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40m高钢筋混凝土水塔烟囱定向爆破

摘 要:介绍了采用定向爆破法成功地拆除了复杂环境下40m高钢筋混凝土水塔烟囱的具体工程实例。通过对钢筋混凝土水塔烟囱的结构分析和各部分的重量计算,以及对铆固螺栓、内衬砖的受力分析和强度计算,初步探索出下部内衬拆除时防止上部内衬下落的方法,可供同类工程参考和借鉴。
关键词:钢筋砼;水塔烟囱;结构分析;定向爆破
1 工程概况
该水塔烟囱建于1991年。1995年后,随着城市集中供水供热事业的迅速发展,该水塔烟囱被停用闲置,决定将其拆除。
1·1 水塔烟囱的环境
该水塔烟囱位于金牛集团王府庄园内西北角,东面7m处有一办公楼;西面与物业公司的工房相连,5m处是济南动物园的围墙,在围墙上架设着暖气管线和电力、通信电缆;南面1m是围墙,8m处是新开挖的楼槽,深7m,楼槽以南是居民楼,距离水塔烟囱70m;北面2·2m是物业公司维修工房,6m处
是济南动物园的围墙,墙外不远处是动物园的熊猫馆,周围环境比较复杂。如图1所示。

1·2 水塔烟囱的结构
该水塔烟囱全高40m,如图2所示。其中下部水塔支筒部分高29m,外径3·2m,壁厚18cm,单层钢筋网布置在筒壁的中心,中部倒锥形水箱高4m外径12m,水箱体壁厚8cm。上部烟囱部分高7m外径1·3m,壁厚15cm。在水塔支筒内有一厚度为10cm的钢筋混凝土隔板墙,将支筒内腔分为南北两部分,北侧有上下水管道、配电箱、金属梯和平台等南侧为烟道,支筒南侧有一进烟道洞口,高2·0m、宽1·5m,支筒北侧有一专供人员出入的洞口,高
2·2m、宽0·7m(见图),总质量为338·4t。
 
