СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИХ ДЕМОНТАЖЕ Российский патент 1997 года по МПК F42D1/02 F42D3/02 F42D7/00 

Изобретение относится к области производства взрывных работ в строительстве и может быть использовано при разделении бетонных и железобетонных строительных конструкций для их демонтажа.

Известен способ взрывного демонтажа строительный конструкций, когда заряды взрывчатых веществ (ВВ) размещают в пробуренных шпурах или скважинах, часть шпуров у их устья заполняют забоечным материалом, монтируют взрывную сеть и взрывают, производя при этом сплошное дробление материала конструкций (см. "Технические правила ведения взрывных работ на земной поверхности", Недра, М. 1972 г. с. 92-94). Недостатком этого способа является большая трудоемкость и стоимость работ из-за больших объемов дробления материала.

Известен принятый за прототип способ взрывного разделения бетонных и железобетонных строительных конструкций при их демонтаже, включающий бурение шпуров в плоскости разделения, размещение в них рассредоточенных или удлиненных зарядов взрывчатого вещества, заполнение части объема шпуров у их устья забоечным материалом, монтаж взрывной сети и последующего взрывание. (С. "Проектирование взрывных работ в промышленности", Недра, М. 1983 г. с.190).

В этом способе бурят ряд шпуров в плоскости проектируемой прорези, в каждом из которых размещают колонку патронов ВВ или рассредоточенные заряды массой 100 г. Шпуры располагают один от другого на расстоянии 40 50 см. При определении массы зарядов исходят из линейной (на 1 м длины заряда) массы ВВ 0,4 кг/м. В этом же способе в отдельных случаях допускается применение удлиненных зарядов из нитей детонирующего шнура (ДШ).

Недостатками этого способа являются неучет при выборе массы и конструкции заряда необходимых разрядов (ширины и глубины) прорези и прочности материала и, как следствие, производство работ "с запасом", приводящее к увеличению стоимости, расхода ВВ и повреждению взрывом демонтируемых блоков, препятствующему их повторному использованию.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение стоимости работ, расхода ВВ и повреждения демонтируемых блоков конструкций, за счет получения при взрывном разделении бетонных и железобетонных строительных конструкций прорезей заданных проектных размеров путем применения необходимых для этого параметров взрывов с учетом прочности материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе взрывного разделения бетонных и железобетонных строительных конструкций при демонтаже, включающем бурение шпуров в плоскости разделения, размещение в них рассредоточенных или удлиненных зарядов ВВ, заполнение части объема шпуров у из устья забоечным материалом, монтаж взрывной сети и последующее взрывание, массу зарядов в шпуре принимают в зависимости от размеров (ширины и глубины) прорези и прочности материала по формуле
Q_ш=0,004В²R^1,4.H, кг,
а расстояние между шпурами и между рассредоточенными зарядами в шпурах принимают равным a= B, где B и H соответственно проектная ширина и глубина прорези, м; R прочность на сжатие бетона строительных конструкций, МПа.

При исследовании технического уровня предлагаемого способа не обнаружено технического решения, обладающего признаками, сходными признакам предлагаемого способа, на основании чего можно считать что предлагаемое решение соответствует критерию "технический уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема размещения рассредоточенных зарядов в шпурах (горизонтальный разрез), на фиг. 2-принципиальная схема размещения удлиненного заряда ВВ в шпурах (горизонтальный разрыв), на фиг. 3,4 соответственно тоже (вертикальные разрезы), на фиг. 5,6 изображены примеры реализации способа для реальных условий (двух видов строительной конструкции), на фиг.7-конструкция удлиненного заряда ВВ в шпуре для условий фиг.5, на фиг.8-конструкция рассредоточенных зарядов в шпуре для условий фиг.6.

Cпособ осуществляют следующим образом.

В подлежащей демонтажу бетонной или железобетонной конструкции 1 определяют положение прорезей, разделяющей конструкцию на транспортабельные блоки, размеры и массу которых принимают по возможностям имеющегося грузоподъемного и транспортного оборудования. Затем по геометрическим размерам конструкции принимают проектную глубину прорезей H и проектную ширину прорезей B. Последний параметр для железобетона должен обеспечивать доступ к арматуре или закладным элементам для их последующего прорезания и обычно находится в диапазоне 0,3-0,6 м. Для бетона ширину прорези принимают равной 0,2-0,3 м.

В плоскостях каждой прорези бурят ряд шурупов 2. При этом расстояние между шпурами принимают равным a=B, а глубину шпуров L_ш=Н-0,5 а.

В каждом шпуре размещают несколько рассредоточенных или один удлиненный заряд ВВ 3. Предварительно делают выбор между этими вариантами зарядов на основе численного значения соотношения для условий производства работ (где R-прочность бетона конструкции на сжатие, МПа). При знаке "больше" принимают рассредоточенные заряды, "меньше" или "равно" удлиненный. Рассредоточенные заряды формируют из порошкообразного ВВ, например аммонита 6ЖВ, удлиненные - из нитей ДШ.

