CN107401957B - 一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,爆破前，首先准确测出烟囱、水塔倒塌方向中心线，并沿烟囱、水塔倾倒方向的中心线清理一定长度和宽度的土基础；然后通过做功测试仪进行测试分析，分别计算上部三分之一的质量M₁和几何中心高度H₁需的钢桩数N₁；中间三分之一的质量M₂和几何中心高度H₂需的钢桩数N₂；下部三分之一的质量M₃和几何中心高度H₃需的钢桩数N₃；并计算所需防护钢桩总数N；最后以上、中、下三分之一几何中心为中点将N₁、N₂、N₃的钢桩沿倒塌中心线分排均匀布置，另增加钢桩布置宽度，两边各宽H_i×sin5⁰，用槽钢焊接；能够说明安全防护方法是否保证周围环境的安全；降低了周围环境的振动幅值，不需要对振动速度等强度预测，不存在估算的局限性。

Description

一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法

技术领域

本发明涉及建筑爆破领域，具体涉及一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法。

背景技术

在大规模的城镇改造和厂矿企业的技术改造中，废弃烟囱、水塔的拆除工程是经常需要施工的。而这些建筑物往往位于人口稠密的城镇和企业内部的建筑群中，倒塌的范围常常受到限制，有的限制非常严格(附近有不能停止运行的生产线或正常工作的精密贵重设备或居民生活区等)，爆破拆除产生的振动、飞石等有害效应对周围影响很大，有时甚至是毁灭性的。在复杂环境下，采用爆破技术拆除烟囱、水塔等高耸建筑物保证其安全性、可控性和可行性具有重要意义。

烟囱、水塔采用控制爆破技术的方法进行拆除，爆破产生的危害因素有因爆破产生振动、空气冲击波和爆破飞石；因烟囱、水塔倒塌形成的空气冲击波(主要是高大烟囱)，倒塌触地产生的振动、触地产生的飞散物。前者因爆破使用的齐爆炸药量较少且可分段进行，同时根据设计采取适当的防护，(炸药爆轰产生的)振动、飞散物和冲击波都能有效控制在允许范围内。

对于烟囱、水塔，当爆破拆除烟囱、水塔很高时，由于倒塌的速度大，烟囱、水塔倒塌方向一侧和烟囱、水塔内空间的空气突然被扰动就会形成很强的空气冲击波，这种情况可通过空气冲击波防护栏有效降低或消除其产生的危害。烟囱、水塔倒塌触地产生的飞散物主要是倒塌形成很大的冲量与具有一定刚度的地面撞击造成的，只要地面刚度较小且设置足够强度防护栅栏或防护网可以降低或消除撞击飞散物的危害。

对于烟囱、水塔来说，定向倾倒爆破拆除产生的地震波即产生振动的震源主要位置有两个：一是缺口位置爆破部分能量转化为地震波使周围产生振动；二是烟囱、水塔整体倒塌撞击地面位置。理论分析和大量的工程实践表明，烟囱、水塔定向爆破拆除倒塌触地引起的振动对复杂周围环境的影响是巨大的。

目前环境复杂烟囱、水塔定向爆破拆除倒塌触地引起的振动主要采取两种防护措施降低或减弱触地振动危害。一是根据设计开挖防振沟或钻凿一排或多排孔屏蔽达到减振目的；二是根据设计构筑缓冲墙或防护缓冲层达到减弱振动效果，此方法是主要的措施。对于环境复杂情况，大多数采取二者结合的方式。主要沿倒塌方向中心线按设计清理一定宽度和长度的岩石、混凝土等强度较大的易飞散物至土基础、构筑多排缓冲墙或缓冲层、开挖防护沟(有的同时还设计钻凿一排或多排屏蔽孔)。

该种爆破安全防护措施的不足之处是：第一，爆破前，根据塌落触地引起振动质点经验公式估算需保护建筑物地面质点速度与相应标准比照，确定是否需要防护。若需防护，不能确定防护达到什么标准能保证安全，只是依据以往经验防护，安全度不高；第二，质点振动经验公式的使用范围有较强的局限性，对较远距离可靠性高，对近距离可靠性较差，近距离不能采用经验公式估算；第三，烟囱、水塔撞击到防护墙或缓冲层仍会产生飞散物，同时还可能撞击地面产生飞散物，必须对可能出现的飞散物进行防护。

发明内容

鉴于上述安全防护技术措施的不足，针对周围环境复杂烟囱、水塔定向倾倒控制爆破,本专利意在提供一种质点振动峰值小、安全性高，有效控制有害效应范围，降低环境影响的群桩减振爆破安全防护施工方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,具体按如下步骤施工：

