鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術(shù)

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410205)

鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術(shù)

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410205)

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，長(zhǎng)334 m，主跨為鋼筋混凝土剛架拱橋，引橋?yàn)閳A柱形橋墩簡(jiǎn)支梁橋，大橋位于繁華街區(qū)。對(duì)圓柱形橋墩、拱肋合理確定了爆破缺口高度及參數(shù)，采用了孔內(nèi)高段延時(shí)、孔外毫秒延時(shí)、單元毫秒延時(shí)接力、雙回路起爆網(wǎng)絡(luò)，逐跨延時(shí)起爆；采用多層防護(hù)措施。通過精心設(shè)計(jì)和施工獲得了橋梁完全塌落、有效控制爆破危害效應(yīng)的良好爆破效果。

剛架拱橋；圓柱橋墩；爆破拆除

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，起于湖天路K0＋82，止于K0＋416，橋型為(鋼筋混凝土剛架拱橋)＋17×16 m(預(yù)應(yīng)力混凝土空心板)，橋梁全長(zhǎng)334 m，由北向南單向0.7%的上坡。橋面凈寬20 m，上部結(jié)構(gòu)主橋采用單孔L＝50 m、主拱矢跨比f/L＝1/8的混凝土剛架拱，由6片拱片組成，拱片之間采用橫系梁連接。主橋的下部采用重力式橋臺(tái)(見圖1)。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的鑒定和考察，確定湖天大橋的主體結(jié)構(gòu)承載能力不能滿足現(xiàn)行要求，出于對(duì)安全的考慮，政府部門決定對(duì)該橋進(jìn)行拆除重建。

圖1 橋梁基本構(gòu)造

1 環(huán)境與結(jié)構(gòu)情況

1.1 周邊環(huán)境

橋梁呈南北走向橫跨太平溪，橋梁全長(zhǎng)334 m，其中主橋(拱橋)部分50 m，其余為引橋部分，河內(nèi)水位較淺，水流比較平穩(wěn)。北側(cè)引橋正東面1～2 m處是待拆除的廢棄倉(cāng)庫(kù)，北側(cè)橋臺(tái)東北方向40 m處為商業(yè)高層建筑；北側(cè)引橋正西面7 m處為待拆除的二手市場(chǎng)門面，北側(cè)橋臺(tái)西北方向50 m處為懷化市建筑工程公司；南側(cè)引橋正東面13 m處有一雜貨店、28 m處分別是世紀(jì)花園小區(qū)和都市寶貝幼兒園，南側(cè)橋臺(tái)正東方向13 m處有一高層建筑居民樓；南側(cè)引橋正西面27 m處是湘州酒店、26 m處為新興苑小區(qū)，南側(cè)橋臺(tái)西南方向50 m處是新時(shí)代廣場(chǎng)；其中有一條市區(qū)次干道(花溪路)垂直從南側(cè)引橋穿過。大橋周邊行人、非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車的流量比較大(見圖2)。

圖2 周邊環(huán)境示意

另外，在太平溪北岸、大橋西側(cè)4 m處有一條市政供水管道，50 m處有橫跨太平溪的高壓線路。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)

南、北引橋分別采用10孔和7孔16 m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板拼接而成，每孔橫向由18塊板組成，引橋靠近兩側(cè)橋臺(tái)四孔橋面連續(xù)，余下引橋采

用三孔橋面連續(xù)。

主拱橋南北兩端各有6根拱肋和斜撐，材料為C30混凝土，拱肋的寬度為53 cm，厚度為105 cm，長(zhǎng)13.50 m，其中上下表面4 cm以內(nèi)等間隔分布Φ18 mm縱向鋼筋5根，縱向每間隔25 cm布置一道Φ22 mm環(huán)向鋼筋1根；斜撐寬35 cm，厚度為53 cm，長(zhǎng)6.3 m，其中上下表面4 cm以內(nèi)間隔30 cm分布Φ12 mm縱向鋼筋2根，縱向每間隔35 cm布置一道Φ20 mm環(huán)向鋼筋1根(見圖3)。

圖3 斜撐、拱肋剖面

引橋的墩柱直徑為120 cm，每跨橋墩之間的間隔為14.2 m，跨與跨之間相隔18 m。墩柱共17排34根，高度在4～5.5 m范圍內(nèi)；墩柱材料為C25混凝土，表面凈保護(hù)層5.2 cm以內(nèi)等間距13.9 cm分布27根Φ20 mm豎向配筋(見圖4)。

