复杂环境钢筋混凝土倒锥壳式水塔定向爆破拆除

复杂环境钢筋混凝土倒锥壳式水塔定向爆破拆除

吴振宇

安徽省地质矿产勘查局313地质队安徽六安237010

摘要：因六安市市政基础设施建设需要，需对安徽省地质矿产勘查局313地质队供水水塔进行爆破拆除。该水塔为倒锥壳式钢筋混凝土薄壁结构，本文主要介绍了该水塔在复杂环境下定向倒塌爆破拆除技术，以及取得的成功经验。

关键词：复杂环境；钢筋混凝土薄壁结构；爆破拆除；定向倒塌

1工程概况

本工程需爆破拆除对象为钢筋混凝土薄壁结构倒锥壳式水塔，设地面相对高程为±0.00m，塔身总高为＋36.82m（不含避雷设施）；顶部为倒锥壳式水柜，储水约150m3,水柜最大直径11m，柜体净高7.82m；其下为塔身，直径2.4m，净高29m,壁厚18cm；位于塔身底部正西方向设置有2.1m×0.6m（高×宽）检修门，门体为钢制单开门，门洞底边高程为＋1.00m；塔身内部紧邻内侧壁分别在西北、东南及正南方向上安装有三根自上（水柜）而下的Φ150mm球墨铸铁供水管。塔身底部（检修门段，＋1.00m～＋3.1m高程段）配筋为单层竖向主筋，采用Φ18mmⅡ级螺纹钢筋，间距0.09m，环绕塔身周长方向总计81根（其中检修门洞两侧壁各4根，小计8根），主筋外侧为间距0.18m环向辅筋，采用Φ10mm圆钢；塔身混凝土标号为C25混凝土。

该水塔北侧及东侧紧邻城市交通干道金安路及六毛路，直线水平距离分别为20m、25m；其东北有东西走向的110WKV农电高压线过境，高压线总计6根，距水塔水平直线距离30m，架空高度20m；水塔西、西南、东南侧分别有需保护的民用及办公用房，单层砖混结构，距水塔水平直线距离9.3m至25m不等；水塔正南方向为313地质队办公楼（4层，框架结构），与水塔水平直线距离75m，水塔与办公楼间为绿地，栽植有胸径20cm的乔木，场地较为开阔。

2爆破方案选择

根据工程特点，水塔东、西及北侧均有建（筑）构物位于水塔允许倒塌半径范围以内，需加以保护。水塔正南侧距离被保护建筑物最远，为75m，且场地开阔，可实施该方向定向倒塌爆破拆除方案。

于水塔底部南侧爆破形成缺口，利用其自重失稳达到定向倒塌的目的，即降低施工成本，又能确保拆除施工安全。同时，水塔底部检修门位于爆破缺口范围内，不需进行预加固施工，钻孔工程量相应减少，缩短施工工期。因此，通过对该水塔结构分析，结合拆除施工现场环境，经分析比较，确定采用定向倒塌爆破拆除方案，定向倒塌方向为南偏东约5°方向。

2.1爆破缺口布置

2.1.1爆破缺口长度L

通常取1/2πD≤L≤2/3πD，考虑水塔自重较大，为确保爆破后支撑部位的强度，避免后座，取L=0.635πD=4.8m。

2.1.2爆破缺口高度（炸高）H

钢筋混凝土结构高耸建筑物炸高选取区间为：

①H=（2～8）δδ——建筑物壁厚

②H≥75DD——钢筋直径

考虑该水塔塔身属薄壁钢筋混凝土结构，主筋较粗，布置较密，故取H=75D，即H=1.35m。爆破缺口底边高程为+2.0m。

2.1.3定向窗

为确保倒塌方向精准，设计在爆破缺口两端开凿定向窗。考虑钢筋混凝土结构体不易破除，定向窗采用直角三角形结构，底边长50cm，高1.35m，与爆破缺口（炸高）相等。定向窗内混凝土及钢筋预先破除、切割，为确保爆破后爆破缺口内支撑钢筋数量对称相等，避免发生倒塌扭转现象，靠近检修门侧的定向窗内侧4根主筋（检修门侧壁主筋）予以保留。

2.2预拆除

除开凿定向窗预拆除外，对位于塔身内西北、东南及正南方向上的三根自上（水柜）而下的Φ150mm球墨铸铁供水管，爆破前将爆破缺口范围内的管段预先切割拆除，避免爆破后形成有效支撑，爆而不倒或者改变倒塌方向。同时拆除爆破缺口内的钢制检修门及其门框。为避免造成不必要的损失，设计倒塌方向倒塌半径范围内的乔木砍伐并运至场外。

