混凝土结构的切割爆破技术.pdf

探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 7年第 l l 期 混凝土结构的切割爆破技术 龚汉松 ， ( 1 中国地质大学( 北京) 工程技术学院， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 海南省地质矿产勘查开发局， 海南 海口5 2 06) 摘要： 通过大量的素混凝土及钢筋混凝土结构切割爆破实践 ， 分析归纳出其主要爆破参数计算方法和工程施工 技术特点。将这些计算方法和技术要点应用于工程实践， 取得了较好的切割爆破效果， 达到了相应的工程目的。 关键词： 混凝土结构； 切割爆破； 不耦合装药； 技术参数； 工程实例 中图分类号： T U 7 5 1 9 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 007 ) 1 1 0 0 5 4 0 3 C u t t i n g B l a s t i n g T e c h n o l o g y f o r C o n c r e t e S t r u c t u r e G O N G H a n s o n g ( 1 C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3，C h i n a ；2 Ha i n a n B u r e a u o f Ge o l o g i c a l a n d Mi n e r al E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ，Ha i k o u Ha i n a n 5 7 0 2 0 6，Ch i I 1 a 、 Ab s t r a c t ：C a l c u l a t i n g me t h o d f o r ma i n b l a s t i n g p a r a me t e r s a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y f e a t u r e s are a n aly z e d a n d s u mme d u p b y a l o t o f c u t t i n g b l a s t i n g e n g i n e e r i n g c a s e s o f p l a i n c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e Th e c alc u l a t i n g me t h od a n d ma i n t e c h n o l o gy p r o d u c e d g o o d r e s u l t s Ke y w o r d s ： c o n c r e t e s t ruc t u r e ；c u t t i n g b l as t i n g ； d e c o u p l i n g c h a r gin g ； t e c h n i c al p ara m e t e r ； e n gin e e r i n g c ase 在城市改扩建及各类建筑物拆除过程 中， 经常 遇到某些大型混凝土或钢筋混凝土结构物需要拆除 一 部分丽保留另部分 ， 有时需要把大型块体一分 为几， 这些都可以采用切割爆破方法来达到工程 目 的。笔者通过大量的工程实践 ， 对混凝土及钢筋混 凝土结构切割爆破 的工程实践 资料进行 了分析处 理 ， 提出了一套在工程上具有较好应用价值的技术 方法和技术参数。 根据爆破对象 的不 同及所采用技术方法 的差 异 ， 可以将混凝土结构 的切割爆破技术分 为 2种类 型 ， 即 ： 素混凝土结构切割爆破和钢筋混凝土结构切 割爆破。 