1 工程概況
1. 1 周邊環境
某單位因改為無塔供水,其院內原供水的水塔廢棄,其場地已規劃修建1棟宿舍樓,需將其進行拆除。水塔東側28 m處是校園道路, 55 m處是宿舍樓;東南側為拆除房屋后的空曠場地,南側15 m處是道擋土墻,高差2 m, 27 m處是2層門面,西側2 m處是道路, 9. 6 m處是宿舍樓;北側15 m處是圍欄和道路;另水塔四周有花草、樹木、假山、雕塑等,周圍無地下管道和地面架空電纜。見圖1環境示意圖。
1. 2 結構特征
該水塔塔身高38 m,為鋼筋混凝土筒式圓形結構,底部直徑2. 4 m,底部筒身壁厚18 cm,筒身底部±0. 00～ + 5 m采用300#鋼筋砼澆筑, + 5 m以上采用250#鋼筋砼澆筑。水塔底部+ 5 m以下筒身為外側布單層鋼筋網,豎向鋼筋為< 22,間距10 cm,環向為< 8,間距18cm。鋼筋保護層為2 cm。在水塔底部正東側有一高1. 8 m,寬0. 6 m的檢修門。+ 28 m處以上是水柜,半徑為6. 82 m。水塔鋼筋砼體積約91m3。 
2 爆破設計
2. 1 總體方案
該水塔周圍環境較為復雜,只有東南面一個方向有一定空間可供其倒塌。考慮周邊環境及水塔本身的結構特點,決定采用S30°E定向傾倒的爆破方案[ 1 ] 。實施爆破前需將水塔四周10 m范圍內及傾倒中心線兩側5 m范圍內花草、樹木需移植。
2. 2 爆破切口設計
2. 2. 1 切口形式
根據工程的特點切口,此次爆破的切口采用正梯形切口。
2. 2. 2 切口圓心角θ
切口圓心角直接決定切口的展開長度,而切口長度決定了傾覆力矩的大小。切口偏長,傾覆力矩偏大,支鉸易于破壞,不利于水塔的平穩定向倒塌。通常情況下,爆破切口的長度是以水塔自重力引起的截面彎矩(MP)應等于或稍大于預留支撐截面極限抗彎力矩(MR)為主要依據來確定的。參照以往的類似工程經驗,取切口圓心角為:θ= 216°[ 2 ] 。見圖2。
2. 2. 3 切口高度H和展長L
1)切口高度H[ 3 ]
據一般工程經驗, H = ( 1 /6～1 /4) D,其中D 為切口處外徑。塔身外徑為2. 4 m,取H = 1 /4 ×2. 4= 0. 6 m。實際施工中取的切口高度為1. 2 m,主要是考慮切口范圍內的布筋較密且鋼筋較粗,爆破切口形成后其高度過低不利于切口彎矩的迅速形成,造成爆體下座,故提高了切口高度。
2)切口展長L[ 4 ]切口展開長度L = (216°/360°) ×2. 4 ×3. 14 =4. 52 m。38 m高倒錐形鋼筋砼水塔控爆拆除
2. 2. 4 切口閉合角α
根據以往爆破工程的經驗,取切口閉合角α =30°。
2. 2. 5 定向窗
用風鎬開鑿定向窗,并用人工采用風鎬、手錘、鑿子修鑿到設計尺寸,并保證兩側定向窗在同一高程。窗內鋼筋全部割掉。
2. 3 爆破參數設計
2. 3. 1 孔深、孔距、孔形的確定[ 5 ]
1)最小抵抗線W最小抵抗線W 是筒壁厚度(δ)的1 /2, 即W =0. 09 m。
2)孔網參數
炮眼直徑d, d = 40 mm;孔距a, a = ( 1～2)W,取a = 0. 2 m;排距b, b = a = 0. 2 m,取b = 0. 2 m。采用矩形方式布孔。總共鉆孔72個。
3)炮孔深度
炮孔深度L =W + 1 /2裝藥長度,為0. 115 m,實取L = 0. 12 m。
2. 3. 2 藥量計算
1)藥量單耗K
