25 m廢棄水塔爆破拆除技術應用*

程三建,陶 明,羅福友,劉成敏

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司，江西 南昌 330038；2.江西省爆破工程技術研究中心，江西 南昌 330012)

1 工程簡介

某廢棄水塔為框架式鋼筋混凝土結構，其高度25.0 m，水箱體為鋼筋混凝土澆筑而成的圓筒結構，高約5.0 m，直徑6.0 m，壁厚0.5 m。鋼筋混凝土框架高20 m，水箱由鋼筋混凝土框架支撐，框架由4根鋼筋混凝土柱、3圈鋼筋混凝土圈梁及3根水管組成，見圖1。鋼筋混凝土框架柱體截面積為正方形，其邊長為40 cm×40 cm，由于甲方無法提供水塔建設圖紙，因此其鋼筋混凝土柱體的配筋不詳。

水塔四周環境復雜，周邊有居民樓和人行道路，具體見圖2。東面：距居民樓7 m和63 m，距圍墻8 m；西面：距民房77 m；北面：距廢舊房屋8 m；南面：距圍墻4 m。

2 拆除爆破方案

2.1 拆除爆破方案選擇

定向倒塌的環境條件是預定倒塌的方向要有一片空地，其長度必須大于1.0～1.2倍水塔的高度[1-3]。根據現場的實際情況，本次爆破采用向西偏北21°倒塌控制爆破拆除方案，該方向為空曠油菜花地，但倒塌時有可能對北面廢舊房屋有所影響。經與業主協商，此廢舊房屋也是待拆，受到破壞無礙。故本次爆破水塔倒塌方向選擇符合安全要求。

2.2 預處理

實施爆破之前需進行預處理，把水塔與地面連接的水管切除，切除高度不小于爆高；若爆高大于圈梁高度時，最下面一層圈梁進行預拆除。

圖1 待拆除水塔實圖

圖2 爆破周邊環境

3 爆破參數設計及效果

3.1 爆高的確定

爆高按式(1)計算。

HP=K(B+Hmin)

(1)

式中，HP為立柱的破壞高度；K為經驗系數取1.5～2.0；B為立柱截面的最大邊長，取0.4 m；Hmin為12.5d(d為立柱主筋的直徑)。

按式(1)得出的爆高可以保證水塔倒塌，由于本水塔倒塌時必須控制向西北面倒塌，因此前排立柱爆高要高，后排相應降低。同時，炸高同時還應滿足傾倒時炸高缺口閉合后，框架整體重心應到達或移出框架底平面范圍以外，才能使之完全傾倒[4-6]。否則在框架強度較高情況下，可能會造成“傾而不倒”情況，留下安全隱患。根據經驗，選取1#柱為3.6 m，2#～3#柱為2.4 m，4#柱為0.6 m，如圖3所示。

圖3 爆高選取

3.2 爆破參數的確定

(1) 炮孔直徑d的確定。根據本工程具體情況，選取d=40.0 mm。

(2) 最小抵抗線w。采用w=B/2計算，本項目主體厚度或邊長B為40.0 cm，則w=20.0 cm。

(3) 孔距a。在四面臨空的鋼筋混凝土承重立柱和梁的爆破中，一般炮孔臨近系數m=a/W=1.20～1.25為宜。a=m×W=(1.20～1.25)×20 cm=24～25 cm，設計初定為24 cm，根據現場鋼筋混凝土柱體的配筋情況爆破技術人員可以調整參數。

(4) 炮孔深度L。因為本方案采用水平炮孔且布單排孔，截面為正方形，故炮孔深L=0.58B=0.232 m，取24 cm。

(5) 炸藥單耗q。根據爆破實際經驗，選取本項目的q=1.0 kg/m3。

(6) 每孔裝藥量Q單。采用Q單=qV計算，則Q單=38.4 g，取40 g。每個炮孔的裝藥量由現場爆破技術人員按照該公式計算并校核，計算時要防止出現炸藥量超標或不足而引起安全事故。

(7) 總裝藥量Q。采用Q=n×Q單計算，式中n為爆破的炮孔總數。爆破前要根據此公式計算本工程爆破需要炸藥量，通知炸藥庫準備好炸藥，以保證爆破施工按期進行。

3.3 起爆網路設計

3.3.1 起爆網路組成

考慮到拆除水塔周圍電纜、電線等，起爆網路由導爆管雷管和四通組成，以確保起爆網路的安全和可靠。

3.3.2 起爆順序

為避免水塔爆破過程飛石和倒塌過程飛濺起的飛石影響到周圍房屋、玻璃等的安全，按照水塔向西偏北21°定向傾倒的爆破方案，1#立柱爆后所產生的傾覆力矩作用時間較長，相應要加大排間起爆時差。設計采用時差為：1，2排間約為100 ms；2，3排間為540 ms。各個柱體的起爆時間及雷管段別見表1。

表1 起爆順序與時間

水塔的倒塌方向為西偏北21°，實際施工時要根據現場具體情況，對水塔倒塌范圍內進行防護，即清理水塔倒塌范圍內的磚塊、碎石等，并在倒塌范圍內敷設一層細沙或黏土，以減少水塔倒塌過程中引起的振動，同時防止飛濺物產生，避免事故發生。

3.3.3 起爆網路連接

采用導爆管毫秒雷管制作起爆體，爆破區域內孔外統一用雙發Ms-1段毫秒導爆管雷管或四通連接，將網路連接至起爆站，采用起爆器引發激發槍進行起爆。

起爆站必須設在安全、視野開闊、便于觀察周圍情況和警戒情況的地方。采用起爆器引發激發槍引爆網路，導爆管連接必須可靠穩定，接法正確，保障網路準爆，起爆網路連接見圖4。

圖4 起爆網路連接

3.4 塌落振動驗算

對于塌落觸地振動速度，采用周家漢教授提出的建筑物爆破拆除時的塌落振動速度計算公式計算：

(2)

式中，v1為塌落引起的地面振動速度，cm/s；M為下落構件的質量，t，本項目M=170 t；g為重力加速度，9.8m/s；H為構件的重心高度，m，本項目H=32.0 m；σ為地面介質的破壞強度，一般取10 MPa；R為離沖擊觸地點與保護物的距離，m，本次水塔重心塌落點距保護物(東面房屋)距離為35 m；k1，β為塌落振動速度衰減系數和指數，k1=3.37～4.09，取k1=3.5；β=-1.80～-1.66，取β=-1.8。

對于水塔周圍不同距離，將k1，β代入式(2)，計算結果見表2。由表2可知，水塔倒塌時，東面房屋是安全的。

表2 觸地振動速度安全校核計算結果

3.5 爆破效果

本次爆破取得圓滿成功，水塔順利倒塌，且對周圍建筑無損害，倒塌距離16 m，效果佳，爆破效果如圖5所示。

圖5 爆后效果

4 結 論

水塔爆破拆除的兩個關鍵因素為爆破切口高度和前后排立柱起爆時間差，此次爆破切口角度23°，第一排和第二排立柱延時約110 ms，二排與三排延時約540 ms。綜合考慮以上爆破設計參數和爆破效果，水塔爆破切口需滿足一定角度，角度不夠水塔將無法倒塌或倒塌方向偏離；對于有三排立柱或以上的水塔，第一排和第二排立柱之間延期時間不宜過長，后排立柱和鉸鏈立柱時間不宜過短，一般大于500 ms，否則易造成倒塌方向偏移，前坐或后坐等不良現象。