S1、准确测出烟囱、水塔倒塌方向中心线，并沿烟囱、水塔倾倒方向的中心线清理一定长度和宽度的土基础；选用直径50mm圆钢桩或外径100mm的钢管桩作为钢桩，长度为2米；

S2、在清理后的土基础上选定2-3个点整理成平面，然后将做功测试仪置于该平面上，要求放平、放稳；

S3、沿落锤中心线将2米钢桩打入0.5米；

S4、将落锤提至最高点，刻度为0米，此时h₀＝1.5m，放下落锤，记录指示刻度值，计算d₁；

S5、重复步骤S4至钢桩全部入土即停止；

S6、按下式计算单桩打入需要消耗的功A；

A＝mgh₀+mg(h₀+d₁)+mg(h₀+d₂)+…+mg(h₀+d_n-1)

式中：m＝20kg—落锤质量；d_i—落锤第i次桩入土的深度；h₀—第一次打桩的落锤高度；g—重力加速度；

S7、按下式分别计算上部三分之一的质量M₁和几何中心高度H₁需的钢桩数N₁；中间三分之一的质量M₂和几何中心高度H₂需的钢桩数N₂；下部三分之一的质量M₃和几何中心高度H₃需的钢桩数N₃；并计算所需防护钢桩总数N

式中：M_i—被爆破烟囱或水塔局部的质量,Kg；A-单桩打入需要消耗的功,J；g—重力加速度,m/s²；H_i-几何中心高度,m；

S8、布桩：

以上、中、下三分之一几何中心为中点将N₁、N₂、N₃的钢桩沿倒塌中心线分排均匀布置，其中，任意相邻三根桩成正三角形，宽度等于烟囱、水塔各三分之一的外径平均值，并将每排钢桩顶部用槽钢焊接在一起，为防止倒塌偏移，另增加钢桩布置宽度，两边各宽H_i×sin5°，用槽钢焊接。

其中，所述做功测试仪包括钢架、抓钩、标尺、释放拉手和落锤，该钢架内一侧竖直安装有标尺，上端通过释放拉手活动悬挂有一抓钩，该抓钩的上顶端通过连接线与释放拉手相连，释放拉手安装在钢架的一侧，该抓钩内下端活动设置有一落锤，该落锤位于钢桩正上方，所述钢架下端对称安装有支脚。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，提高周围环境的安全度。爆破前，通过测试分析，能够说明安全防护方法是否保证周围环境的安全；第二，降低了周围环境的振动幅值，不需要对振动速度等强度预测，不存在估算的局限性。烟囱、水塔倒塌在撞击地面之前与群桩撞击，然后与群桩一起克服土基础的阻力将群桩打入土基础中，不会与地面撞击，就不会因撞击地面而在周围环境产生振动。第三，不需要对烟囱、水塔撞击地面产生的飞散物加强安全防护。

附图说明

图1为本发明实施例中做功测试仪的结构示意图。

图2为本发明实施例中钢桩的布置示意图。

图中：1-钢架；2-抓钩；3-标尺；4-释放拉手；5-落锤；6-钢桩；7-钢桩位置；8-倒塌中间线；9-槽钢。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，所述做功测试仪包括钢架1、抓钩2、标尺3、释放拉手4和落锤5，该钢架1内一侧竖直安装有标尺3，上端通过释放拉手4活动悬挂有一抓钩2，该抓钩2的上顶端通过连接线与释放拉手4相连，释放拉手4安装在钢架1的一侧，该抓钩2内下端活动设置有一落锤5，该落锤位于钢桩正上方，所述钢架1下端对称安装有支脚。

本发明实施例提供了一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,具体按如下步骤施工：

S1、准确测出烟囱、水塔倒塌方向中心线，并沿烟囱、水塔倾倒方向的中心线清理一定长度和宽度的土基础；钢桩长及钢桩直径的选取，钢桩长度宜选取施工方便、在冲击过程中满足刚度要求的基础上使做功尽可能大，但太长施工不方便，测单桩做功也困难，且在高冲击作用下可能会弯曲而失去减振的目的，选取长度2米；钢桩直径的选取应根据地基础性质、爆破烟囱、水塔的质量经测试选定。为减少成本，可回收反复使用，选用直径50mm圆钢桩或外径100mm的钢管桩作为钢桩；

S2、在清理后的土基础上选定2-3个点整理成平面，然后将做功测试仪置于该平面上，要求放平、放稳；

S3、沿落锤中心线将2米钢桩打入0.5米；

S4、将落锤提至最高点，刻度为0米，此时h₀＝1.5m，放下落锤，记录指示刻度值，计算d₁；

S5、重复步骤S4至钢桩全部入土即停止；

S6、按下式计算单桩打入需要消耗的功A；

A＝mgh₀+mg(h₀+d₁)+mg(h₀+d₂)+…+mg(h₀+d_n-1)

