关键词:烟囱;拆除爆破;爆破振动;触地振动;振动测试
1 工程概况
深圳市赛格三星旧址拆迁工程,有3座烟囱和1座水塔需爆破拆除。爆破现场留有一定厚度的建筑废碴未清除,并在烟囱塌落处敷设了5道高1·5m、宽1m的沙包墙。旧厂区面积大而空旷(418m×443m),并留有待拆厂房墙体作为爆破时的防护屏障,因而爆破环境较好(见图1),有利于作近区振动观测试验。
3座烟囱及水塔都采用整体定向倾倒爆破拆除,倾倒方向见图1。按Y1、Y2、Y3、Y4顺序起爆孔内全部采用2段导爆雷管入孔;孔外起爆雷管采
用毫秒延期电雷管,Y1、Y2分别用1段和11段,Y3、Y4用15段。Y1屏炉烟囱为钢筋混凝土圆筒式结构,内有珍珠岩粉隔热层及耐火砖内衬。混凝土筒身布双层钢筋网,竖向、环向钢筋均采用20mm的螺纹钢,间距为150mm×150mm。烟囱高79·15m,地面标高处烟囱外径7·95m,混凝土壁厚0·36m,隔热层厚0·12m,耐火砖衬厚0·24m。主烟道口位于烟囱的东面,距地表0·7m,高4m、宽2·45m。辅烟道口位于南面,距地表6·8m,高2·5m、宽2·5m。烟囱质量为2470t,重心高度为31·89m。Y1烟囱采用正梯形爆破切口,它的总装药量和最大一段装药量均为20·5kg。
2 振动测试系统
在描述爆破振动强度的诸多参数中,以质点振动速度与建筑物破坏相关性最好,《爆破安全规程》(GB6722-2003)关于建筑物的振动破坏判据也是
采用地面质点峰值振动速度值和主振频率作为标准。因为测试仪器较少,因此本次爆破振动及塌落振动只观测垂直方向的质点振动速度。测试中采用由CD-1型速度传感器、低噪声屏蔽电缆、IDTS3850爆破振动记录仪和计算机组成的观测系统。该观测系统携带方便,适用于户外观测,可长期保存所记录的数据。现场纪录完毕取回与电脑连接通信,读取实测波形。为确保观测精度,观测前用G-1112型低频振动台对该观测系统进行标定,预估塌落振动频率较低,因此低频标的密、高频标的稀。4~10Hz每赫兹标1次;10~20Hz每2Hz标1次;20~40Hz每5Hz标1次;40~60Hz每10Hz标1次;60~100Hz每20Hz标1次。观测后用计算机与IDTS3850爆破振动记录仪通信,对实测波形进行时域分析和频谱分析。
3 测点布置
在旧厂区围墙外西侧中康路47号楼布置1个监测点。考虑到Y2、Y3和Y4距Y1较远,且爆破地震波和塌落地震波随距离的增加衰减很快,如在Y1南
侧近区布置测点,则该测点记录到的振动波形最大幅值应主要由Y1爆破和塌落产生;同时Y2、Y3及Y4与Y1起爆的延期间隔时间不小于447·5ms,各
段振动波形峰值叠加的可能性不大。因此,根据现场实际情况,在Y1倒塌中心线南侧近区布置5个试验测点(见图1),分析Y1烟囱爆破振动、爆破缺口上唇磕地振动和Y1倒塌触地振动的特性。
4 实测数据
爆破时间为2005年10月27日16时整,经对现场实测数据进行分析整理,剔去不合理数据,获得实测有效振动速度波形图6条。典型实测振动速度波形(5#测点)见图2,实测有效数据列于表1。表1中的爆心水平距是指Y1烟囱的爆心至各测点的水平距离,同时Y1烟囱爆破缺口上唇磕地处也是爆
心位置。因此,缺口上唇磕地处至各测点的水平距离也就是爆心水平距。表1中的振中距是指Y1烟囱质心落地点至各测点的距离。
5 测试结果分析
5·1 爆破振动及烟囱塌落触地振动的衰减规律在工程中,国内一般采用下述经验公式来描述爆破振动的衰减规律:
v1= K1·(Q1/3/R1)α1= K1·ρ1α1(1)
式中: v1为爆破引起测点处的质点峰值振动速度,cm/s; Q为最大一段装药量,kg; R1为测点至爆心水平距离,m; K1、α1是与爆破方式及场地条件相关的参数;ρ1为比例药量,ρ1= Q1/3/R1。对于烟囱塌落触地振动,其质点振速主要与烟囱触地冲量及距离相关。根据相似原理,采用如下验公式来描述烟囱塌落触地振动的衰减规律.为烟囱塌落触地引起测点处的质点峰值动速度,cm/s; I为烟囱塌落触地冲量,I= m·(2·
g·h)1/2,其中m是烟囱质量(kg)、h是烟囱重心高度(m)、g是重力加速度(9·8m/s2); R2为测点至烟囱质心落地点距离,m; K2、α2是与烟囱塌落方式及场地条件相关的参数;ρ2是比例冲量,ρ2=I1/3/R2。
