挖的防飞石沟内, 周围建 (构) 筑物没有受到影响。该拆除工程在非线型薄壁高耸物爆破精确定向、飞石防护方面取得了良好的效果, 可为同类工程爆破施工提供参考。
关键词： 伞状水塔; 非线型结构; 薄壁结构; 支撑体; 电子雷管; 防飞石沟;
Abstract： The paper introduces the directional blasting demolition of a 45 m high umbrella water tower. Through the analysis of the structure characteristics and site conditions of the water tower itself, the directional collapse blasting demolition technology with trapezoidal blasting cut, electronic detonator initiation and total delay of 100 ms had been used. The accurate orientation of water tower is ensured by increasing the position of blasting incision, determining the reasonable length of incision, pre-demolishing, preopening directional window and reducing load groove. The hazards of blasting flying stones and touchdown flying stones were prevented by using technical measures such as blasting hole cover protection, excavation of flying stones trench and near body protection of protective bent. The water tower collapsed in the excavated anti-flying ditch according to the design, and the surrounding buildings were not affected. The demolition project has achieved good results in precise orientation and flying stone protection of non-linear thin-walled high-rise blasting, which can provide reference for similar projects.
Keyword： umbrella water tower; non-linear structure; thin-walled structures; supporter; electronic detonator; anti fly rock ditch;
1、 工程概况
待拆除水塔为伞状筒型钢筋混凝土结构, 塔体整体结构完好。位于闹市区某厂区内, 因水塔停用, 对其实施爆破拆除。
1.1、 水塔结构
水塔总高45m, 塔顶呈伞形;其中, 塔身高38m, 外径3.2m, 筒壁厚0.2m;塔帽高7m, 外径13.0m, 相比砖混结构水塔, 更凸显了“头重脚轻”非匀质的特点。水塔底部正东方向设计一个检修门, 检修门宽1.2m, 高2.0m;塔身内共布设检修平台5个, 首个检修平台距离地面6.0m, 相邻平台间隔距离6.0m, 每个检修平台上部1.0m位置, 布置2个圆形窗户, 窗户呈南北方向布置。水塔整体结构见图1。
1.2、 周边环境
水塔周围建 (构) 筑物密集, 塔周边环境比较复杂。水塔北侧5m处有一条东西走向的架空管道, 架空高度3.0m, 18m处为办公楼;南侧20m有厂房;西侧80m为厂区道路;东侧20m处为厂房, 详见图2。在拆除中要对上述构筑物进行保护, 现场可供施工的场地十分有限。
1.3 、工程特点
(1) 由伞状水塔的结构特征决定, 其塔身半径小, 塔帽体积和重量大, 导致爆破倒塌方向控制难度高。
图1 水塔结构示意图
(2) 筒身为薄壁混凝土结构, 壁厚仅0.2m, 爆破钻孔数量多, 飞石、空气冲击波防护难度高。
(3) 因倒塌中心线不沿检修洞门对称, 导致支撑体不对称, 对倒塌方向控制不利。
图2 周边环境示意图
(4) 水塔周围环境复杂, 管线设备多且距离近, 北侧架空管道距离水塔仅5m, 而塔帽的外径为13m, 必须保证倒向准确, 防止水塔后座、下座, 保护管道安全。
(5) 水塔塔帽直径大, 对倒塌场地的宽度要求相比砖混水塔高。
(6) 水塔顶部的塔帽体积和重量大, 重力势能高, 倒塌落地时触t地振动和冲击波影响大。
