廣西河池市拔貢電站薄壁攔水壩及公路橋爆破方案選擇

2015-10-21 19:41:30鄒言明

建筑工程技術與設計 2015年5期

鄒言明

【摘要】水電站攔水壩一般為實體結構，施工及爆破方法簡便易行。薄壁結構攔水壩則給施工和爆破網路等帶來較大的技術難度。本案例中，通過采用淺孔微差爆破方法，一次性成功爆破拆除攔水壩，完好控制爆破振動。正確采取了薄壁攔水壩和橋梁拆除相關爆破技術的施工方案。

【關鍵詞】：薄壁攔水壩；公路橋，爆破方案

一、工程概況

廣西河池市拔貢電站位于金城江市拔貢鎮，與鎮距離約2公里。電站建于上個世紀70年代，決定對其進行拆除并在其下游200m處重建，新電站的建設需要拆除原有老電站的攔水壩和拔貢河大橋。

老電站攔水壩體總長107m，外觀看由非封閉區和封閉區兩部分組成。非封閉部分為鋼筋混凝土板形結構壩體，由10條橫隔墻支撐，每條橫墻直通壩頂。在標高220.5 m處，橫墻厚0.8m，長25 m，到頂高3至10m；橫墻上游是擋水板，其厚度為0.9m～0.6m。橫墻上面是頂板即溢流面板，溢流面板鋼筋混凝土厚0.6m～0.9m，其頂面標高為230m，壩頂至水面（標高217m左右）高差約13m。橫墻與擋水板和頂板的連接處有牛腿，斷面尺寸為1.3×1.8m，長約35 m。橫墻下游有挑流坎，外立面尺寸為54mx 4m。封閉區部分與非封閉區結構大致相似，只是左岸1#-4#墩間和下游面有些區別。現決定拆除標高220.5m以上非封閉區這一段攔水壩。攔水壩環境下圖1所示，內部結構如圖2所示。

拔貢大橋是一座上承式三跨曲拱橋，總長93m，寬度5m。大橋從右岸往左岸，每跨拱橋跨度分別為30m，32m，31m橋。橋面至現水面高約17米，其中橋墩高10m，拱高7m。橋體為鋼筋混凝土雙曲拱橋，拱圈由拱肋和拱波組成，拱肋4條，截面為0.2×0.8m，間距1.2m；拱波為砌塊，寬0.55m，厚0.2m；肋間有系梁相互連接加固，系梁截面0.2×0.2m。橋面結構與拱圈間由橫隔墻支撐，墻體截面為5×0.8m，高度2～7m，橋面為預制構件，面層有一8～10cm的鋼筋混凝土表層。橋墩、橋臺為漿砌片石結構，橋墩承臺為鋼筋混凝土。大橋環境下圖3所示：

大橋為西南走向，大橋右岸與廠房距離約10m，與在建電站距離約117m。其他方向均為山體。大壩也為西南走向，右岸與廠房距離約11m，與待拆大橋距離83m，與新建大壩距離200m，其它方向均為山體或水庫。

大橋所處的水域深度4～6m。攔水壩下游所處水域水深4～8m。設計標高220.5m，即要求爆破攤平構筑物至標高220.5m或以下，壩體下游一側現有水面標高約217m。項目要求的施工順序是，先拆除攔水壩，后拆除拔貢大橋。拆除爆破要求不能造成電站兩邊的山體塌方，不能對廠房造成結構性損壞。

由于橋、壩的始建年代久遠，布筋結構不是非常詳細，但根據以往爆破橋體經驗，爆破一般按加密鋼混結構計算藥量。

二、爆破方案選擇

根據現場地形及構筑物的結構特點和業主要求，攔水壩和大橋分別采用以下爆破方案進行爆破拆除。

2.1 攔水壩爆破拆除方案

2.1.1 攔水壩施工特點

攔水壩爆破拆除有如下特點和難點：

a、由于壩體為板殼結構，爆破最小抵抗線小，只能采用密集打眼，單孔少裝藥的爆破方法，這樣需要打的炮眼數量將非常龐大。

b、壩體內大量的鉆眼將對其結構安全產生無法估量的影響，畢竟該壩從修建到現在已有40多年，所以在電站邊蓄水發電邊鉆眼施工時，將對工人和設備的安全造成威脅，嚴重時會造成潰壩情況。

