涔天河水庫擴建工程右岸老廠房拆除爆破設(shè)計與施工

鄧 拉

（湖南省大宇水電建設(shè)工程有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

涔天河水庫擴建工程位于湘水支流瀟水上游涔天河峽谷出口處，永州市江華瑤族自治縣東田鎮(zhèn)境內(nèi)，下距東田鎮(zhèn)和江華縣城分別為3 km 和12 km。該工程是以灌溉、防洪、向湘江下游長株潭河段補水為主，兼顧發(fā)電、航運等綜合利用的大型水利水電工程。水庫正常蓄水位313.0 m，總庫容15.1 億m3。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、1#泄洪洞、2#泄洪洞、放空洞、發(fā)電引水洞、電站廠房和灌溉渠首等主要建筑物組成。

右岸老電站位于原混凝土擋水壩下游，右側(cè)及下游均為臨空面，其中部分在水下，左側(cè)為待拆除筏道，筏道左側(cè)為山體與公路。

為了配合擴建工程放空洞新建消能工，需對右岸老電站主副廠房、安裝場、廠區(qū)岔管支管等建筑物進行拆除。老電站廠房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑物，主要由鋼屋架、型鋼、鋼筋混凝土梁柱組成。拆除高度22 m，上下游長度15 m，寬度35 m，采用人工、機械、爆破相結(jié)合的方式拆除。

2 拆除爆破方案

拆除工程施工程序為：施工準(zhǔn)備—→電氣線路拆除—→設(shè)備拆除—→金屬結(jié)構(gòu)拆除—→廠房上部拆除—→廠房下部拆除—→壓力鋼管鋼筋混凝土拆除—→清理結(jié)束。

建筑物爆破都是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量破壞結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)在自重作用下失穩(wěn)，并使其在失穩(wěn)過程中扭曲變形和落地沖擊過程中解體。如果全部鉆孔爆破的話，則工作量相當(dāng)大，可根據(jù)柱長、所處位置和有無鉆孔平臺，每根立柱爆破4～6 處，由底層向上爆破高度逐漸減少，1～2 層立柱的破壞程度是廠房倒塌的關(guān)鍵。

老廠房上層承重構(gòu)件主要為立柱，爆破形式為原地坍塌，所以必須對承重構(gòu)件進行破壞。首先對發(fā)電機層墻體進行拆除，使老廠房上部結(jié)構(gòu)全部采用柱體承重，然后對發(fā)電機層承重柱進行爆破，使上部結(jié)構(gòu)自然倒塌解體。

老廠房上游為大壩，筏道左側(cè)為山坡，僅有一個方向具備較為開闊的場地，因此本工程采用一側(cè)“定向傾倒坍塌”的爆破方案。

采用爆破拆除方法可以大大加快施工速度，減少對周邊的長期影響，也可增加施工人員的安全保證，減少高空作業(yè)工作量。但是，爆破拆除具有一些其他的風(fēng)險，觸地震動、飛石防護都有較大的控制難度：

1）震動控制。主廠房最大高度約22 m，其解體必須控制得恰到好處，過早或過晚都不利于整幢廠房的拆除，過早解體對上部結(jié)構(gòu)的定向倒塌將產(chǎn)生不利影響，過晚解體又會造成上部樓層整體沖擊地面，產(chǎn)生很大的觸地震動。1#泄洪洞出口位于老廠房右側(cè)前方20 m 左右，拆除時須控制好震動，以免影響泄洪洞出口邊坡和底板的穩(wěn)定性。

2）飛石控制。由于老廠房由梁柱組成，結(jié)構(gòu)堅固，要使其充分解體勢必將增大爆破高度，給高空飛石的防護帶來很大因難。因此，爆破設(shè)計的原則是以降低觸地震動、控制飛石，保護周邊施工安全為主。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.1 破壞高度H

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)主要承重立柱的失穩(wěn)，是整體框架倒塌的關(guān)鍵。用爆破方法將立柱基礎(chǔ)以上一定高度范圍內(nèi)的混凝土充分破碎，使之脫離鋼筋骨架，并使箍筋拉斷、主筋向外膨脹成為曲桿，則孤立的鋼筋骨架便不能組成整體抗彎截面；當(dāng)暴露出一定高度的鋼筋骨架頂部承受的荷載，超過其抗壓強度極限或達到壓桿失穩(wěn)的臨界荷載時，則鋼筋必將發(fā)生塑性變形，從而導(dǎo)致承重立柱的失穩(wěn)。因此，滿足上述條件時的立柱破壞高度，可稱為最小破壞高度Hmin。

圖1 所示為鋼筋混凝土承重立柱最小破壞高度示意圖，假定最小破壞高度為爆破后暴露出的鋼筋骨架最小高度Hmin，鋼筋骨架上部實際作用的縱向壓力荷載為P（kg），立柱主筋的直徑為d（cm）、截面面積為F（cm2）、截面慣性矩為J、截面慣性半徑為i、容許應(yīng)力為〔σp〕（MPa）、彈性模量為E（MPa），主筋數(shù)量為n。首先進行壓縮強度校核，若實際作用在各個主筋上的壓力荷載P/n大于主筋允許承受的壓力荷載〔σp〕F時，則鋼筋必然發(fā)生壓縮破壞，導(dǎo)致立柱隨之下塌，否則應(yīng)進行壓桿穩(wěn)定計算。