2 、爆破设计
2.1 、爆破方案
通过对比原地坍塌、定向倒塌、折叠倒塌3种方案的倒塌原理、场地要求、优缺点和安全性, 确定采用定向倒塌的爆破方案实施拆除;定向倒塌方案具有钻爆工作量小、施工方便、成本低、工期短、倒塌方向易控制、安全性好等优点, 在倒塌场地满足要求的前提下, 应优先选择定向倒塌的爆破方案。
水塔西侧的场地满足倒塌的要求, 但是为了保护北侧架空管道的安全, 水塔设计朝西偏南方向倒塌。
2.2 、爆破切口设计
(1) 切口位置:爆破切口至地面的距离应便于施工。为了爆破抛渣顺利, 最下一排炮孔距地面不得小于0.5m。当检修门对支撑部分对称性影响较大时, 爆破切口位置应避开检修门, 爆破切口距离检修门的竖向垂直距离不小于2.0m。为避免检修门的影响, 确保支撑体的对称性, 爆破切口位置定于标高4.0m处[1]。
(2) 切口形式:采用正梯形爆破切口形式。
(3) 切口弧长L[2]:切口长度决定了倾覆力矩的大小, 切口弧长过大, 倾覆力矩偏大, 支铰易于破坏, 但是保留起临时支撑作用的筒壁太短, 承受不了烟囱全部重量, 在倾倒之前会压塌, 而发生后座的事故, 不利于水塔平稳定向倒塌;切口弧长过小, 当倾覆力矩小于预留支撑截面极限抗弯力矩 (MR) 时, 水塔会爆而不倒, 形成巨大的安全隐患, 处理困难;合理的切口长度是以水塔自重力引起的截面弯矩 (MP) 应等于或稍大于预留支撑截面极限抗弯力矩 (MR) 为主要依据来确定的。
切口弧长由切口圆心角θ决定, 与切口圆心角成正比, L=θ360πD;根据同类工程施工经验, 切口圆心角取215°, 经计算切口弧长L=6.0m。
(4) 切口高度H:切口高度根据被爆体的外径计算, 为防止被爆体在未完全失稳状态下切口合拢, 设计取塔身倾斜20°时切口上下可以合拢状态计算[3], 即H=tan 20°D, 将直径D=3.2m代入公式计算得H=1.16m, 实取值为1.2m。
(5) 预开定向窗:切口两侧预开定向窗, 定向窗为直角三角形结构, 底边长0.8m, 高0.6m, 底角为36.9°。
(6) 减荷槽:炸药爆炸后会产生一个很大的垂直向上的作用力, 这个力可能推动水塔向相反方向倾倒。为了消除炸药爆炸产生的垂直向上的作用力, 除预先开设定向窗外还应进一步地采取减小垂直向上的爆炸作用力的措施。为此, 设计一种减荷槽, 与定向窗共同作用, 可有效地抵消整个水塔所受到的垂直向上的爆炸作用力。减荷槽布置在倒塌中心线上, 沿倒塌中心线对称布置, 减荷槽宽0.5m, 高1.2m。
2.3、 爆破前预处理
为了避免水塔内部的结构物对爆破后的水塔产生支撑作用, 影响倒塌方向, 在爆破切口的水平和竖向空间内, 对除筒壁外的所有结构物进行拆除预处理;主要包括, 标高6m位置的检修平台, 水塔内部北侧的钢制输水管。
利用风镐、切割机按照设计尺寸开设定向窗, 定向窗内的钢筋应切断, 三角形底角位置的废渣清理干净, 截面整齐, 并保证两侧定向窗在同一高程。
2.4 、孔网爆破参数
薄壁结构具有布置炮孔密集的特点, 为了确定合理的爆破参数, 首先进行了试爆, 试爆选择在减荷槽位置, 根据试爆结果, 确定了如下爆破参数[3], 详见图3:
(1) 最小抵抗线W:板墙爆破一般按置中装药计算, W=δ/2 (δ为切口处壁厚, 为0.2m) , W=0.1m;
(2) 孔距a:a= (2.0～2.5) ×W=0.2～0.25m, 实际取a=0.2m;
(3) 排距b:b=a=0.2m;
(4) 孔深L:L=2δ/3=0.133m, 实际0.13m;
(5) 单耗:K=3800g/m3; (6) 单孔装药量:q=Kabδ=30.4g, 实际30g。
共布设144个炮孔, 其中试爆炮孔10个。
图3 炮孔布置示意图
2.5 、爆破网路设计
本工程爆破采用数码电子雷管网路, 孔内延时, 分成相对应的3个爆区, 自倒塌中心线向两侧依次起爆, 间隔时间50ms, 自中间向两侧分别设置的延期时间为0ms、50ms、100ms。
3、 安全校核
3.1、 爆破振动安全验算
本工程单段最大起爆药量为1.5kg。根据爆破振动公式[4]计算:
式中:R——保护对象距离爆破点的距离, m;
Q——炸药量, 齐发爆破为总药量, 延时爆破为最大一段药量, kg;
v——与爆破点距离为R处质点振动速度, cm/s;
K、α——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数, 取K=50, α=1.62。
经验算, 距离水塔13m处办公楼的理论振动速度为0.98cm/s, 小于一般民用建筑物安全允许振动速度2.5cm/s。
3.2、 塌落触地振动校核
采用如下理论公式[5]计算塌落触地振动速度:
式中:vt——塌落引起地面振动速度, cm/s;
M——下落构件的质量, t;
g——重力加速度, 9.8m/s2;
H——构件的重心高度, 取42m;
σ——地面介质的破坏强度, 一般取10MPa;
R——与冲击触地点的距离, m;
