浅谈水塔控制爆破拆除设计与应用

摘要:文章介绍了一个25米高的废旧水塔控制爆破拆除方案的设计、施工及在复杂环境下所采取的技术措施。

关键词:控制爆破；水塔；拆除

1.工程概况

（1）爆破地点周围的环境

待拆除的废旧水塔位于遂昌县某化工厂生产区内，周围环境较为复杂。根据现场调查和实测：水塔正南面11米为化验楼，化验楼内有重要仪器；水塔东南13米及东北15米有药剂罐；水塔正东面21米有生产厂房；水塔西南16米有一条供水管（见爆区周围环境图1）。

（2）水塔结构概况

由于有关水塔的建设，设计资料和图纸均无法找到。根据现场实测，水塔距地面全高约为25米，其中塔身高约19米，塔上水池高约6米。水塔塔身为钢筋混凝土圆筒形，内经约为5.2米，壁厚约为0.26米，外经约为5.72米。塔身内分三层，第一层离地面4.36米。

水塔塔身的配筋情况由试爆获得，然后由配筋资料对爆高进行校核。根据估算，水塔的身重约为249吨。根据敲打预测，混凝土的强度估计为15～20Mpa。

2.爆破方案的选择

根据水塔的结构和周围环境条件，按确保安全准爆，水塔按预定方向准确倒塌，达到快速，安全拆除的要求，采取水塔朝西方向定向爆破倒塌方案。

为了避免出现水塔倒塌后，水塔重心落在岩坎下，产生塔身底部迅速撬起、抬高，产生飞石等可能出现的危害，起爆前，在水塔倒塌位置挖一条宽稍大于水塔外径的斜坡。

3．爆破切口形状和长度的确定

（1）爆破切口形状

根据水塔结构和周围环境，为确保水塔按预定方向准确倒塌，爆破切口的形状为等腰梯形。爆破切口两端的定向口顶角为45°。

（2）爆破切口长度的确定

根据现场观察，水塔塔身完整性好，强度高，爆破切口长度原则上为塔身外周长的2/3，根据经验和资料介绍，取爆破切口所对应的圆周角α=230°，约为外周长的0.63倍。爆破切口长度L=πD/360°×230°=11.47米。

4．余留截面受力计算

按起爆后，爆破瞬间水塔的总重量全加压在余留截面上（只计算余留的混凝土截面），余留截面面积为：S=π(2862-2602)/310×230=16096平方厘米。余留截面上受压力Pe=249000/16096=15.51公斤力/cm2≈1.6MPa。水塔塔身混凝土的抗压强度达15～20MPa。故能确保不被瞬间压碎。

5．爆破切口高度的确定

根据结构力学原理求最小爆破切口的高度；即水塔倾倒后，水塔的重心必须移出水塔塔身外部。[2]

米

其中, D —— 水塔塔身的直径；

H —— 水塔的高度；

根据试爆揭露，水塔塔身配筋很稀，竖向钢筋间距达0.2米一根，并且为φ12㎜的细钢筋。根据经验，在重达200多吨的重力作用下，只要切口长度达到220°以上，余留部分的混凝土就会被压弯折断，故不在做这方面的计算和校核。为了保证可靠，爆破切口高度实际取1.8米。

6．爆破参数

根据现场实际情况，使用风动气腿钻机钻孔，孔径d =38mm 。用药径φ32mm的2#岩石铵梯炸药。

炮孔孔深L=2/3δ=2/3×0.26=0.18m，孔间距（水平方向上的间距）a=0.2m，排间距（竖直方向上的间距）b=0.25m。

根据在水塔上进行的试爆所获得的资料，所选取的孔网参数合适，炸药单耗 K=2.0kg/m3.每孔药量q=K×a×b×δ=2.0×0.2×0.25×0.26=0.026kg

取30g.总炮孔数 N ,共分8层，从最底层算起：

N = 54+50+46+42+38+32+26+20 = 308 （个）；

总装药量： 308×30=9.24 kg

布孔方式：梅花形布孔，由倒塌中心线开始，按设计的孔间距和排间距，对称的向两侧布孔。

7．起爆方式和网路

本爆区在生产区内，为了确保安全，设计考虑采用1.3.5段毫秒导爆管雷管进孔，同段（一段）毫秒导爆管雷管孔外联接，最后接两发电雷管，用GM300型高能起爆器起爆。

紧邻水塔倒塌中心线的炮孔为第一段，中间的为第二段，端部为第三段。

8．水塔主爆前的试爆和预处理

（1）水塔主爆前的试爆

为了掌握水塔塔身的配筋情况及砼的强度情况，最终确定合理的爆破切口，长度和合适的炸药单耗，主爆前进行了试爆。试爆在倒塌中心线处进行，共爆三排，爆后形成0.6米宽的爆破切口，这个切口就是导向窗。