Массу зарядов в шпуре принимают равной
Q_ш=0,004B²R^1,4H, кг,
где значения B и H выражены в м, R в МПа.

В случае применения рассредоточенных зарядов расстояние между ними в шпуре принимают равным расстоянию между шпурами. Число сосредоточенных зарядов в шпуре определяют по формуле с округлением до целого числа, а массу каждого из них по формуле
В случае применения удлиненных зарядов их формируют из нитей ДШ, число которых составляет с округлением до целого числа,
где P_дш масса BB в 1 м ДШ, кг.

После размещения зарядов 3 монтируют взрывную сеть 4, например, с использованием ДШ и электродетонатора 5, а часть объема шпуров 2 у их устья длиной l₃=0,5 а заполняют забоечным материалом 6 (например песком) и производят взрывание.

Физическое обоснование предлагаемого способа и вывод применяемых расчетных формул следующие.

За исходное положение приняты физические закономерности действия одиночного сосредоточенного заряда, входящего в рассредоточенный заряд в шпуре. В условиях удаленности от открытых поверхностей строительной конструкции разрушение материала прорези происходит под воздействием напряжений сжатия, составляющих (см. Шемякин Е.И. Медведев Н.С. Волны нагрузки при подземном взрыве в горных породах. Журнал прикладной механики и технической физики. 1961 г. N 6, с.с. 8-9).

где P_н напряжение в материале непосредственно у зарядной камеры (шпура), r₀ радиус заряда; r расстояние от центра заряда до рассматриваемой точки материала; μ коэффициент Пуассона материала.

В рассматриваемом нами случае условиями образования прорези взрывом системы сосредоточенных (условно точечных) зарядов являются
s_сж= R r=0,5 B,
где R прочность материала при сжатии, B ширина прорези. Отсюда радиус заряда должен составлять

или с учетом того, что для сферического заряда радиус определяет массу Q₃ по зависимости (где ρ_вв плотность BB) необходимая масса заряда в общем виде составляет

Параметр P_н может быть определен по формуле (см. Баум Ф.А. Орленко Л.П. Станюкович К.П. и др. Физика взрыва. Наука, М. 1975).

где D скорость детонации BB, м/с; ρ плотность разрушаемого взрывом материала, кг/см³; C_р скорость распространения в материале продольных упругих волн, м/с; P_д давление на фронте детонации BB, составляющее

где n_BB показатель политропы газообразных продуктов взрыва, находящийся в зависимости от типа BB в диапазоне 2-3.

Расчетная формула для инженерного определения массы заряда получена путем последовательной постановки (5) и (4) и (4) в (3) при численных значениях входящих в эти формулы параметров для условий образования взрывом прорезей в бетоне, а именно:
ρ_вв= 900 кг/м³ D=3,5•10³ м/с, n_BB=2,5, P_д=3150 МПа (показатели для аммонита 6ЖВ, ρ = 2,2•10³ кг/м³ C_р=3,5•10³ м/с, μ = 0,15 (показатели для бетона).

В результате подстановки из (3) получено
Q₃=0,004B³R_1,4, кг
Поскольку радиус дробления такого заряда равен 0,5B, то расстояние между сосредоточенными зарядами в шпуре, а также между шпурами должно приниматься равным удвоенному радиусу дробления а=B, длина забоечного материала в приустьевой части шпуров l₃=0,5 a и глубина шпуров l_ш=H-0,5 a, где H проектная глубина прорези (см. фиг. 1). Число сосредоточенных зарядов в шпуре при этом составляет

Тогда масса рассредоточенного заряда в шпуре (или суммарная масса сосредоточенных зарядов в шпуре) составляет

Исходя из известной аналогии между действием ряда сосредоточенных зарядов и удлиненного заряда при одинаковых массах BB на 1м линии зарядов последняя формула справедлива и для удлиненного заряда в шпуре.

Соотношение для определения типа зарядов в шпурах принято из условия, что при малых массах сосредоточенных зарядов технологичнее использовать в качестве зарядов не россыпные BB, а нити ДШ в количестве до 5 во избежание удорожания работ. Масса взрывчатого вещества в 5 нитках ДШ длиной 1 м для наиболее употребительных марок ДША, ДШВ, ДШЭ 12 составляет около 0,065 кг. Учитывая, что масса шпурового заряда на 1 м его длины составляет

и приравнивая эту величину значению 0,065 кг, получаем условие

При знаке "больше" следует применять сосредоточенные заряды, "меньше" - удлиненные.