c、壩體內為半封閉空間，沒有空氣對流，水鉆由于天氣太冷無法作業，只能采用干式鉆。這樣，鉆眼時產生的大量粉塵無法自然排走，不僅影響工人的身體健康，也影響工作視線，導致效率下降。

d、支撐擋水板的豎墻頂面高程為230m，至人行道有10米高差，相當于三層多樓高，對該墻和牛腿都只能沿墻面水平進行鉆眼施工，必需搭鋼管腳手架平臺上來才能施工，同時壩體內空間狹小，給鋼管的搬運和搭設帶來很多困難。這樣將消耗大量的人力和物力，大大延長了施工時間，增加了勞動強度，減緩了鉆孔速度。

e、壩體為鋼筋混凝土結構，復雜的配筋給鉆孔帶來很大麻煩，會經常出現鉆到一半卻因遇到鋼筋鉆不進去而廢孔現象，降低了成孔率，增加工人的工作量，還容易打擊工人的積極性。

f、施工期間剛好跨過春節，考慮大壩安全運行和正常供電，春節前不能對大壩實施太多的鉆眼施工和預處理，以避免對大壩結構產生損壞。給節后留下了較大的工程量，而業主要求在2013年3月5日前完成施工，因而工期安排非常緊張，也給施工帶來很大困難。

g、鉆眼是在壩體內9個寬約5.2米，長約25米的半封閉式空間內施工，場地狹小，人員設備騰挪不便，大量增加人員和設備方式用不上，效率低下。又加壩頂是弧形的，上下落差9米多，需搭架才能施工。

h、河道兩岸懸崖峭壁，施工人員的出入工作非常困難；還要防止山上滾石和兩岸塌方。

I、大壩高度低，強度大，爆破后下塌的高度平均為5米，自然破碎能力十分有限。且板殼爆破后很多鋼筋會支撐在原位，難以塌落，必須要二次清除才能到設計標高。

J、爆破所處位置山體陡峭，易于產生山體滑坡；廠房、橋梁等設施較近；爆破藥量大，必須嚴格控制爆破單響藥量，防止爆破振動造成對山體滑坡和建筑、設備設施的損壞。這樣，同時對爆破網路連接技術要求高，工作量大。

2.1.2爆破拆除方案的確定

通過以上分析，提出以下拆除方案：1）方案一：大壩全部布眼裝藥，一次爆破完成，輔以人工切割處理。2）方案二：采用爆破與機械相結合的方法進行施工，分跨次爆破和輔以機械清理。總的原則是：爆破要求多打眼，少裝藥，混凝土充分破碎。爆后如有部分塌落物或鋼筋砼塊處于標高220.5m以上時，采用機械破碎錘破碎攤平至220.5m高程以下。3）方案三：首先爆破、切割壩體頂板，然后鉆豎直孔爆破處理壩體內的牛腿和橫隔墻。三個方案的優缺點如下：

2.1.2.1 方案一優缺點分析

優點是爆破次數少，避免爆炸物品的多次運輸和爆破組織。缺點是：1）一次爆破藥量大，爆破網路復雜，技術要求高，實施難度大；2）爆破振動對周邊的建筑、設施、地質結構等構成較大威脅，安全系數較低；2）爆破后大量鋼筋或混凝土可能高于設計標高，有的甚至高出10m，而機械無法到達河中施工（如填土則不但工作量大增，且耗時較長），爆破后的人工清理則需要至少1個月時間，且受到高處物體隨時落下的威脅。

2.1.2.2 方案二優缺點分析

優點是：1）每次爆破藥量較小，爆破網路較簡單，可操作性很強；2）爆破振動較小，對周邊的建筑、設施、地質結構不會構成較大威脅，安全系數較高；3）可根據壩體情況采用靈活的布孔方式，減少鉆爆工作量；4）爆破后，機械處理安全、快捷，從爆破到完成拆除10至12天即可完成，能保證在業主要求的期限內完成施工。

2.1.2.3 方案三優缺點分析

優點是爆破處理簡單，不用搭設腳手架。缺點是頂板拆除后，施工人員上橫隔墻和擋水板難度大，影響施工，效率低。爆破后至少45天方可把所有擋水板和橫隔墻拆除處理至標高220.5m處，這期間水庫不能蓄水。