将表1中爆破振动速度、爆心水平距和最大一段装药量按公式(1)进行回归分析和方差分析。同理,将表1中塌落触地振动速度、振中距和Y1烟囱
塌落触地冲量按公式(2)进行回归分析和方差分析分析结果见表2,回归曲线如图3所示。
减规律分别如下:
v1=2·946·ρ11·147(3)
v2=0·019·ρ21·457(4)
其中ρ1=0·016~0·101,ρ2=1·929~9·192。
由表2可看出,爆破振动与塌落振动两组规律的相关系数r都大于0·9,表明数据的规律性好,是线性相关的。检验比值F也大于显著值F0·01,这表
明在标准偏差范围内,预报值具有高于99%的置信度。
由表2知,烟囱拆除爆破振动的K值仅为2·946,远小于土岩小孔径(40mm)爆破振动的K值(一般K =30~40)〔1〕〔2〕,这主要是因为烟囱拆除爆破的自由面非常好,炸药能量除破碎烟囱筒壁外,相当一部分能量在空气中耗散,因而转化为地震波沿筒壁传向大地的能量相对较小。
5·2 振动波形时间历程分析
图2是5#测点记录的振动波形,可清晰地看出,首先到达的是炸药爆破产生的振动信号,其特点是频率高、幅值小。约4s时,是第2个振动信号,它
是由Y1烟囱下沉坐落时,其爆破缺口上唇磕地产生的振动,因上唇磕在下唇硬基础上,所以振动频率也较高;因为Y1烟囱下沉坐落的高度不高,只是爆破切口的高度,同时在未爆破部分的截面的支撑作用下,使Y1烟囱下沉坐落过程减缓,所以产生的振动信号幅值较小。约8s时,是第3个振动信号,它是Y1烟囱塌落触地产生的振动,其特点是频率低、幅值大。
5·3 振动速度对比分析
分析表1可知塌落触地振动速度最大,爆破振动速度次之,缺口上唇磕地振动速度最小。从数据规律上看,这三种振动速度都随着距离的增加而衰
减,其中缺口上唇磕地振动速度衰减最快。1#测点距爆心最近(27m),实测爆破振动速度和缺口上唇磕地振动速度最大,但仅有0·182cm/s和0·19
cm/s。3#测点距Y1烟囱质心落地点最近(43m)实测塌落触地振动速度最大,也只有0·469cm/s。这说明爆破现场留有的建筑废碴及敷设的沙包墙有效地吸收了一部分烟囱塌落触地的冲击能量,减振效果明显。
表3列出了各测点爆破振动速度、缺口上唇磕地振动速度与塌落触地振动速度的百分比,爆破振动速度仅为塌落触地振动速度的21%~77%,缺口
上唇磕地振动速度仅为塌落触地振动速度的9%~81%。由表1、表3可见,测点距爆心相对较近、但距Y1烟囱质心落地点相对较远时,爆破振动速度、缺口上唇磕地振动速度与塌落触地振动速度的比值就相对较大;反之则比值相对较小。如1#测点距爆心近,但距Y1烟囱质心落地点远,爆破振动速度与缺口上唇磕地振动速度分别为塌落触地振动速度的77%和81%,比值最大;4#、5#测点距爆心较远,但距Y1烟囱质心落地点较近,爆破振动速度与缺口上唇磕地振动速度分别为塌落触地振动速度的21%~22%和9%~14%,比值最小。
5·4 振动频率对比分析
分析表1中爆破近区5个测点(1#~5#测点)的三种振动主振频率可知:爆破振动主振频率在13·062~16·113Hz范围内变化,主振频率分布比较集中,表明1#~5#测点范围内地质状况变化不大;缺口上唇磕地振动主振频率分布也较集中,在11·628~15·385Hz范围内;塌落触地振动主振频率分布最集中,在5·814~7·092Hz范围内。塌落触地振动主振频率最小,爆破振动主振频率与缺口上唇磕地振动主振频率比较接近,约为塌落触地振动主振频率的2倍。塌落触地振动主振频率低的主要原因是,烟囱倒塌在由建筑废碴和沙包墙组成的软基上,因而产生低频振动。
6 结 论
(1)公式(3)、(4)的方差分析表明数据规律性好,是线性相关的,具有99%的置信度。公式(3)的K值远小于一般土岩小孔径(40mm)爆破振动衰减规律中的K值。
(2)塌落触地振动速度最大,爆破振动速度次之,缺口上唇磕地振动速度最小。
(3)爆破振动主振频率与缺口上唇磕地振动主振频率相对较高,塌落触地振动主振频率非常低;三种振动的频率各自较为集中。
(4)近区塌落触地振动速度最大值仅为0·469cm/s,说明软基减振效果非常好,但同时也使主振频率低。