kt、β——塌落振动速度衰减系数和指数, 高耸物拆除中kt=3.37～4.09, β=-1.66～-1.80。
水塔的触地质量为240.5t, 取kt=4.09, β=-1.66, 可计算出距离触地点44m处的触地振动速度v=1.24cm/s。当地面采取挖沟槽、垒筑土墙减振措施时, 可减振70%。
3.3、 爆破飞石安全验算
飞石距离根据Lundborg的统计规律, 炮孔爆破飞石距离可由下式[6]计算:
式中:KT——与爆破方式、填塞长度有关的系数, 取1.0～1.5;
q——炸药单耗, kg/m3;
D——药孔直径, mm。
取KT=1.2, 将q=3.8kg/m3, D=36mm, 代入公式 (3) 得Rf=164.16m, 在不采取防护措施的情况下, 爆破飞石距离超过了建筑物的安全允许距离, 必须采取防飞石措施。
4、 安全防护设计
4.1、 爆破飞石安全防护措施
塔身筒壁为薄壁结构, 单耗高, 抵抗线小, 爆破飞石较远, 距离周边需保护厂房设备距离近, 必须采取防爆破飞石措施。
炮孔覆盖防护采用钢丝网和草苫进行防护。钢丝网采用具有一定柔韧度的普通编制型钢丝网, 网孔尺寸2cm×2cm为宜, 草苫采用具有一定厚度的密编型草苫, 首先将草苫与钢丝网采用铁丝编织在一起, 然后利用编织好的防护材料对炮孔进行悬吊包裹防护[6]。
在切口上部钻凿若干个悬吊防护材料的固定孔, 用膨胀螺丝做好悬吊支撑, 将制作好防护材料悬挂于悬吊支撑上, 周围用多道铁丝捆紧绑扎。防护时, 将草苫一面紧贴于炮孔, 避免防护施工破坏起爆网路。
4.2、 北侧架空管道防护措施
利用脚手架搭设双层防护排架, 排架侧面和顶部铺设竹笆片脚手板。
4.3 、触地飞石及触地振动预防措施
由于塔帽的体积和重量比较大, 不采取措施的情况下, 塔帽触地在较大动能的作用下, 会造成塔帽混凝土向四周飞散, 如果对接触面介质不做妥善处理, 会产生较大的触地振动[7]。
沿倒塌中心线平面位置, 在水塔设计的倒塌触地范围内, 开挖长50m、宽5～20m、深2～5m的防飞石沟, 将沟内挖出的土均匀地堆放在坑体两侧和头部位置, 形成防飞石屏障, 并对沟底的介质进行翻松处理, 减小触地振动。根据设计, 倒塌后水塔落入预先挖好的防飞石沟内, 达到降低触地振动、防止触地飞石飞散的目的[8]。
5、 爆破效果与体会
爆破后, 水塔按照设计的方向向西偏南方向倒塌, 落入预先开挖的防飞石沟内, 倒塌方向稍偏向北侧, 但在允许范围内。北侧的架空管道安然无恙, 周围建 (构) 筑物没有受到影响, 最远飞石距离36m, 为爆破切口处产生的飞石。落地后, 塔帽与筒身脱离, 塔帽与地面接触约50%部分破碎, 上部完好;筒身完好, 没有破碎;倒塌点距水塔基础最远距离43m, 塔帽处最大坍塌宽度16m。总体爆破效果符合设计要求。
(1) 薄壁结构爆破时, 单耗较高, 可达3800g/m3。
(2) 对于伞状水塔, 由于其质量分布不均匀, 头部重量大, 可采取开挖防飞石沟的方式预防触地产生飞石的飞散;通过翻松接触面的介质也可达到降低触地振动的目的;但是该措施不利于后期清渣工作。
(3) 虽然此类水塔塔帽比较重、筒壁薄, 但是爆破切口也必须有足够大的圆心角, 避免爆而不倒。
(4) 伞状水塔的塔帽直径较大, 要求倒塌场地的横向距离不能小于塔帽直径的1.6倍。
(5) 数码电子雷管起爆, 延期时间精确;网路连接时, 操作简单, 准爆率高, 安全可靠。
(6) 检修门在位于支撑体部位时, 要充分考虑检修门对支撑体强度的影响;爆破切口距离检修门竖向垂直距离为2.0m时, 检修门对支撑体的对称性仍有影响, 造成倒塌方向稍向右侧偏移;应通过提高爆破切口与检修门的垂直距离或者对检修门进行封堵处理。
参考文献
[1]陈章明, 毛益松, 单志国, 莫志平.伞形钢筋混凝土水塔控制爆破拆除[J].采矿技术, 2013, 13 (5) :176-178.
[2]刘昌邦, 贾永胜, 钟冬望, 江国杰, 韩传伟.40m高倒锥形钢筋混凝土水塔爆破拆除[J].工程爆破, 2013, 19 (Z1) :85-87.
[3]陆志民, 徐志斌.薄壁伞形钢筋砼结构水塔爆破拆除[J].爆破, 2010, 27 (3) :61-63.
[4]国家安全生产监督管理局.GB 6722-2014爆破安全规程[S].北京:中国标准出版社, 2014.
[5]周家汉.爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论[J].工程爆破, 2009, 15 (1) :1-4.
[6]张英才, 张海涛, 董保立, 等.复杂环境下150m砼烟囱两段单向控制爆破技术[J].工程爆破, 2014, 20 (6) :16-20.
[7]李阳.钢筋混凝土烟囱拆除爆破触地过程与安全控制研究[D].西南科技大学, 2018.
[8]戴建毅, 汪艮忠, 周珉.复杂环境下复杂结构水塔爆破拆除[J].工程爆破, 2015, 21 (4) :37-40.
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