倒锥壳水塔控制爆破拆除实践.pdf

第2 l 卷第3 期 爆破 V 。I2 1N 。3 2 0 0 4 年9 月 B L A S T I N GS e p2 0 0 4 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 4 0 3 一0 0 5 2 0 4 倒锥壳水塔控制爆破拆除实践 焦永斌，刘连生，张丹，陆哲祥 南方冶金学院环境与建筑分院，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要待拆除水塔位于江西省新奈市闹市区内。谊水塔仝高约5 5m ，倒惟形水池容积3 0 0m 3 。根据水 塔周边环境．在对水塔进行受力分析的基础上，采用在水塔倾倒中心线处开定向窗、爆破切口长度内两端开 凿定位导向口等拉制爆破技术，成功地对待拆除水塔实施了定向爆破拆除，为同类工程施工提供了宝贵的经 验。 关键词倒锥壳水塔；控制爆破拆除；定向窗；定位导向口 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A P r a c t i c eo fC o n t r o l l e dB I a s t i n gi nD e m o l i s h i n gt h e R e v e r s eC O n e - s h a p eW a t e 卜T O w e r J 工A oy o n g ．6 抽，L J UL 妇n 一曲P H g ，Z H 4N GD 口n ，L UZ 争z 缸n g E n v i r n m e n ta n dC 。n s t r u c t i o nF a c u l t y ，S o u t hI n s t i t u t eo fM e t a l l u r g y ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，c h i n a A b s t r a c t T h ew a t e rt o w e rt ob ed e m o n s h e di sl o 阻t e di nt h ed o w n t o w no fx i n g y uc i t yJ i a n g x ip r o v i n c eT h 。 w a t e r t o w e rw i t ht h ec a p a b i l i t yo f2 0 0c u b i cm e t e 培i s5 5m e t e 措h i g h ．A c c o r d i n gt ot h en l e c h a n i c a I a n a l y 3 i so nt h e d e n ∞l i s h i n gw a t e rt o w e ra n dt h ew a t e rt o w e r5 u r r o u n d i n g s 。t h ed i r e c t i o n a lw i n d a W Si sd i g g e da tt h ep l a c eo ft h e w a t e rt o w e ro ft h ed i r e c t i o no “h ew a t e rt o w e rt o p p l i n g 。a n dt h et w o0 r i e n t { n gh d e sa r ed i g g e da tt h eb o t he n d 3o f t h ee x p l ∞i v en o t c h ，m ∞n w h №。o t h e rm ∞s u r 鹤a r et 8 k e ns ot h a tt h ew a t e rt o w e ri ss u c e s s f u U yd e m o I i s h e db yd i r e c t i o 衄U yc o n 廿o l I e db l ∞t i n gs 。