2 爆破方案的选择
2·1 倒塌方向
根据水塔烟囱周围的环境情况,只能采用定向倒塌爆破拆除方案,倒塌方向为正南,以水塔烟囱南侧的烟道口中心为倒塌中心线。
2·2 爆破切口长度
根据以往水塔烟囱类爆破工程的经验并参照有关文献,将爆破切口长度定为L= 0·625πD=6·28m。
2·3 爆破切口高度
本水塔烟囱地面以上总质量为338·4t,在高度10m范围内钢筋数为100根,直径d=25mm,钢截面积F=πd2/4=4·906cm2,截面惯性力矩J=πd4/64=1·917cm4,以常规的A3钢考虑,弹性模量E=2·2×106kg/cm2,容许应力[бp]=2000kg/cm2,作用在每根主筋上的压应力pm=338400÷100÷4·906 = 689·8kg/cm2,小于主筋允许承受的2000kg/cm2的压力载荷。根据底端固定、顶端自由的欧拉压杆公式计算,能够使水塔烟囱失稳的最小破坏高度为:
Hmin=h=(EJn/p)1/2·π/2=55·4cm
式中:n为钢筋根数,取100;p为水塔烟囱总质量,取338400kg。
爆破切口高度:H=k(B+h)式中:k为经验系数1·5~2·0,本工程中取k=2;B为爆破切口处的壁厚,B=18cm;h为最小破坏高度,则爆破切口高度H=146·8cm,实际取H=180cm。
2·4 孔网参数与单孔药量
(1)炮孔深度:取壁厚的2/3,即L=2δ/3=12cm。
(2)孔距和排距:因为纵向钢筋的中心间距为10cm,两筋之间的空隙只有7·5cm,横向环形筋中心距为20cm,考虑到钻孔施工的方便,故将炮孔间距和排距相等,即a=b=20cm。
(3)单位炸药消耗量k=3000g/m3。
(4)单孔药量:q=kabδ=21·6g。考虑到筒壁薄,炮孔较浅,炮孔排距大,钢筋密度又大,为使爆破后钢筋能尽可能弯曲,所以将单孔装药量定为30g。
2·5 起爆网路
采用塑料导爆管雷管与电雷管混合起爆网路。孔内装塑料导爆管雷管,其导爆管与孔外的电雷管簇联,将电雷管串联,形成串联电路,用78式起爆器起爆。
3 水塔烟囱的预处理
为便于钻孔施工,钻孔前先将水塔烟囱西面的工房拆除半间,将南面的围墙拆去一段。因水塔烟囱向南定向倒塌,所以爆破前需将水塔支筒内的钢
筋混凝土隔板墙和烟囱中的内衬预拆除,并在水塔支筒东西两侧开设定向窗。
3·1 隔板墙的拆除
隔板墙为钢筋混凝土预制件,每块预制件长2·8m、宽1·0m、厚10cm,内有Φ8纵横间距@20的钢筋网两层,吊装后两端与筒壁上的金属预埋件焊接,使其与筒壁连为一体。所以只要将下部拆除一块就可以了。
3·2 烟囱内衬的处理
烟囱内衬为半圆型,10m以下厚度为24cm10m以上厚度为12cm,由内燃砖和石灰水泥混合砂浆砌筑而成。内衬与筒壁、隔板墙之间有5cm的珍珠岩保温层。据图纸资料,在10m处的筒壁和隔板墙上有凸台,承载着上部的内衬,10m以下内衬与筒壁、隔板墙之间无任何连接。所以内衬底部拆除后,这10m的内衬必然下落,将影响整个水塔烟囱的定向倒塌。为解决此问题,我们采取了铆固的办法,即在支筒高2·8m处钻透孔,用螺栓穿透固定将内衬固定在筒壁上,具体考虑与分析如下:
  (1)螺栓的选择。从理论上讲,铆固螺栓粗、所承受的重量大,需要的数量就少;螺栓细,所承受的重量小,所需要的数量就多。通过查阅有关资料,选择了GB799-76中Φ30地脚螺栓。价格便宜,购买方便,又便于钻孔安装。
(2)铆固螺栓数量的计算与确定。根据资料查得:A3钢的抗拉强度为170N/mm2、抗剪强度为130N/mm2,每根螺栓的截面积S=πd2/4 =706·5mm2,所允许承受的拉力为12255kg、剪切力为9372kg。支筒下部10m内衬重为28800kg,按螺栓的抗剪强度计算,需用螺栓数为3·1根,为保险起见我们了根,均匀地分布在内衬的周圈。每根螺栓承受的力为4800kg,小于螺栓的允许承受力,所以螺栓不至于被拉断或剪断。
(3)内衬砖的强度验算。从资料上查得这种砖的抗压强度极限不小于130kg/cm2,而每根螺栓所承受的重量为4800kg,每根螺栓与砖的接触面为3×24=72cm2,那么与螺栓接触面的砖所受到的螺栓的反作用力P=4800/72=66·7kg/cm2,小于砖的抗压强度极限值,内衬不会因此而下落。为加大内衬与支筒壁的结合力,螺栓与筒壁的垫圈为Φ100,与内衬的垫圈加大为Φ200,以增大垫圈与砖衬的接触面,增加摩擦力。
3·3 开设定向窗
在水塔支筒的东西两侧爆破切口的两端各开设一个定向窗,定向窗为等腰直角三角形,每条直角边为80cm,爆破前将钢筋割断。
4 安全防护
(1)为防止爆破飞石飞散过远,除严格控制填塞质量外,还在爆破部位用3层草袋作覆盖防护;在爆破切口的前面拉设铁丝,悬挂草帘进行隔离防护;
东面的办公楼和北面的工房窗户悬挂草帘进行保护性防护。
(2)为减少塌落振动,防止水塔烟囱倒塌后水箱触地与地面岩石碰撞产生飞溅,在水箱着地部位铺设了两层草袋。
5 爆破效果
起爆后2s水塔烟囱开始缓慢倾倒,随后略有下坐,然后迅速倒塌,6s水箱部位着地,整个水塔烟囱按预定的方向倒塌在地槽内。由于地槽低于地面7m,所以水塔支筒下部被压扁,水箱着地时与支筒分离并倒扣在地槽内。水塔烟囱周围的建筑设施未受任何损坏,完全达到了预期的目的。
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