1 素混凝土结构切割爆破 只要在素混凝土结构的设计位置和方向形成裂 隙， 即达到切割素混凝土结构的工程目的。但素混 凝土结构切割爆破往往有其特殊要求， 如要求爆破 不能使保留部分遭受破坏， 爆破振动不能对保留体 上的设施产生不利影响。有时除要求保留体不允许 破坏外 ， 往往还要求切割面平整。为 了达到上述 目 的， 可以采用光面切割爆破或者预裂切割爆破。光 面切割爆破就是沿设计切割面布置一排密集炮孔， 采用不耦合装药降低爆破对炮孔周壁的破坏， 在主 爆 区之后起爆， 以形成平整的切割 面。预裂切割爆 破就是沿设计切割面布置一排密集炮孔 ， 采用不耦 合装药降低爆破对炮孔壁的破坏 ， 在主爆 区之前起 爆 ， 从而在主爆 区与保留区之间形成预裂隙 ， 以减小 主爆区爆破时对保留结构体的破坏并形成平整的切 割面。如果装药参数及起爆方式选择合理 ， 这两种 方法均能得到平整的切割面 ， 均能用来 切割素混凝 土结构 。比较丽言 ， 预裂爆破能进一步降低对保 留 部分的破坏 ， 能更可靠地达到设计 目的。 1 1 光面及预裂切割爆破的技术关键 光面和预裂切割爆破 ， 其爆破过程特点是药包 爆破既要保证炮孔周壁不受爆炸冲击波和爆生气体 的压碎， 又要保证在爆生气体及爆破应力波的作用 下沿设计线布置的炮孔能贯通成缝 。 从炸药爆轰理论可知， 爆轰波波阵面上的压力 可达( 0 5 1 ) 1 0 M P a ， 在耦合装药的情况下， 可 使药包周围的介质形成压碎区。为了控制乃至消除 这种压碎区， 光面和预裂切割爆破常常采用缓冲原 理 ， 即采用不耦合装药 ， 并严格控制药量 ， 使爆炸能 量得到合理的分配和利用。 为了保证沿设计线布置的炮孔贯穿 ， 必须选择 合理的炮孔间距， 并保证沿同一设计线布置的炮孔 钻凿在同一平面 内。另外 ， 在设计切割 面转弯处及 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 7- 0 5 作者简介 ： 龚汉松 ( 1 9 6 2一) ， 男 ( 汉族) ， 湖北应城人 ， 中国地质大学( 北 京 ) 博 士在 读 ， 海南 省地 质矿产勘 查开发局副 局长 、 教 授级高级 工程 师， 地质工程专业， 工学硕士， 从事地质工程及爆破工程的施工与管理工作， 海南省海IZ l 市南沙路8 8号海南省地质矿产勘查开发局， h a n s o n g s i n a C O IT I 。 维普资讯 http:/ 2 0 0 7年第 1 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 5 5 临近 自由面处 ， 应布置导 向空眼。同时， 根据光面及 预裂切割爆破成缝机理的研究成 果， 应尽量保证所 有的切割爆破炮孔 同时起爆 ， 即所有的切割爆破药 包须用低段位同段毫秒差雷管或即发雷管起爆。为 了充分利用爆轰气体 的能量 ， 提高光面和预裂切割 爆破裂缝的贯通效果 ， 切割爆破的炮孔 口必须进行 堵塞。 1 2 预裂切割爆破的主要参数 预裂切割爆破 的主要参数有炮孔直径 、 炮孔长 度 、 炮孔间距及单孔装药量。这些爆破参数 目前 主 要采用经验公式确定。 目前素混凝土结构切割爆破一般采用 0 4 0 m m 直径的炮孔装药， 在这种情况下 ， 需要确定的爆破参 数只有炮孔 间距 、 炮孔长度及单孔装药量。常用 的 单孔装药量计算公式为 ： q=Aa H 式中： q 单 孔 装 药 量 ， g ； 0 炮 孔 间 距 ， m； 预裂 厚度 ， m； A 预裂 单 位 用药 系 数 ， g m ， 亦可近似为预裂单位 面积的用药量 ， 视材质情 况参照表 1 选取 。 表 1 预裂切割爆破单位用药系数表 表 1中还列出了在炮孔直径 4 0 m m 的情 况下， 可供参考的炮孔间距及相对应的线装药密度。 