3爆破参数

3.1钻孔

钻孔前根据设计倒塌方向用经纬仪标定爆破缺口中心线，依据中心线向爆破缺口两侧左右对称布置炮孔，确定炮孔位置后用红漆标定，应根据标定的孔位钻孔，保证合格的孔深、角度、和方向。每个炮孔方向应水平，且应朝向塔身圆心方向。钻孔选用YT-24型气腿式风钻；钎头直径38mm，一字型；钎杆长度0.5m。钎杆上应做好深度标记，以控制孔深。钻孔中如遇钢筋，应紧邻设计孔位补钻。

3.2爆破参数

最小抵抗线W:取塔身厚度的1/2，W=9cm。

炮孔深度l:孔深取壁厚的0.67倍，l=12cm。

炮孔间距a及炮孔排距b：a取19.5cm，b取19cm，炮孔布置呈梅花形。

单孔装药量Q：Q=qabδ=40g（式中q--单位体积耗药量，取q=6000g/m3；δ--塔体厚度，m，取0.18m；a--孔距，m，取0.195m；b--排距，m，取0.19m。）

总装药量Q总：炮孔总数为124个（检修门位于爆破缺口范围内，无需钻孔），Q总=4.96kg。

3.3起爆网路

采用非电毫秒延期导爆管雷管起爆网路，簇并联网络连接，每相邻10根导爆管为1簇，累计13簇，每簇捆绑1发瞬发导爆管雷管击发，再将各簇击发雷管的导爆管进行簇联，捆绑1发瞬发导爆管雷管同时起爆。

4爆破安全技术与防护措施

4.1安全距离验算

4.1.1爆破振动安全距离

按公式R=（KK′/V）1/aQ1/3计算，

式中R—爆破振动安全距离，m；

K、a—与岩性有关的系数,取180、1.6;

K′--修正系数，取0.25

V—周边建筑物允许振动速度，cm/s,取3;

Q—单段最大装药量，kg,为4.96kg;

经计算得R=9.26m,因装药区位于建筑物上，爆破地震通过其基础传向地下，地震波很快衰减，不会对周围建筑物造成破坏。

4.1.2空气冲击波安全距离

按公式RR=KnQ1/2计算，

式中:RR冲击波安全距离；

Q—装药量，4.96kg;

Kn—与爆破作用指数和破坏状态有关的参数，取3。

经计算得RR=6.68m。

爆破时人员全部撤出爆破警戒区，冲击波不会人体和建筑物产生危害。

4.2安全防护与警戒

4.2.1爆破飞石防护

本次爆破属抛掷爆破，为防飞石危害，设计采用两道防护：第一道对爆破缺口装药区的防护，先采用三层无纺布覆盖再用双层竹笆覆盖后捆绑，无纺布及竹笆均连接成整体；第二道距离爆破缺口3m处设置双层竹笆防护墙，防护高度及宽度均大于爆破缺口区域。

4.2.2塌落震动防护

水塔拆除定向倒塌方向地面为松软耕植土，能够有效缓解水塔倒塌瞬间与地面撞击产生的震动，同时利用爆破拆除前砍伐乔木的枝桠铺垫于倒塌方向倒塌半径范围内的地面，起到缓冲撞击减小震动与防止触地飞溅的作用。

4.2.3安全警戒

在爆破前做好撤离和警戒工作。爆破时金安路及六毛路300m路段临时交通管制，阻止车辆及行人通过。所有通往水塔路口均设置警戒岗哨，责任到人，明确分工。警戒距离：倒塌方向100m,倒塌方向两侧100m,背向50m。

5爆破效果

本工程在各部门共同努力和配合下，起爆后水塔先依照设计倒塌方向无延迟倾倒约50后轻微后座，随后按照设计倒塌方向顺利倒塌触地解体。经爆后勘查，水塔倒塌方向非常准确，爆破飞石及触地飞溅物得到良好控制，周边建筑物安全。

爆前在办公楼一楼地面布置了测振点，测振点距离水塔75m，距离水塔塔顶触地点40m。依据测振数据显示，震速分二部分，第1秒前后为起爆炸药引起的震动，最大峰值0.36cm/s；第9秒前后为水塔倒塌触地瞬间引起的地面震动，最大峰值0.41cm/s。

结语：倒锥壳式钢筋混凝土薄壁结构水塔具有头重脚轻的特点，在爆破拆除过程中，易后座致偏离设计倒塌方向，故选取合理的爆破缺口宽度及炸高尤为重要，其是精确控制薄壁钢筋混凝土结构高耸建筑物定向倒塌方向的关键。同时合理设计孔网参数及选取炸药单耗也很重要，不适宜的孔网参数或选取过小的炸药单耗致不能充分破碎及抛掷爆破缺口范围内的混凝土，易出现爆而不倒的严重后果。

参考文献：

[1]刘昌邦,贾永胜,钟冬望.40m高倒锥形钢筋混凝土水塔爆破拆除[J].工程爆破,2013,19(1-2):85-87.