K值通常根據爆體介質的強度、臨空面的破壞強度程度來確定。由于其結構相對特殊, 需一次性將爆破切口迅速形成,且必須使切口范圍內的鋼筋彎曲變形,本此爆破的單耗取K = 3 000 g/m3。
2)單孔藥量Q單
Q單= Kabδ= 21. 6 g,實際裝藥時下部3排單孔裝藥為30 g,上部4排單孔裝藥為25 g。
3)總裝藥量Q總
Q總=下3 排孔數×30 +上4 排孔數×25 =1. 99 kg。本次爆破采用乳化炸藥。
2. 3. 3 裝藥方式與起爆網路
每孔內裝2發1段導爆管雷管,采取連續柱狀裝藥方式。裝藥堵塞完畢后,將約20根導爆管捆成1束,每束用2發瞬發電雷管傳爆,然后將電雷管串聯接入主線,用GM2300起爆儀起爆。
3 爆破安全
3. 1 爆破振動安全估算[ 6 ]
根據爆區環境可見,受爆震影響最大的是爆體西側宿舍樓。宿舍樓距待爆水塔9. 6 m,允許的震速V允= 3 cm / s,在此條件下所允許的齊發最大裝藥量為Q ,由下式確定:
Q = R3 VKK3 /α式中, R 為爆破中心到建筑物的距離, m,本設計中為R = 10 m; V允為建筑物安全振動速度,取[V允] =3 cm / s; K、α為地震波傳播的介質的系數,根據工程實際,類比相關工程,取α = 2. 0, K = 200; K′為衰減系數,由于裝藥比較分散,取K′= 0. 5。Q = 4. 5 kg
而本次水塔爆破共用藥量1. 99 kg,可見水塔爆破時炸藥爆炸產生的震動不會對西側宿舍樓造成危害。
3. 2 塌落振動效應
高聳建筑物的倒塌,必須預防二次振動的危害。建筑倒塌沖擊地面引起振動大小與被爆體的質量、剛度、重心高度和觸地點土層條件等有關,根據中科院的檢驗公式:VC = 0. 08 ×( I1 /3 /R ) 1. 67式中,VC為爆破坍塌物觸地引起的地表振動速度,cm / s; R 為坍塌物重心觸地點距建筑物的距離,m; I為坍塌物觸地沖量: I =M (2gH) 1 /2 ,M 為坍塌物的質量, kg, g為重力加速度,m / s2 , H為爆破坍塌建筑物
重心落差,m。由待爆水塔的高度及查找相關資料,初估算可知,待爆水塔質量大約為2. 3 ×105 kg;重心高度約20 m。水塔重心觸地處距宿舍樓20 m。水塔觸地沖量I = 4. 5 ×106 kg,代入公式,可算出的宿舍樓的地表振動速度: VC = 2. 69 cm / s,該值小于宿舍樓的允許振動速度,因此水塔倒塌的觸地振動不會對宿舍樓造成危害。
3. 3 爆破飛石防護
因水塔筒壁較薄,且鋼筋級配比較大,為使爆破缺口瞬間形成,本次爆破裝藥單耗較大,必須對飛石采取防護措施。具體做法是:近體防護,在靠水塔爆破部位壘1. 5 m高沙袋墻,沙袋墻上部用竹跳板扎成竹排封蓋,再在排架上部鋪設帆布。
3. 4 倒塌濺渣的防護措施
爆前將倒塌范圍內碴塊清理干凈。在倒塌中心線兩側8 m及倒塌中心線前方離水塔42 m處搭設竹笆防護墻,高度5 m,在倒塌中心線方向上距水塔28～42 m處鋪沙袋1層,寬度16 m,倒塌范圍內鋪設稻草。
4 爆破效果
起爆后,水塔矗立了約3 s開始出現微傾,隨后開始下座伴隨傾斜,約6 s時觸地,從起爆到觸地約11 s。水塔完全按照設計方向傾倒。水塔筒身只出現了幾道裂痕,水柜觸地后產生的沖擊較大,由于爆前對倒塌場地進行了處理,二次飛石未對周邊建(構)筑物造成威脅。爆破切口周圍飛石未超過5 m范圍。見圖3。