式中：m＝20kg—落锤质量；d_i—落锤第i次桩入土的深度；h₀—第一次打桩的落锤高度；g—重力加速度；

S7、按下式分别计算上部三分之一的质量M₁和几何中心高度H₁需的钢桩数N₁；中间三分之一的质量M₂和几何中心高度H₂需的钢桩数N₂；下部三分之一的质量M₃和几何中心高度H₃需的钢桩数N₃；并计算所需防护钢桩总数N；

式中：式中：M_i—被爆破烟囱或水塔局部的质量,Kg；A-单桩打入需要消耗的功,J；g—重力加速度,m/s²；H_i-几何中心高度,m；

S8、布桩：

以上、中、下三分之一几何中心为中点将N₁、N₂、N₃的钢桩沿倒塌中心线分排均匀布置，其中，任意相邻三根桩成正三角形，宽度等于烟囱、水塔各三分之一的外径平均值，并将每排钢桩顶部用槽钢焊接在一起，为防止倒塌偏移，另增加钢桩布置宽度，两边各宽H_i×sin5°，用槽钢焊接。

本具体实施利用一质量系M由n个质量为m_i的质点组成，即

设每个质量为m_i质点相当于一个重锤从高度为H位置下落与质量为m_桩钢桩完全非弹性碰撞。由机械能转换可知，当重锤落到桩顶时，速度为由动量守恒可求得碰撞后的速度v：

此后，桩与重锤以速度v克服土基础的阻力直到速度减至零为止，由功能原理，桩和重锤克服土基础所需要做的功等于桩和重锤的动能和势能的减少，即：

单桩克服土基础阻力所做的功等于质点m_i从高度H下落与桩碰撞所具有的能量，总质量M从高度H出下落所需要的总桩数N为：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,其特征在于，具体按如下步骤施工：

S1、准确测出烟囱、水塔倒塌方向中心线，并沿烟囱、水塔倾倒方向的中心线清理一定长度和宽度的土基础；选用直径50mm圆钢桩或外径100mm的钢管桩作为钢桩，长度为2米；

S2、在清理后的土基础上选定2-3个点整理成平面，然后将做功测试仪置于该平面上，要求放平、放稳；

S3、沿落锤中心线将2米钢桩打入0.5米；

S4、将落锤提至最高点，刻度为0米，此时h₀＝1.5m，放下落锤，记录指示刻度值，计算d₁；

S5、重复步骤S4至钢桩全部入土即停止；

S6、按下式计算单桩打入需要消耗的功A；

A＝mgh₀+mg(h₀+d₁)+mg(h₀+d₂)+…+mg(h₀+d_n-1)

式中：m＝20kg—落锤质量；d_i—落锤第i次桩入土的深度；h₀—第一次打桩的落锤高度；g—重力加速度；

S7、按下式分别计算上部三分之一的质量M₁和几何中心高度H₁需的钢桩数N₁；中间三分之一的质量M₂和几何中心高度H₂需的钢桩数N₂；下部三分之一的质量M₃和几何中心高度H₃需的钢桩数N₃；并计算所需防护钢桩总数N；

式中：M_i—被爆破烟囱或水塔局部的质量,Kg；A-单桩打入需要消耗的功,J；g—重力加速度,m/s²；H_i-几何中心高度,m；

S8、布桩：

以上、中、下三分之一几何中心为中点将N₁、N₂、N₃的钢桩沿倒塌中心线分排均匀布置，其中，任意相邻三根桩成正三角形，宽度等于烟囱、水塔各三分之一的外径平均值，并将每排钢桩顶部用槽钢焊接在一起，为防止倒塌偏移，另增加钢桩布置宽度，两边各宽H_i×sin5°，用槽钢焊接。

2.如权利要求1所述的一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,其特征在于，所述做功测试仪包括钢架(1)、抓钩(2)、标尺(3)、释放拉手(4)和落锤(5)，该钢架(1)内一侧竖直安装有标尺(3)，上端通过释放拉手(4)活动悬挂有一抓钩(2)，该抓钩(2)的上顶端通过连接线与释放拉手(4)相连，释放拉手(4)安装在钢架(1)的一侧，该抓钩(2)内下端活动设置有一落锤(5)，该落锤位于钢桩正上方。

3.如权利要求2所述的一种烟囱、水塔爆破拆除群桩减振施工方法,其特征在于，所述钢架(1)下端对称安装有支脚。