薄壁筒型钢筋混凝土水塔的控制爆破拆除.pdf

第 “卷第期 年“月 爆破 “ 3 / 0 * - / , / 1 , / - * / - “ C D 9 , C E ,F6 , C D J A E 9 9 9 ’ I E C , IJ A , , C 9 ; 9 ’ ； J ; 9 GI , 5 ’ 9 9 ’ 工程概况 待拆体为筒型薄壁钢筋混凝土水塔， 建于 世 纪3 年代， 高/ 5， 其中塔身高 /5， 外径/ 5， 壁厚仅 5； 上部水箱高3 5， 外径为4 05， 壁厚 5， 水塔塔身采用单层布筋， 纵向布筋为 /5 5螺纹钢， 间距为 05， 环向布筋为 05 5 “ 0 5 5。在塔身底部正北向有出入门， 门高 “ 5， 净宽 05， 整个水塔完整性好， 无风化裂缝和 偏移等现象。水塔总质量为 0 ， 水塔重心高度为 “ 35。 水塔周围环境如图， 东侧15处为0 5 的 蓄水池， 南侧35处为二层办化楼， 西侧05处为 收稿日期 . 4 . 1 作者简介 郭进平男； 西安 西安建筑科技大学安全研究所 院内马路， 马路边有一架空蒸汽管道， 北侧原为两个 加工车间， 现已拆除为空地， 即将进行基础开挖。由 于基础开挖的需要， 水塔北侧地下管线已改线， 倒塌 区无地下管线， 为松软黄土表土层。 图爆破环境示意图 （单位 5） 爆破方案 由于待爆水塔壁仅厚 5， 依据现有技术条 万方数据 件， 采用浅眼钻孔法爆破有一定难度， 即最小抵抗线 和药眼间距均较小， 炮眼数目太多， 且精度要求相当 高， 将给钻眼、 装药和联线等一系列工作增加难度， 而爆破的效果不一定理想。考虑周围环境和塔体结 构尺寸， 决定采用外敷填埋药包爆破， 向北定向倾倒 方案。 爆破切口设计 “ 爆破切口 为了方便施工， 减小后坐， 根据以往以验， 切口 展开形状采用矩形。爆区切口长度取塔体外周长的 “ 倍， 即爆区切口长度为 “ ’， 以塔身底部的 正北向出入门的边线开始向两侧各开’宽的切 口， 切口高度为 “ ’。 “ 定向窗 为确保水塔定向准确， 使预留部分不受爆破影 响， 并进一步了解筒体结构强度、 布筋情况， 同时为 降低爆破总药量、 增加爆破安全， 预先开凿定向窗。 考虑水塔出入门在切口中间位置并使切口两侧爆区 对称， 在切口两侧各开一个高 “ ’， 宽 “ *’的矩 形定向窗。定向窗采用人工机械方法开凿、 修整， 以 保证其位置和设计精度， 用气焊割断钢筋。 “ 预拆除的安全校核 定和窗开凿后， 爆破切口区域形成两个宽 “ ’、 高 “ ’、 厚 “ ’的板状结构。水塔自重 ， 每个板柱的水平横截面积为 “ , ’ 。假设水 塔的全部重量集中在一个板柱上， 则该板柱的压力 为 - “ -. /／ 0 ’ ， 小于钢筋砼所允许的耐压强度 ［ ］ 1 . / ／ 0 ’ ， 可见预拆除是安全的。 爆破参数设计 外敷埋药包爆破在药包放置和爆破破坏作用方 向上与接触爆破和裸露爆破法有相同之处， 但在药 包周围覆盖介质上却不同。后者一般是以空气或水 为介质， 而外敷埋填爆破是在外敷药包周围用砂土 （水） 介质填实到一定厚度， 实际是药包在软硬不同 的固态介质的交界面上爆破。 “ 受力分析 炸药爆炸后以冲击载荷的形式作用于钢筋砼表 壁。由于药包均匀布置、 间距小， 可以认为作用于表 壁的冲击载荷是均匀分布的。药包布置形式有内壁 布置和外壁布置两种形式， 起爆后砼表壁的受力情 况不同。在冲击载荷的作用下， 砼破裂脱落， 钢筋弯 曲甚至拉断， 使得切口形成， 在偏心力矩的作用下， 水塔产生倾倒。 砼材料破坏过程经历了弹性、 微裂纹广泛延伸 和应变软化三个阶段。砼破坏除了与冲击载荷峰值 压力大小有关外， 还与冲击载荷持续时间和积累作 用冲量的大小有关， 这种因素的综合作用决定于 砼内部破坏的进展和发生。 假设炸药瞬时爆轰， 且不计应力波的传播而研 究动荷载响应问题， 则对于爆区内砼任一微元， 满足 连续方程 ［］ “ “ “ “ （ ） “ “ 运动方程 “ “ “ 2 2 式中 为质点的径向速度。 屈服条件 （ ） “ （ ’） “ （ ’） 式中 为材料的动态屈服极限。 假定砼内体积不变以及处于平面应变状态， 故 有 ’（“） ／， 即屈服条件为 在条件已定的情况下， 、 主要取决于药量 的大小， 所以通过合理的药量选取， 在冲击载荷的作 用下， 可以使得砼内部应力作用满足屈服条件， 从而 达到定向拆除的目的。 “ 外敷埋填药包的药量计算 文献 ［］ 在钻孔爆破药量计算经验公式的基础 上， 给出了一个按照单位破碎厚度用药量计算的经 验公式 * 式中为爆破药量， /；为破碎厚度，0 ’，取1 0 ’；*为破碎单位厚度所需炸药量，/ ／ 0 ’，*与 炸药种类、 构件材质和厚度、 填埋施工条件等因素有 关， 在使用 岩石炸药条件下， 系数*的经验数据 如表。则单个药包药量1 /。 表不同材质单位厚度用药量系数*值 构件材质构件厚度／ 0 ’*／/0 ’3 钢筋砼板墙梁柱构件 “ “ , “ 水泥浆砌砖墙 “ “ “ 药包间距 对于大面积破碎如钢筋砼板、 墙或砖墙等需要 用群药包， 其药包间距应根据欲爆块度大小和施爆 体厚度来确定， 一般经验取值 ,-（ . -- . 第 ,卷第期郭进平等薄壁筒型钢筋混凝土水塔的控制爆破拆除 万方数据 ）， 考虑到施爆对象拆除的准确性、 安全性， 本次 爆破取““ “ 。 ’ ’ 药量校核 爆破实验表明， 集中药包在介质中爆破时爆破 冲击波和爆生气体共同作用使介质发生破坏。其 中， 装药爆破在介质中激起的冲击波或压力波的能 量约占爆炸能量的 * *； 爆炸产物膨胀作用 于介质的能量占, * *； 另外有 *“ * 的能量损失掉 ［“］ 。前苏联爆破工业局认为 ［’］ ， 外敷 药包爆破的有效能量只相当于炮眼法爆破的 ’ *。 外敷埋填药包的炸药能量利用率介于外敷药包与钻 眼爆破之间， 与外敷药包相比， 主要区别在于炸药爆 炸产物膨胀作用于介质的能量利用率不同。考虑到 外敷埋填药包的填埋物和爆炸构件强度较大的差异 性， 实际膨胀作功的能量绝大部分消耗到埋填物上， 只有少量能量对待爆构件作功， 这里取爆生气体膨 胀作用于介质的能量利用率为, * *。利用炸 药量来反映， 则外敷埋填药包炸药单耗 与介质爆 破单耗之比为 , ’。 目前， 已经具有相对成熟的经验取值， 根据 本次爆破工程实际情况及“、 、’值可求得 - - . / ／ “， 而该情况钻眼爆破的炸药单耗取值 . / ／ “， ／ “ ,， 在取值范围内 ［,］ 。 , 施工技术与安全防护 , 药包形式及填埋方法 采用集中药包， 按设计药包称重后， 将炸药装入 塑料袋， 用手捏成所需药包形式， 然后按设计紧贴于 施爆体的壁面位置布置。 对于直筒型水塔的外敷埋填药包爆破， 有内壁 外敷和外壁外敷两种形式。但考虑内壁外敷的形式 起爆后， 产生大量的空气冲击波在约束筒体的空间 内作用对筒体倾倒产生不良影响， 故本次设计采用 外壁外敷埋填的形式。药包的埋填材料取自于现场 的黄土， 将黄土装入编织袋中， 由底板填起到药包设 计位置， 将药包贴壁放好， 药包周围用湿土填实， 引 出起爆线后， 再填埋黄土袋， 土袋子周围空隙用湿沙 土填塞捣实。填埋宽度为 ,， 高度比爆高高 ,。 , 安全防护 填埋体对爆破本身起着安全防护作用， 并在水 塔触地时起着缓冲层作用。为了防止空气冲击波和 个别飞石的危害， 应保证设计的填埋厚度和填埋质 量外， 要求填埋材料中不得混有碎石或砖块。为了 保证水塔侧蓄水池和南侧建筑物不受震动破坏， 在 水塔东侧及南侧挖一条深， 宽 ,的减震沟。 爆破效果及分析 起爆后约0水塔倾斜， 倒塌过程持续大约, 0， 倒塌过程中水塔完整性好， 无后坐现象。爆破后 切口部分的砼已明显为爆炸能量所破坏， 轴向钢筋 部分炸断， 砼充分剥离。 在极薄型筒体的定向爆破拆除中采用外敷埋填 药包定向爆破时， 准确地确定药量是关键， 有条件的 先采用试炮方式校核药量； 如没有条件， 在做好安全 防护工作的前提下， 可适当增加药量， 使切口的成形 得到保证。 参考文献 ［］ 薛大为板壳理论 ［1］北京 北京工业学院出版社， 2 2 3 “ 2 4 “ ［］ 杨宏业， 金骥良， 翟广歧填埋药包爆破法 ［5］爆破 （） , 4 , “ ［“］ 颜事龙岩石中集中装药爆破能量分布的计算 ［5］爆 破器材， 2 2 “ （） ［’］ 刘殿中工程爆破实用手册 ［1］北京 冶金工业出版 社， 2 2 2 , 4 , 2 ［,］ 杨振宏控制爆破拆除复杂框架窑体 ［5］工程爆破 （’） “ 2 4 ’ “ 爆破 年2月 万方数据