（2）主爆前的预处理

①试爆后，在最终确定的爆破切口长度内两端开凿两个形状一致的定位导向口，形状为三角形，顶角为45°，切口宽度为60㎝，高度为60㎝。可用爆破法先形成初始轮廓，然后用凿子修整符合设计要求，并在主爆前割去定位导向口内的钢筋。

②在倾倒中心线处开一个左右对称爆开一个0.6×1.8m2 的爆破切口，为定向窗。在主爆前割去定向窗内的钢筋。

③倒塌中心线背部打5个炮孔，使水塔开始倾倒时在这里产生应力集中，确保水塔在这一水平位置断开。

④预处理后至主爆前的稳定性核算

主爆选在无风的天气进行，不考虑风对稳定性的影响，只考虑预处理后水塔塔体截面是否足够支撑剩余部位的面积S=26×（1044-282-60）=18252cm2，剩余部位单位面积上所受的压力为pe=249000/18252=13.64㎏（力）/cm2≈1.4MPa，远小于砼的抗压强度150㎏（力）/cm2≈15MPa。所以水塔在主爆前在稳定的。

9．爆破安全技术措施

（1）爆破地表安全距离

根据计算，本次爆破最大一段起爆药量不超过6㎏（第一段），离最近建、构物——化验楼为11米，按铁道部铁道出版社出版的《控制爆破》书中推荐的震速公式：

V=7.06（Q1/3/R）1.36=0.61㎝/s，远小于《爆破安全规程》规定的一般砖结构民房安全震速的允许值2～3cm/s，所以爆破震动不会造成周围建、构物的任何损伤。

（2）水塔倒地引起的冲击地震计算

触地冲量： =249000=3.9×106牛·秒

触地震动速度：v=0.08（I2/3/R）1.67=2.31㎝/s

未超过《爆破安全规程》安全震速的允许值2～3cm/s ，再加上倒地的地方是松土，又会大大的降低倒地地震强度，故也不会造成任何损坏。

（3）爆破个别飞石

由于采取了严实的覆盖措施，故不会产生大量的爆破个别飞石。若按炮孔爆破计算爆破个别飞石飞散距离R飞：

R飞=40d/25.4=40×38/25.4=60㎝

根据爆破安全规程的有关规定，周围空旷地点，R飞取200m，有高楼遮挡：取到高楼以外。

（4）爆破空气冲击波

由于进行了覆盖，同时进行了微差爆破，且周围空旷，爆破冲击波的安全距离远小于爆破震动的安全距离，故不再计算。

10.安全防护措施

（1）除了用炮泥堵塞外，对爆破部位严格覆盖，采用两层厚度不少于5cm的稻草帘和两层竹跳板。竹跳板规格：1.1×1.2㎡，竹跳板之间用铁丝牢固连接。

（2）化验楼的窗户及药罐上覆盖一层竹跳板。

（3）在爆区南面起爆部位外1米处围起一道高2米的沙袋墙。确保化验室安全。

11．爆破效果

起爆后，约1s后水塔缓慢的向倒塌方向倾斜同时稍微向下坐，约2s后，水塔加速倾斜，约3s后，水塔整体按预定方向倒塌，落在预挖的斜坡沟内。倒塌方向准确，与设计倒塌方向偏差仅0.5°。水塔倾斜的最远点为23米。水塔倒塌中心钱背部

齐齐折断，并且在水塔塔身上清楚的看到5个炮孔的半孔。水塔水柜落地部位部分被压扁。震动小，离爆破点外30米无震感，个别飞石最远不超过5米。化验楼和药罐无损伤，窗户玻璃未损坏一块，完全达到了设计要求。

12. 结论

随着现代化建设的高速发展，众多原有建构筑物势必面临着拆或重建的规划，尤其是大型建构筑物密集的城市，若采用人工拆除已不适应现代化建设的发展要求，爆破拆除势必成为今后大型建构筑物拆除的首选方案。爆破拆除设计的关键在于爆破参数的选择，而参数的选择与施爆体的结构及环境等息息相关，这就要求设计时必须对设计体的基础资料进行详细的分析与研究，另外，施工质量及减震、防护措施的好坏也将对爆破效果产生直接影响。

参考文献:

[1]李文全.爆破原理及应用[M].大连:大连出版社,1997.294～296.

[2]冯叔瑜,吕毅.城市控制爆破[M].北京:铁道出版社,1985.

[3]刘殿中.工程爆破使用手册[M].北京:冶金工业出版社,1999.

作者简介：曾平国，浙江省遂昌金矿有限公司采矿工程师。