m ep d n c i p l ∞c a nb ea t t a i n e d { o r5 i m i I a rb I a s t i n gi nt h ep r a c t i c e K e yw o r d s r e v e r 吕ec o n e - s 1 1 a p ew a t e rt o w e r ；d e m o l i t i o nb y ∞n t r 0 I I e db l a s t i n g ；d i r e c t i o n a lw i n d o w ；o r i e n t i n g h o I e 1 工程概况 1 ．1 爆破工点的周围环境 待拆除水塔为江西省新余市粮油饲料公司 1 9 8 6 年9 月建设的一座第三代水塔倒锥壳水 塔。水塔位于新余市闹市区内，周围环境十分复杂。 根据实测水塔南侧为一条东西走向的大街，大街两 侧为沿街楼房 楼房底层均为店面 ，水塔离楼房最 近点为1 2 m ；水塔西侧1 0 m ，北侧2 5 m ，东侧6 0 m 收藕日期2 0 0 4 一0 5 2 7 作者简介焦永斌 1 9 4 8 一 ，男；赣州南方冶金学院环境与建筑分碗 教授 均有楼房 见图1 水塔周围环境示意图 。根据调 查，水塔东侧 水塔设计倒塌方向 地面、地下、空中 6 0m 内均无需保护的设施。 1 ．2 水塔结构概况 由于新余市粮油饲料公司机构多次变动，建造 该水塔的有关设计、施工资料均未找到．水塔的结构 概况主要靠实测获得。 1 ．2 ．1 结构尺寸 水塔全高约为5 5m 。水塔塔身为钢筋混凝土 圆筒；塔身高4 5m ，外径2 ．4m ，内陉2 ．Om ，壁厚 0 ．2m 。塔身与倒锥形水池底座交接部位高约2 ．0 m 。倒锥形水池垂直高度60m ；水池底圆内径为 万方数据 第2 1 卷第3 期焦永斌等倒锥壳水塔控制爆破拆除实践 5 3 一 J 楼I ●， 房l ’ ＼ 水塔预 倒塌位 临街矗房 f E 二二二兰‰i 5 0 _ 一 图l 水塔周围环境示意图 单位m 3 ．1m ，顶圆外径为1 3 ．1m ，顶圆内径为1 28m ，壁 厚0 ．1 5m ；水池顶盖呈圆弧状，顶盖最大直径1 3 ．1 m ，厚O ．1 m 。顶盖垂直高度约2 m 。 水塔塔身下部南侧有一个0 ．6m 2 ．0m 的 门。倒锥形水池内有一个内盖和可供人员上下池顶 的钢筋混凝土圆筒。内盖外径为3 ．1m ，厚0 ．1m ； 圆筒外径为1 ．1m ，内径为O ．8m 见图2 。 I I l I 倒塌方向 图2 水塔结构示意图 单位m 48 2，，倒塌中心线 F 、十 巾 融 定他导向口 担丘囊蜜 窗 J 十 图3 爆破切口形状图 单位m 1 ．2 ，2 配筋与自重 预开定向窗揭露出的塔身下部配筋情况为塔 身壁厚0 ．2m ，中央布一层钢筋。轴筋 竖直方向的 钢筋 为 2 5m m 的螺纹钢，间距为0 ．0 8m ；箍筋 水平方向的钢筋 为幅～1 2 m m 幅与 1 2 这2 种 钢筋间隔使用 的圆钢，间距02m 。 根据实测数据，并参阅有关资料，钢筋混凝土平 均按每立方米重2 ．6t 计算待拆水塔的自重。计算 结果如下地平面以上塔身自重1 2 5 ．7 9t 。倒锥形水 池 包括池内的构造及池盖 自重8 2 ．4 8t ，地平面以 上水塔总重量P 为2 0 8 ．2 7 t 。 1 ．2 ．3 水塔的垂直度 根据反复实测水塔塔身的垂直度较好，但上部 倒锥形水池的池顶的中心向北偏移，以A A 线为基 准线，把水池池顶的中心投到塔身上，水池池顶的中 心向北偏移了1 3c m 。 2 方案选择及倒塌中心线的确定 根据水塔高度和周围环境，采用朝东方向定向 倒塌方案。按既不产生后坐，也不允许产生前冲，倒 锥形水池的落点定在东西走向的两排楼房中央，并 以此作为水塔定向倒塌的理论中心线 简称A A 线 ，进行有关设计计算。根据作图和计算，水塔实 际倒塌的中心线与A A 线的左右偏差不允许超过 1 0 。。否则．将砸在南侧或北侧的楼房上。周围的环 境对这次爆破的定向准确度要求较高。 若把水塔的理论设计定向倒塌中心线定在两建 筑物的中央 即A A 线上 ，位于水塔塔身底部南侧 1 的门有一小半 约为门宽的 落在爆破切口内。这 J 种情况下．门对倒塌方向将产生很大影响，实际倒塌 中心线将向南偏移，门的影响可使倒塌中心线最大 向南偏9 ．3 4 。为此，理论设计倒塌中心线应向北偏 移。由于锥形水池池顶的中心向北偏移1 3c m ，这 一因素将使水塔的倒向向北偏，最大偏向可达5 。。 