Приведем примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Требуется произвести взрывное разделение бетонной конструкции 1 с размерами указанными на фиг. 5, массой 13,2 т, на транспортабельные блоки. Максимальная грузоподъемность имеющегося оборудования 5 т. Прочность бетона на сжатие 20 МПа.

При реализации предложенного способа производят взрывное разделение конструкции на три блока путем образования двух горизонтальных прорезей (фиг. 5). При этом принимают глубину прорезей H=1 м и ширину B=0,3 м.

В плоскости прорезей бурят ряды шпуров 2 (например, наиболее распространенным диаметром 42 мм) на расстоянии друг от друга а=B=0,3 м. Глубину шпуров принимают равной L_ш=H-0,5a=1-0,5•0,3=0,85 м. Соответственно размерам конструкции в плоскостях прорезей размещается по 7 шпуров.

Далее для определения типа зарядов подсчитывают параметр который для условий данной работы равен 8,6, т.е. меньше 16. Соответственно в шпурах размещают удлиненные заряды 3 из нитей ДШ массой
Q_ш=0,004•0,3²•20^1,4•1=0,024
При этом расчетное число нитей ДШ составляет

где 0,013 кг/м масса ВВ в 1 м длины нити ДШ.

Соответственно расчету принимают 2 нити ДШ.

Конструкция заряда показана на фиг. 7. После размещения зарядов приустьевую часть шпуров длиной l₃=0,5a=0,5•0,3=0,15 м заполняют забоечным материалом 6, монтируют взрывную сеть и производят взрыв всех шпуровых зарядов одновременно.

Пример 2. Требуется произвести взрывное разделение на транспортабельные блоки железобетонной конструкции 1 с размерами 3х3х1,5 м массой 30 т (фиг. 6). Прочность бетона на сжатие R=25 МПа. Грузоподъемность имеющегося оборудования не превышает 5 т.

При реализации предлагаемого способа взрывом образуют три прорези, делящие конструкцию на 6 блоков (см. фиг. 6). Проектная глубина прорезей, H= 1,5 м. Проектная ширина прорезей обеспечивающая возможность перерезания арматуры, B=0,6 м.

В плоскостях прорезей бурят ряды шпуров 2 на расстоянии друг от друга а= B=0,6 м с глубиной L_ш=H-0,5a=1,5-0,5•0,6=1,2 м. В каждом ряду размещают по 5 шпуров.

Для определения типов зарядов подсчитано значение параметра

Поскольку это значение больше 16, в шпурах размещают сосредоточенные заряды 3, инициируемые ДШ 4.

Масса зарядов в каждом шпуре
Q_ш=0,004•0,6²•25^1,4•1,5=0,20 кг.

Расчетное число сосредоточенных зарядов в каждом шпуре

Принимают три заряда с массой каждого
Конструкция заряда показана на фиг. 8.

В приустьевой части шпуров длиной l₃=0,5a=0,5•0,6=0,3 м размещают забоечных материал 6.

После монтажа взрывной сети производят одновременный взрыв всех зарядов в строительной конструкции.

Изобретение обеспечивает следующие положительные технические результаты:
получение прорези заданной глубины и ширины;
уменьшение расхода BB и стоимость работ;
увеличение сохранности блоков, на которые разделяется конструкция, что обеспечивает возможность их повторного применения.

Использование: взрывные работы в строительстве. Сущность изобретения: способ взрывного разделения бетонных и железобетонных строительных конструкций при их демонтаже включает бурение шпуров в плоскости разделения, размещение в них рассредоточенных или удлиненных зарядов взрывчатого вещества, заполнение части объема шпуров у их устья забоечным материалом, монтаж взрывной сети и последующее взрывание. Массу зарядов в шпуре принимают в зависимости от размеров прорези и прочности материала по формуле: Q_ш= 0,004В²•R^1,4•H Расстояние между шпурами и между рассредоточенными зарядами в шпурах принимают равным: a= B, где Q - масса зарядов, кг; B и H - соответственно проектная ширина и глубина прорези, м; R - прочность на сжатие бетона строительных конструкций, МПа. 8 ил.

Способ взрывного разделения бетонных и железобетонных строительных конструкций при их демонтаже, включающий бурение шпуров в плоскости разделения, размещение в них рассредоточенных или удлиненных зарядов взрывчатого вещества, заполнение части объема шпуров у их устья забоечным материалом, монтаж взрывной сети и последующее взрывание, отличающийся тем, что массу зарядов в шпуре принимают в зависимости от размеров (ширины и глубины) прорези и прочности материала по формуле
Q_ш 0,004 • B²R^1 , 4H, кг,
а расстояние между шпурами и между рассредоточенными зарядами в шпурах принимают равным
а В,
где Q масса зарядов;
В и Н соответственно проектная ширина и глубина прорези, м;
R прочность на сжатие бетона строительных конструкций, МПа.