预裂切割爆破的条件不 同， 炮孔长度 的确定原 则也不相同。板状 及块状体的切割 ， 即在炮孔前方 存在一个 自由面时， 炮孔 长度 z =( 0 60 8 ) H， H 小时取小系数值 ， 大时取大系数值。当炮孔前方 部分需要保 留时， 炮孔长度 Z =( 0 91 1 ) H， 介质 强度低又不允许破坏下部保 留体时取小系数值 ， 介 值强度高或不要求开挖面很平整时取大系数值。 1 3 光面切割爆破的主要参数 光面切割爆破参数主要包 括最小抵抗线 W、 炮 孔间距 a 、 炮孔长度 z 和单孔装药量 q ， 其 中最小抵 抗线 W和炮孔间距 a可按下列公式确定 ： w=( 7 2 0 ) d a=( 0 6 0 8 ) W 式中： d 炮孔直径 ， m m。 单孔装药量 q和炮孔长度 Z 可参照预裂切割爆 破选取。 2 钢筋混凝土结构切割爆破 钢筋混凝土结构切割爆破与素混凝土结构切割 爆破在技术上有着很大 的差异 ， 仅仅在钢筋混凝土 结构的设计位置和方 向上用爆破的方法形成裂缝 ， 因钢筋的牵制 ， 钢筋混凝土结构是 无法分离的。笔 者认为 ， 用爆破方法切割钢筋混凝土结构 ， 只有将结 构预定位置和方向的一条具有一定宽度的窄条形区 域内的混凝土全部炸碎， 使其钢筋完全暴露 ， 然后用 其它方法( 如气割) 切割钢筋 ， 才能达到切割分离钢 筋混凝土结构的 目的。 2 1 薄板状钢筋混凝土结构切割爆破 对于厚度小于4 0 0 mm的薄板状钢筋混凝土结 构 ， 通过多次实践 ， 其切割爆破可以呈梅花形交错布 置 2排平行的炮孔 ， 主要参数如下 ： a =b=H 2 Z =( H+h ) 2 q：Kab H 式中： q 单 孔 装 药 量 ， g ； 0 炮 孔 间 距 ， m； 6 炮孔排距 ， m； Z 炮孔深度 ， m； 药包高 度 ， m； 钢筋混凝土结构厚度 ， m； K 单位用 药系数 ， 一般取( 2 0 2 5 )X 1 0 g m 。 在进行爆破施工时 ， 装药后炮孔必须完全堵塞 ， 全部药包用低段位 同段毫秒差雷管起爆 。爆破 时， 在最小抵抗线方 向， 碎石定向抛掷距离较远 ， 必须采 取相应的防护措施 。 2 2 厚钢筋混凝土结构切割爆破 实践证 明， 对于厚度大于 4 0 0 m m 的钢 筋混凝 土结构的切割爆破 ， 若采用薄板状钢筋混凝 土结构 的切割爆破方法 ， 很难取得 良好 的效果。笔者认为 ， 应借用坑道爆破技术 的掏槽爆 破方法 ， 在结构设计 位置和方 向布置炮孔时 ， 布置部分空心眼 ， 以创造更 多的自由面， 并作为介质破碎松散的补偿空间， 降低 爆破力对结构其它部位的破坏作用。具体的炮眼布 置方法可采用如图 1所示的方式。 一一 十0斗一 He I _= 兰l 一一 卜 _ 0 一 o I一 卜 一 _ 卜 _ _ L 装 药 眼 O 空 心 眼 1 1 图 1 厚钢筋混凝土结构切割爆破炮眼布置 图 其主要爆破参数为 ： a=b= 1 00 mm 维普资讯 http:/ 5 6 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 0 7年第 1 1 期 q ：2 fl a b H f = ( m ( i + m) H+ h 2 式 中： m 单孔药包个数 ， 即装药层数 ， 由方程 m = q ( 2 4+ m) 确定 ， 四舍五人取整数 ； 单位用 药系数 ， 这里取 ( 3 5 4 0 7 )1 0 g m 。 当m2时， 即分 2层及 2层 以上装药时 ， 各层 药包装药量不应相等， 里层 药包装药量应 比外一层 药包装药量增加 1 5 一2 0 ， 各层药包的层间距 应 相等。 3 工程实例 3 1 素混凝土桥墩的切割爆破拆除 某铁道工程局正承建 的某特大型铁路桥 ， 因条 件变化需要拆除某桥墩的 1 3 。桥墩原全高 1 2 m， 其中 81 2 m部分需要拆除。