關鍵詞:鋼筋砼;水塔煙囪;結構分析;定向爆破
1 工程概況
該水塔煙囪建于1991年。1995年后,隨著城市集中供水供熱事業的迅速發展,該水塔煙囪被停用閑置,決定將其拆除。
1·1 水塔煙囪的環境
該水塔煙囪位于金牛集團王府莊園內西北角,東面7m處有一辦公樓;西面與物業公司的工房相連,5m處是濟南動物園的圍墻,在圍墻上架設著暖氣管線和電力、通信電纜;南面1m是圍墻,8m處是新開挖的樓槽,深7m,樓槽以南是居民樓,距離水塔煙囪70m;北面2·2m是物業公司維修工房,6m處
是濟南動物園的圍墻,墻外不遠處是動物園的熊貓館,周圍環境比較復雜。如圖1所示。
1·2 水塔煙囪的結構
該水塔煙囪全高40m,如圖2所示。其中下部水塔支筒部分高29m,外徑3·2m,壁厚18cm,單層鋼筋網布置在筒壁的中心,中部倒錐形水箱高4m外徑12m,水箱體壁厚8cm。上部煙囪部分高7m外徑1·3m,壁厚15cm。在水塔支筒內有一厚度為10cm的鋼筋混凝土隔板墻,將支筒內腔分為南北兩部分,北側有上下水管道、配電箱、金屬梯和平臺等南側為煙道,支筒南側有一進煙道洞口,高2·0m、寬1·5m,支筒北側有一專供人員出入的洞口,高
2·2m、寬0·7m(見圖),總質量為338·4t。
2 爆破方案的選擇
2·1 倒塌方向
根據水塔煙囪周圍的環境情況,只能采用定向倒塌爆破拆除方案,倒塌方向為正南,以水塔煙囪南側的煙道口中心為倒塌中心線。
2·2 爆破切口長度
根據以往水塔煙囪類爆破工程的經驗并參照有關文獻,將爆破切口長度定為L= 0·625πD=6·28m。
2·3 爆破切口高度
本水塔煙囪地面以上總質量為338·4t,在高度10m范圍內鋼筋數為100根,直徑d=25mm,鋼截面積F=πd2/4=4·906cm2,截面慣性力矩J=πd4/64=1·917cm4,以常規的A3鋼考慮,彈性模量E=2·2×106kg/cm2,容許應力[бp]=2000kg/cm2,作用在每根主筋上的壓應力pm=338400÷100÷4·906 = 689·8kg/cm2,小于主筋允許承受的2000kg/cm2的壓力載荷。根據底端固定、頂端自由的歐拉壓桿公式計算,能夠使水塔煙囪失穩的最小破壞高度為:
Hmin=h=(EJn/p)1/2·π/2=55·4cm
式中:n為鋼筋根數,取100;p為水塔煙囪總質量,取338400kg。
爆破切口高度:H=k(B+h)式中:k為經驗系數1·5~2·0,本工程中取k=2;B為爆破切口處的壁厚,B=18cm;h為最小破壞高度,則爆破切口高度H=146·8cm,實際取H=180cm。
2·4 孔網參數與單孔藥量
(1)炮孔深度:取壁厚的2/3,即L=2δ/3=12cm。
(2)孔距和排距:因為縱向鋼筋的中心間距為10cm,兩筋之間的空隙只有7·5cm,橫向環形筋中心距為20cm,考慮到鉆孔施工的方便,故將炮孔間距和排距相等,即a=b=20cm。
(3)單位炸藥消耗量k=3000g/m3。
(4)單孔藥量:q=kabδ=21·6g?？紤]到筒壁薄,炮孔較淺,炮孔排距大,鋼筋密度又大,為使爆破后鋼筋能盡可能彎曲,所以將單孔裝藥量定為30g。
2·5 起爆網路
采用塑料導爆管雷管與電雷管混合起爆網路?？變妊b塑料導爆管雷管,其導爆管與孔外的電雷管簇聯,將電雷管串聯,形成串聯電路,用78式起爆器起爆。
