首页 爆破拆除正文

​坝体爆破安全允许标准

futao 爆破拆除 2019-06-10 882 0
川渝拆除17713551981

坝体爆破安全允许标准

三峡工程三期上游RCC围堰爆破拆除时,对坝体的有害效应作用有下列5种情况发生:

(1)纵向围堰与纵向围堰坝段直接相连,炸药爆炸有可能对紧邻纵向围堰的坝段产生直接破坏。其破坏是由应力波直接传人保留坝体混凝土中而产生的,如果产生破坏其范围是有限的。

(2)横向围堰拆除范围很大,爆破作用时间长,大量的爆破能量在一定时间释放,可以说相当于发生了一次小地震,爆破振动将引起大坝振动反应,即引起大坝整体运动,如不对振动进行控制,有可能产生局部或整体破坏。

(3)爆破产生的水击波压力、脉动水压力及涌浪等作用在大坝迎水面,使得大坝产生整体反应,如果不对压力进行控制,也有可能产生局部或整体破坏。水中冲击波可能直接造成坝体迎水面破坏。

(4)上部堰体下坐冲击保留堰体和倾倒入水后冲击河床产生的冲击震动,也将引起大坝振动反应。

(5)爆破产生的水石流直接撞击挡水的大坝迎水面,而使得被撞击点产生直接破坏。实践与理论分析表明,水工程围堰拆除爆破构成坝体破坏的可能性有多种,有直接破坏的,也有整体性受影响的。

1爆破直接破坏

(1)爆破应力波在被保护物中产生的动应力估算。对于前面所述的(1)、(3)及(5)三种情况,爆破对大坝可能产生直接破坏。

对于情况(1),爆破应力波直接传入被保护物,而产生较大的应力与应变。其应力值可以通过实测某一点的质点振动速度V,按式(6.1)、式(6.2)估算其拉应力。和剪应力值:

=KopVpCP(6.1)x=K1pV,c,(6.2)式中K。.K——与场地特征有关的系数;p——被保护物的重度,kg/m3;cp、c,——被保护物的弹性波纵波速度与横波速度,m/s;Vp、V,——与波传播方向一致及与波传播方向垂直的质点振动速度,m/s。

计算出的应力方向与实测振动速度方向一致。

对于情况(3),爆破水击波或动水压力直接作用在挡水建筑物的迎水面,产生反射应力和透射应力,由于水的声阻抗小于混凝土的声阻抗,因此反射应力和透射应力均与入射力相同性质,即均为压应力。可按式(6.3)计算透射到混凝土中的最大应力。m感为max=1.76Pn(6.3)式中P。——峰值动水压力。

由于混凝土的抗压强度较高(19.6MPa),而且爆破产生的动水压力是由炮孔中逸出的部分能量和由基岩中传人水中产生的,不同于水中爆炸产生的水击波压力,从大量的实测资料来看均不足1MPa。因此围堰拆除爆破可以不考虑水击波或动水压力对被保护物的直接破坏。

(2)动力判别指标。水工建筑物大多为混凝土结构,其抗压强度较高,动力破坏主要使结构物被拉坏或剪坏,即当被保护物某一点的主控应力或最大剪应力大于其抗压强度或抗剪强度时,被保护物就遭破坏。对某一类结构物而言,其力学指标p、cp、c,均已知,其结构尺寸及形状一定,K。、K,变化不大,一般可取1。从式(6.1)、式(6.2)可以看出,质点振动速度Vp、V,可作为动力控制指标。

(3)直接破坏条件下爆破安全指标(爆破近区)。从强度理论可知,当某一点的应力onmx≥[ou],则材料被拉坏,而当剪应力了mnx>[xa]时,则材料被剪坏。

动力荷载作用下某一点应力o=。,(静应力)+oa(动应力),如果该点。,<0(“一”受压),允许抗拉强度相同的条件下该点能承受更大的动拉应力,亦即可承受较大的振动。