要求拆除后切割面平 整 ， 0 8 m保 留部分无任何 内损伤。大桥正好跨过 一 村庄 ， 桥墩 四周环境 比较复杂 ， 西 5 m和东 7 m有 居民房屋 ， 西 1 0 m是正在运行 的原焦枝单线铁路 。 因爆破抛掷 的初始高度较大， 故应对爆破抛渣 进行控制。经现场勘查 ， 确定采用 预裂切割爆破和 定向抛掷爆破进行拆除。预裂切割面确定在 8 1 m 标高处。此处桥墩断 面尺寸 为 3 52 5 m ； 桥墩 的砼标号为 4 2 5号。其预裂切割爆破方法为： 断面 长边上布置炮孔 ， 因当时钎杆长度限制 ， 从两个长边 沿短边方向对凿炮眼 ， 两边炮 眼深度 l 均为 1 1 5 m。 为严格控制爆破作用 ， 采用多打眼少装药的方法 ， 炮 孔布置如图 2所示。 o一 空 心 导 向 限 一 装 药 眼 图 2 桥墩切 割爆破炮眼布置图 装药炮孔间距定为 2 0 0 m m， 其主要参数为： ( 1 ) 炮孔直径 d= 4 0 m m； ( 2 ) 炮孔间距 a= 2 0 0 m m； ( 3 ) 炮孔深度 f =1 1 5 m； ( 4 ) 单孔装药量 q= A a H， 此处 H= 2 5 2=1 2 5 m 0 根据表 l用插值法求出 4 2 5号砼结构 的 A值 ， 即 A= 4 5 3 2 6 g m 。 故 q= 4 5 3 2 6 0 21 2 5=l l 3 3 2 g 取 q=1 1 0 g 把 1 1 0 g炸药分成 3 0 、 3 5和 4 5 g的 3个药包 ， 采用空气柱间隔装药 。4 5 g药包置 于孔底 ； 3 5 g药 包置于孔深 0 6 8 m处 ； 3 0 g 药包置于孔 口与炮泥紧 靠 ， 炮泥堵塞长度 2 0 0 m m。药包采用竹片定位 ， 药 包之间采用导爆索传爆 ； 全部药包均采用 即发 电雷 管起爆。 爆破后， 切割面平整。经铁道设计部门观测 ， 下 部保 留部分无任何损伤。 3 2 薄钢筋混凝土板结构的切割爆破 钢筋 混凝 土板 结 构尺 寸 为 6 0 0 0 m m 3 5 0 0 0 mm 3 0 0 m m， 有一层 01 o m n的钢筋， 布筋密度为 1 0 0 m m1 0 0 mm。根据用户要求 ， 需将该结构沿长 边方向等分为 3部分。设计在板长边方 向三等分的 各等分线两侧梅花形布置 2排炮孔 ， 其 主要爆破参 数为： a=b=2 0 0 mm Z =( 日+ h ) 2=( 3 0 0+ 5 0 ) 2=1 7 5 m m q=Ka b H =2 0 1 0 x0 2 x0 2 x0 3 =2 4 g 这里取 h=5 0 m m， K= 2 01 0 g m 爆破时， 将板倾斜放置， 倾角为 l 5 。 左右。全部 炮泥堵实， 全部 药包均用 即发电雷管起爆。为 了安 全起见 ， 板的上表面进行 了覆盖。起爆后 ， 爆渣沿板 的外法线方向定向抛出， 板的 2条三等分线处被爆 破出一条约 2 0 0 m m宽 的窄缝 ， 并完全暴露 出钢筋 。 气割割除钢筋后板被整齐地分割为三等分。 4结 语 素混凝土结构与钢筋混凝土结构切割爆破技术 方法存在着很大的差异。笔者在实践中总结出来的 切割爆破技术方法及相应 的爆破参数确定方法 ， 反 过来应用于工程实际时取得 了良好 的技术效果 ， 达 到了相应的工程 目的。对于不同的应用条件 ， 笔者 提出的技术方法及爆破参数确定方法可能会产生一 定的误差 ， 敬请 同行们批评指正并提出修正意见。 参考文献： 1 冯淑瑜 城市控制爆破 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 8 6 2 史雅语， 等 工程爆破实践 M 合肥： 中国科技大学出版社， 2 0 0 2 3 周听清 爆炸动力学及其应用 M 合肥： 中国科技大学出版 社 2 0 0 1 维普资讯 http:/