若只考虑池顶中心向北偏这一因素，则理论设计倒 塌中心线应向南移。综合考虑门和水池中心向北偏 移这2 个因素，理论设计倒塌的中心线在A ．A 线北 侧，与A ．A 线的夹角为59 ，预计实际倒塌中心线会 在A ．A 线上或南侧，与理论设计倒塌中心线的夹角 在5 9 ～8 。之间，与A A 线的夹角在O 。～3 。之间 见图 1 。 考虑到水塔塔身壁厚仅0 ．2m ，为了确保水塔 在爆破倾倒前的稳定性，就不再作切断余留截面中 心部位的钢筋等预处理措施。 3 爆破切口设计 31 切口形状 爆破切口形状近似为等腰梯形“o ”。爆破切口 两端的定位导向口顶角为4 5 。 见图3 。 3 ．2 切口长度的确定 水塔为1 9 8 6 年度建的钢筋混凝土建筑，强度 1 高、完整性好，切口长度原则上为塔身外周长的。 J 考虑到门的影响等因素【1J ，爆破切口所对应的圆周 万方数据 爆破 2 0 0 4 年9 月 角口 2 3 0 。。约为外周长的O 器2 3 0 ．．4 ．8 2m 。 3 ．3 余留截面受力计算 6 4 ，爆破切口长度L 4 爆破参数 水塔塔身混凝土抗压强度6 ， 2 0M P a 。爆破 后，余留截面面积为0 ．3 8 4m 2 ，若按爆破切口形成 瞬问，水塔总重量均匀加压在余留截面上，余留截面 上受压P 。 驾％署o ．1 54 M P a 2 0M P a ， 故可确保余留截面不被瞬间压碎。 混凝土为脆性材料，其抗拉强度远低于抗压强 度，一般约为抗压强度的壶～鑫。当切口形成后， 根据理论分析和工程实践，余留截面将在重力分力 作用下 倒塌方向余留截面受压，背面受拉 遭到破 坏，一部分被压碎，一部分被拉断，水塔按指定方向 倒塌。 3 ．4 爆破切口谪度的计算 所用钢筋的类别按常规考虑，2 5 螺纹钢筋按 1 6 锰钢，弹模E 2 ．2 1 0 5 M P a ，容许应力【6 P ] 21 1 0 2 M P a ，抗拉强度[ 6 b ] 5 ．2 1 0 2 M P a 。 34 ．1 按底端固定，顶端自由的欧拉压杆公式求爆 破切口高度 ， k 。 号厣 6 4c m 式中，E 为十2 5 螺纹钢筋的弹模；J 为十2 5 螺纹钢筋 的截面积惯性矩，J2 壶“d 4 。1 9 1 74 8 m m 4 ；H 为水塔轴筋数量，n 8 3 ；尸为水塔总重量，P 2 0 82 7 0k g ； l B m 18 0 ．2 十06 4 1 ．5 2 m ；式中，女为经验系数 1 ．5 ～2 ．O ，取 1 ．8 ；B 为爆破切口处壁厚，B O2m 。 3 ．4 ．2 按倾覆力矩与余留支撑截面极限抗拉能力 来验算切口高度 2 ”吾肌“，s 毕，譬 警 - ，s 鼍裹乒 焉 s 。c m 式中，K 为系数，K 1 ．1 ～1 ．5 ，本设计取1 ．5 ；5 为余留截面钢筋总截面积，s 号d 2 n 号2 ．5 2 2 7 1 3 2 ．5c m 2 ；D 为切口处水塔的外径，D 4 0 c m ；Z 。为水塔重心离地的高度，Z 。 26 2 8c m 。 其它符号屙前。 实际取切口高度为1 ．8m 。 孔深L ，L B 1 3c m ；孔间距 水平方向 炮孔间距 口，d 1 6c m ；排间距 垂直方向炮孔间 距 6 ，6 2 0c m ；总f L 数N ，N 2 2 9 个；单7 L 装药 量口，q 女口弛 30 0 0 xO 1 6 0 ．2 02 1 9 ．2g o 式中，女为炸药单耗，根据试爆，女取3o o Og ／m 3 ，实 际取2 0g 。 总装药量Q ，Q ∑g 2 2 9 2 0 45 8 0g 。 布孔方式梅花形布孔，由倒塌中心线开始，对 称地向两侧布7 L 。 定位导向口处内只布了3 个炮孔，这3 个炮孔 的孑L 位离定位导向口的边界线不小于1 5c m ，以避 免爆破时破坏定位导向口的外轮廊【2 ，⋯。 5 起爆方式及起爆网路 主爆、定位导向口和定向窗均采用普通2 0 段毫 秒电雷管全串联网路，由G M 一1 0 0 0 型高能起爆器起 爆。 主爆使用1 、3 、5 、7 段毫秒电雷管，并由定向窗 开始。两侧对称地依次安排各段毫秒电雷管。 6 塔体触地引起的地震震速计算 触地冲量 J “ l √2 9 z 。 2 0 82 7 0 ／2 9 ．8 2 6 ．2 8 47 2 68 0 2N s 触地引起的地震速度 。