三峡工程大坝混凝土依部位不同,分别采用以下标号的混凝土:200号、250号、300号或350号。以最小标号(200号)混凝土结构来分析并计算允许质点振速。200号混凝土其抗压强度为20MPa,抗拉强度为1.6MPa,粘聚力为1.2~1.3MPa,摩擦系数为1.1~1.6,重度为2450kg/m3,弹性波纵波速度为4500m/s,泊松比为0.16,横波速度为3000m/s,考虑强度在动力条件下提高30%(SL203-97,P16),计算出其允许质点振速为18.5cm/s。该理论计算值与2458工程规定的允许值接近:2485工程实测值达到19.49cm/s(灯塔混凝土墩)也未见破坏;其他已有裂缝部位,实测值为10.4~16.4

cm/s,裂缝未见进一步扩展。爆破地震的频率较天然地震要高,因此其动力提高系数也较1.3高,即其允许振速将比18.5cm/s高。由此可见采用18.5cm/s作为爆破近区的质点振速控制标准是安全可靠的。

(4)石渣流对大坝的撞击而产生的破坏。当围堰内充水水位达到一定高程时,爆破产生的水石流因不会直接撞击挡水建筑物,此时可以不考虑这一影响。

6.1.2爆破对需保护物产生的整体反应

(1)爆破振动。对于上述的(2)和(4)两种情况,可参照天然地震控制标准。三峡工程设计烈度为8度地震,水平向地震加速度代表值ak=0.2g。地震加速度的主频率大约为1.8~5Hz(按SL203-97,表3.6估算),可估算出速度允许值为6~18cm/s。

利用大量水下钻孔爆破实测波形,建立了爆破振动速度反应谱曲线,采用ANSYS程序,对不同的上游水位情况进行反应谱计算,得出爆破产生10cm/s质点振速时,在坝体中产生的动、静应力组合不会超过坝体材质的允许强度。考虑到预报的质点振速有一定误差,同时考虑一定的安全度,提出按5cm/s质点速度进行设计。大量实测资料也表明采用5cm/s作为坝基的设计控制标准是可行的。

由于放大作用,大规模爆破引起的坝顶质点振动速度均大于坝基的质点振动速度,岩滩水电站的实测资料也证明了这一点。动力分析表明,动力放大系数大于2,因此,坝顶质点振动速度的设计控制标准定为10cm/s。

(2)水击波和动水压力。从大量水击波实测资料分析,其爆破作用时间在100kg单响药量情况下仅为几个微秒。假定1000kg炸药在水中集中爆炸,在114m处产生的水击波压力约为3.3MPa(TNT),作用时间为20us,将此荷载加在坝体的迎水面,由此产生的最大动应力仅为0.005MPa,仅为所加荷载的1/660,由此可见,水击波产生的动应力非常小。

另外,在反应谱分析计算中,将动水压力作为拟静力荷载加在坝体迎水面上,在动态与静态荷载组合条件下,上游为135m水位,加0.4MPa动水压力,其计算的组合最大应力远小于坝体材质的允许动强度,同样表明动水压力影响可不计及。

三峡大坝设计正常蓄水位为175m,围堰爆破时上游水位为135m,两水位差为40m。

即使只考虑静水压力,大坝混凝土至少有0.4MPa的压力空间,如考虑动水压力系数1.2,其承压空间至少可达0.48MPa。对大坝混凝土在爆破作用下的动水压力允许值按0.4MPa考虑,由于大坝混凝土为大体积混凝土,故此安全控制标准是偏安全的。

(3)动应变。混凝土的静力允许应变一般为80~130u,模型实验表明达到同样的应力状况,静力加载产生的应变较动力加载产生的应变大,从这一点可以得到,如果允许应力相同,动力加载允许的应变值应低于静力加载允许的应力值,然而,动力强度大于静力强度,动力加载的允许应变值将有所提高。我们曾在丹江口试验场进行过爆破对新喷混凝土模型试验,实测到爆破产生的应变大于130ue,喷层混凝土未产生破坏,最后提出控制标准130ue,实际按此进行控制,未发现爆破对喷层产生危害。

数值计算表明在大坝下游折坡处将产生较大的动拉应力,主要应控制此部位的动应变,控制标准为:设计安全标准80ue,校核安全标准130uE。


推荐阅读:

深水RCC围堰爆破倾倒加钻爆炸碎拆除设计

高层建(构)筑屋拆除爆破对地下管线的影响

房屋拆除工程总则

拆除施工的有害影响及其防护

拆除与建筑的关系