圖1 立柱破壞高度

根據(jù)老建筑物設(shè)計圖紙初步估算廠房排架Hmin=40 cm。

理論計算和現(xiàn)有的實踐經(jīng)驗表明，為確保鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)爆破時順利坍塌或傾倒，鋼筋混凝土承重立柱的爆破破壞高度H宜按下式確定，即：

式中B——立柱截面的邊長；

Hmin——承重立柱底部最小爆破破壞高度；

K——經(jīng)驗系數(shù)，K=1.5～2.0。

根據(jù)本工程廠房排架尺寸和受力狀態(tài)計算H=150 cm，考慮炮孔排距H按180 cm 進行爆破設(shè)計。

立柱形成鉸鏈部位的爆破破壞高度H’可按下式確定，即：

式中B——立柱截面的邊長。

計算得H′=150 cm。

3.2 最小抵抗線W

一般在小截面鋼筋混凝土承重立柱的控制爆破中，應(yīng)取最小抵抗線W等于截面中最小尺寸B的一半，即W=0.5B；實踐表明，在大截面如80 cm×100 cm，100 cm×100 cm 及100 cm×120 cm 的鋼筋混凝土承重立柱的控制爆破中，宜取最小抵抗線W=20～50 cm，而且大小抵抗線應(yīng)相互間隔采取。

3.3 炮孔間距a

3.4 炮孔深度L

當(dāng)采用水平炮孔單排布孔時，對于正方形或圓形截面的鋼筋混凝土立柱，取炮孔深度L=0.58D為宜，D為正方形立柱邊長或圓柱直徑。炮孔深度L值的確定，應(yīng)以保證藥包中心恰好在這種立柱的中心為原則，否則，炮孔過淺或超深，均不可能使立柱截面內(nèi)的混凝土全部破碎，不僅影響倒塌，而且易于招致飛石。

對于矩形截面的鋼筋混凝土梁、柱，無論采用垂直或水平炮孔單排布孔時，合理的炮孔深度L宜按下式確定，即

式中H——梁、柱矩形截面的高度或長邊尺寸（cm）；W——最小抵抗線（cm）。

當(dāng)采用水平炮孔多排布孔時，對于正方形或矩形大截面鋼筋混凝土承重立柱，一般兩側(cè)邊孔的炮孔深度亦可按上式確定，即邊孔的孔深L等于側(cè)邊邊長減去邊孔的最小抵抗線W，而中間炮孔的孔深L則取側(cè)邊邊長的0.58～0.60 倍。

本工程廠房排架柱布置2 排孔，取L=100 cm。

3.5 單孔裝藥量Q 值的計算

單孔裝藥量：

式中V——單孔負(fù)擔(dān)體積；

Q——炸藥單耗；

q——混凝土梁柱爆破值（參考爆破手冊）。根據(jù)廠房排架柱情況選取Q=450 g。

4 爆破拆除施工

4.1 爆前處理

1）上部梁板柱結(jié)構(gòu)均用液壓錘及氣焊拆除。

2）為有利于大樓的坍塌與解體，減少爆破工作量，縮短工期，可對主廠房的墻體進行適當(dāng)處理，盡可能地掏空，僅留下梁柱板等結(jié)構(gòu)。

3）在坍塌方向上堆渣2 m 以上（設(shè)置表面起伏的緩沖層），以減小樓層倒塌時的觸地震動。

4.2 爆破工藝流程

施工測量—→鉆孔定位、編號—→鉆機就位—→鉆孔—→炮孔檢查—→爆破器材準(zhǔn)備—→裝藥—→聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)絡(luò)—→布設(shè)安全崗哨—→炮孔堵塞—→爆破覆蓋—→起爆信號—→起爆—→爆破后檢查—→排除瞎炮—→解除警戒—→渣體裝運。

4.3 爆后處理

對爆破后的碎石殘物立即機械破碎，并運出爆破區(qū)域。

5 結(jié) 語

涔天河水庫老廠房拆除嚴(yán)格按爆破設(shè)計圖紙進行測量放樣，嚴(yán)格控制每層爆破的傾向、傾角，采用了合適的爆破施工方法，選用優(yōu)良設(shè)備，取得了良好的爆破效果。廠房上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土承重立柱得到充分破壞且達到了定向倒塌的預(yù)期效果。

近年來隨著眾多改、擴建工程及病險水庫除險加固工程的實施，各工程中老建筑物拆除施工的可實施性及重要性逐漸凸顯，例如本文中涔天河水庫老廠房拆除實施過程，必須在充分了解原右岸廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出切實可行的安全的爆破方案，經(jīng)過安全評估，精心設(shè)計，精心施工，才能保證拆除工作安全、快速、高質(zhì)量地完成。