3 水塔煙囪的預處理
為便于鉆孔施工,鉆孔前先將水塔煙囪西面的工房拆除半間,將南面的圍墻拆去一段。因水塔煙囪向南定向倒塌,所以爆破前需將水塔支筒內的鋼
筋混凝土隔板墻和煙囪中的內襯預拆除,并在水塔支筒東西兩側開設定向窗。
3·1 隔板墻的拆除
隔板墻為鋼筋混凝土預制件,每塊預制件長2·8m、寬1·0m、厚10cm,內有Φ8縱橫間距@20的鋼筋網兩層,吊裝后兩端與筒壁上的金屬預埋件焊接,使其與筒壁連為一體。所以只要將下部拆除一塊就可以了。
3·2 煙囪內襯的處理
煙囪內襯為半圓型,10m以下厚度為24cm10m以上厚度為12cm,由內燃磚和石灰水泥混合砂漿砌筑而成。內襯與筒壁、隔板墻之間有5cm的珍珠巖保溫層。據圖紙資料,在10m處的筒壁和隔板墻上有凸臺,承載著上部的內襯,10m以下內襯與筒壁、隔板墻之間無任何連接。所以內襯底部拆除后,這10m的內襯必然下落,將影響整個水塔煙囪的定向倒塌。為解決此問題,我們采取了鉚固的辦法,即在支筒高2·8m處鉆透孔,用螺栓穿透固定將內襯固定在筒壁上,具體考慮與分析如下:
(1)螺栓的選擇。從理論上講,鉚固螺栓粗、所承受的重量大,需要的數量就少;螺栓細,所承受的重量小,所需要的數量就多。通過查閱有關資料,選擇了GB799-76中Φ30地腳螺栓。價格便宜,購買方便,又便于鉆孔安裝。
(2)鉚固螺栓數量的計算與確定。根據資料查得:A3鋼的抗拉強度為170N/mm2、抗剪強度為130N/mm2,每根螺栓的截面積S=πd2/4 =706·5mm2,所允許承受的拉力為12255kg、剪切力為9372kg。支筒下部10m內襯重為28800kg,按螺栓的抗剪強度計算,需用螺栓數為3·1根,為保險起見我們了根,均勻地分布在內襯的周圈。每根螺栓承受的力為4800kg,小于螺栓的允許承受力,所以螺栓不至于被拉斷或剪斷。
(3)內襯磚的強度驗算。從資料上查得這種磚的抗壓強度極限不小于130kg/cm2,而每根螺栓所承受的重量為4800kg,每根螺栓與磚的接觸面為3×24=72cm2,那么與螺栓接觸面的磚所受到的螺栓的反作用力P=4800/72=66·7kg/cm2,小于磚的抗壓強度極限值,內襯不會因此而下落。為加大內襯與支筒壁的結合力,螺栓與筒壁的墊圈為Φ100,與內襯的墊圈加大為Φ200,以增大墊圈與磚襯的接觸面,增加摩擦力。
3·3 開設定向窗
在水塔支筒的東西兩側爆破切口的兩端各開設一個定向窗,定向窗為等腰直角三角形,每條直角邊為80cm,爆破前將鋼筋割斷。
4 安全防護
(1)為防止爆破飛石飛散過遠,除嚴格控制填塞質量外,還在爆破部位用3層草袋作覆蓋防護;在爆破切口的前面拉設鐵絲,懸掛草簾進行隔離防護;
東面的辦公樓和北面的工房窗戶懸掛草簾進行保護性防護。
(2)為減少塌落振動,防止水塔煙囪倒塌后水箱觸地與地面巖石碰撞產生飛濺,在水箱著地部位鋪設了兩層草袋。
5 爆破效果
起爆后2s水塔煙囪開始緩慢傾倒,隨后略有下坐,然后迅速倒塌,6s水箱部位著地,整個水塔煙囪按預定的方向倒塌在地槽內。由于地槽低于地面7m,所以水塔支筒下部被壓扁,水箱著地時與支筒分離并倒扣在地槽內。水塔煙囪周圍的建筑設施未受任何損壞,完全達到了預期的目的。