一o0 8 和e ，- o0 8 焦≯ 1 ” 4 ．0 5c m ／s 式中，”t 和z 。分别为水塔的质量和重心的高度，g 为重力加速度，R 为水塔落地产生最大振速点离最 近建筑物的距离。 7 主爆前的预处理 在设计的爆破切口长度内，两端开凿2 个形状 一致的定位导向口。定位导向口的形状为等腰直角 三角形，顶角为4 5 。，切口宽度为6 0c m ，高度为6 0 c m 见图3 。用爆破法先形成初始轮廊，再用尖凿 修整到符合设计要求，并在主爆前割去孔内所有钢 筋。 设计在倾倒中心线处开设一个与该中心线对称 的0 ．6 m 1 ．8m 的定向窗，定向窗用爆破倾倒中 万方数据 第2 l 卷第3 期 焦永斌等倒锥壳水塔控制爆破拆除实践 心线处的3 排炮孔形成。主爆前割去定向窗内的全 部钢筋。 用高标号的水泥砂浆和红砖封堵塔身下部的门 洞，尽量消除门洞对水塔倒塌方向的影响。 切除塔身内所有的管线和供行人上下的楼梯， 从地面开始切除高度大于3 ．0m 。 8 安全技术措施 为严防爆破飞石，除用炮泥堵塞炮孔至孔口外， 还对爆破部位进行严格的覆盖。根据现场材料情 况，采用在施爆表面堆码装满谷壳的麻袋，外层用二 层紧密搭接的竹荆笆包住，再用多根1 0 铁丝把覆 盖物固定在施爆部位上。 为降低水塔倒塌落地时产生的冲击地震及可能 产生的落地冲击飞石，采取在倒塌方向上铺～层无 砖石等硬物的砂土；在水塔倒塌中心线上4 5m 和 5 0m 处．用装满砂土的编织袋堆2 条与倒塌中心线 垂直的，长1 0 m ，底宽2 m ，高1 m 的堤。 9 爆破效果 起爆后约2s ，水塔开始倾斜；然后稍有缓慢下 5 5 坐并继续向倒塌方向倾斜；约4s 后，迅速倾倒；约5 s 。水塔整体按预定方向倒塌。 爆后现场调查，水塔基本仍为一体，但塔身上部 被损．塔身下部2 5m 基本无大破损，只出现裂缝。 倒锥形水池已部分被压扁。没有出现后坐或前冲， 但下坐约2 ．Om 。水塔最远落点约为5 25m ，倒锥 形水池最大边缘处的落点离水塔基础的距离约为 4 9 ．5m 。水塔完全按设计者预期的倒塌方向倒塌， 实际倒塌中心线在A ．A 线的南侧，与理论设计倒塌 中心线的夹角为7 。，与预计倒塌中心线 即A _ A 线 的夹角为2 。，完全符合设计者预计目标。震动小， 爆破点5 0m 以外无震感；水塔周围1 0m 以外无飞 石；爆破周围建筑物无任何损坏，完全达到设计要 求。 ‘ 参考文献 [ 1 ] 冯叔瑜城市控制爆破[ M ] 北京中国铁道出版社． 1 9 9 1 ． [ 2 ] 周冶国．某公园水塔的爆破拆除C J ] 爆破，1 9 9 8 增 刊 3 0 ～3 3 [ 3 ] 龙源8 0m 高钢筋混凝土烟囱的爆破拆除[ J ] 爆 破，1 9 9 8 增刊 2 5 ～2 8 上接第5 1 页 因此，可以认为本次钢筋混凝土烟囱双向折叠 定向倾倒爆破过程倾倒方向得到了非常好的控制。 6 ．3 烟囱折叠效果及爆堆形状 爆破后发现，烟囱完全按设计要求实现了双向折 叠爆破，下部3 0m 完全重叠在～起。实测堆积范围 为从烟囱中心计，向东侧倒塌长度3 1 ．2m ，向西倒 塌长度3 8 ．4m ，向东倒塌部分完全重叠在一起除东 侧最上层2 1 ．6m 龟裂外，其余大部分破碎情况良好， 混凝土简体破碎，钢筋大部分与混凝土脱离。 f 0s 爆堆高度烟囱原中心部位爆堆高2 ．8m ，东部 3 1 ．2m 处1 ．2m ，自烟囱向中心向西侧部分破碎充 分，钢筋与混凝土完全脱离，爆堆高度不足O ．5m 。 烟囱顶部跌入水池。 实测爆堆范围和爆堆堆积高度数据表明1 上 下2 部分筒体倾倒过程中折叠非常成功；2 在整个 烟囱的折叠倾倒过程中，上部切口部位的支撑筒壁 没有发生压溃式后坐或塌落，从而确保了烟囱按设 计方向倾倒。 f - 25s 产5Osf 65s 图4 烟囱折叠倒塌过程 参考文献 [ 2 】 [ I ]丁帮勤，徐天瑞．爆破拆除四座1 0 0m 高烟囱 J 】爆 [ 3 ] 破，1 9 9 9 ，1 6 增刊 l ～7 ． 杨仁华高聋钢筋混凝土烟囱爆破拆除三例[ J ] 爆破 2 0 0 3 ．2 0 3 5 0 ～5 2 杨溢8 0m 高钢筋砼熘囱的爆破拆除[ J ] ．爆破 2 0 0 2 。1 9 1 4 9 ～5 1 ． 万方数据