通過以上三個方案優缺點的分析，認為：方案一工作量大，安全性較低，但可通過細致的施工組織和嚴格的爆破網路設計，達到控制爆破振動和爆破拆除至設計標高，技術要求很高。方案三則不能按時完成施工任務。方案二雖然較可靠，減少了一定的鉆爆工作量，但設備在弧形拱面施工易于滑脫，不易掌握，一旦不能實施，影響當地群眾飲水和生產，將造成社會問題。故選擇方案一作為本工程的施工方案。

2.1.3爆破拆除具體方案

爆破拆除具體方案如下：

（1）在舊壩下游從開始左岸修建一條頂寬約6m，長約140m的臨時便道，填土石方約14000方，通往大壩供施工機械、材料搬運和人員出入。

（2）在板式壩體內部搭設鋼管架，鋼管架從標高220.5m處的加筋梁處開始搭設，一直架設到流水板。鋼管架通道上鋪滿竹跳板，以供施工人員進行鉆爆施工。同時在左岸搭設一條通往壩體頂部的鋼管架通道，方便人員上下出入和施工。腳手架是鉆眼裝藥等施工的唯一通道，為防備一些特殊情況出現，在引爆成功前不能拆除；又加施工時間緊，如果再拆缷則時間上也等不及，所以，不考慮爆破前再拆缷回收。

（3）鉆眼施工時從安全方面考慮，壩體上游水位高必須不能超過施工面標高3m，如超過則要通過發電或下閘放水處理，以減小上游水對大壩的壓力，保證施工安全，防止出現因鉆眼施工破壞了壩體部分結構而產生潰壩情況發生。

（4）鉆眼施工時用電量較大，為保證能加班趕工，在自備柴油機應急的預案下，主要采用依靠電站或附近電源供電方案，施工電源直接到壩體上。

（5）鉆眼施工分兩組進行，一組在壩體內鉆眼；另一組在壩頂上鉆眼。所有的鋼筋混凝土墻體、梁等均鉆滿炮眼。

（6）采用微差爆破法，對攔水壩采用一次爆破拆除法。

2.2拔貢大橋拆除方案

2.2.1 工程特點及方案選擇

雙曲拱橋的受力特點是：上部荷載通過立柱（橫隔墻）傳送給拱圈，在拱圈上產生與拱軸線相重合的軸向力，荷載通過拱圈傳遞給橋臺或橋墩。拱圈是一種受壓結構，橋墩由于受雙向壓力制約而保持平衡。通過對拱橋結構受力分析可知，只要破壞橋體的關鍵受力點，就可以使橋體失去平衡，造成結構失穩。但是，落到河道的橋體塌落物不能高于高程220.5m。

根據此情況，為避免產生在深水位置破碎、攤平爆破塌落物的情況，分析了兩套施工方案。方案一是首先拆除所有橋面結構，然后對拱圈和橋墩一次全部爆破。方案二是在拱圈、拱頂關鍵部位和橋墩布置炮眼爆破，使大橋在重力作用下坍塌至設計標高以下。

方案1工作量大、工期長、費用大，可以保證橋體完全處理至設計標高以下。方案2的優點是工作量少、工期短、費用低，能保證處理至設計標高以下。

根據上述分析，決定采用方案二進行施工。

2.2.2爆破拆除具體方案

爆破拆除具體方案如下：

在大橋拱圈拱腳、拱頂和橋墩布置藥包，采用粉碎性爆破，使橋體在重力作用下塌落、破碎。從而達到爆破塌落物不高于設計標高的目的[1]。具體施工方法是：

a.首先采用小規模爆破和風鎬破碎相結合的方法預先拆除大橋橋墩上方、兩拱間的橋面結構和橫墻。

b.對拱圈的拱腳、拱頂部位打密集炮眼。為保證降低塌落物高度，布眼長度不小于2m。

c.在中間橋墩上部打垂直炮眼。

d.采用毫秒微差爆破，拱頂首先起爆，然后拱腳和橋墩同時起爆。

三.結束語

要想做好工程的爆破拆除工作，在選擇爆破方案的問題上也是非常關鍵的，必須分析好每個方案的優缺點，進行多加比較后，才能采取最合適的爆破方案，為人力、物力、財力以及時間和安全上也得到了相應的保障。望在今后的爆破拆除工作中都能擇優選取最佳方案。