圖4 墩柱截面圖

2 施工要求

由于待拆的湖天大橋位于城區(qū)中心繁華地帶，且周邊交通網(wǎng)路較多，車流和人流量較大，因此拆除時(shí)應(yīng)滿足以下要求。

(1)控制坍塌范圍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)大橋的爆破切口位置、高度，使大橋的爆破坍塌在安全范圍內(nèi)。

(2)控制爆破振動(dòng)。爆破產(chǎn)生的振動(dòng)以及橋體觸地振動(dòng)的速度要小于各保護(hù)目標(biāo)安全允許的振動(dòng)要求。

(3)控制飛散物。爆破飛石及橋體塌落后產(chǎn)生的二次飛濺物不得損壞周邊的建筑設(shè)施、人員。

(4)確保施工安全。高空作業(yè)、水上作業(yè)采取安全措施，嚴(yán)密組織，確保爆破施工中人員安全。

(5)市政供水管道和高壓線路在爆破施工過程中需正常使用，不能受到任何影響。

3 爆破設(shè)計(jì)

3.1 方案選擇

湖天大橋周圍環(huán)境較為復(fù)雜，與周邊需要保護(hù)的居民樓距離只有13 m，因此爆破時(shí)要嚴(yán)格控制爆破飛石和爆破振動(dòng)。該橋的主橋部分為鋼筋混凝土鋼架拱橋，引橋部分為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，橋體設(shè)置有多條伸縮縫，整體的抗拉強(qiáng)度較低，方案設(shè)計(jì)時(shí)可以利用其坍塌后自身的重力作用進(jìn)行解體。根據(jù)待拆橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境條件，采取“自北向南逐跨倒塌，每跨橋體整體向西定向傾倒”的爆破方案。具體的爆破拆除方案如下。

(1)為了控制爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)，采用導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)和孔外相結(jié)合的延時(shí)起爆技術(shù)。

(2)由于待拆橋梁跨度較長(zhǎng)(全長(zhǎng)334 m)，為了保證橋梁在爆破作用下能夠充分倒塌，將主拱橋的每個(gè)拱肋和斜撐都設(shè)置一個(gè)分別長(zhǎng)3 m和2 m的爆破切口(切口的位置以施工方便為宜)，引橋的所有墩柱布置高3 m的爆破切口(見圖5)。

3.2 預(yù)拆除

(1)將湖天大橋南側(cè)的人行便道、天橋進(jìn)行切割處理，保證橋體的倒塌不受附屬建筑的影響。

(2)對(duì)橋面兩邊的路燈進(jìn)行預(yù)拆除，對(duì)安裝在大橋兩側(cè)的電纜及通信光纜進(jìn)行切割處理，切斷所有的水電氣、供暖、通信等管線。確保大橋在解體倒地后不會(huì)造成周邊居民停水停電的狀況發(fā)生。

(3)將周邊與大橋兩側(cè)毗鄰及3 m范圍內(nèi)的所有建筑物預(yù)拆除。

3.3 爆破參數(shù)

3.3.1 爆破切口設(shè)計(jì)

主拱橋的拱肋和斜撐上均設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)分別為3 m和2 m的爆破切口，考慮到鉆孔施工的可操作性，拱肋和斜撐上的切口分別布置在橋臺(tái)連接點(diǎn)附近，以利于鉆孔作業(yè)。

圖5 爆破切口設(shè)計(jì)

引橋部分總計(jì)有17跨墩柱，墩柱的爆破切口高度計(jì)算如下：

式中，B＝1.2 m，d＝2.0 cm，K＝1.5～2.0，Hmin＝(30～50)d＝60～100 cm，取80 cm。

由上得出，H＝3.0～4.0 m。

同樣是考慮到施工的方便，爆破切口的位置距地面約0.5 m左右。

3.3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)主拱橋爆破參數(shù)設(shè)計(jì)(見圖6)。拱肋(105 cm×53 cm)切口參數(shù)設(shè)計(jì)：

圖6 拱肋、斜撐炮孔位置及裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，q值取1.8 kg/m3(外側(cè)的拱肋適當(dāng)減小單耗到1.5 kg/m3)。按Q＝a·s·q式計(jì)算，其中a為孔距，m；s為拱肋截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q內(nèi)＝400.68 g，取400 g；Q外＝333.39 g，取300 g。

斜撐(53 cm×35 cm)切口參數(shù)設(shè)計(jì)：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，q值取1.8 kg/m3(外側(cè)的斜撐適當(dāng)減小單耗到1.5 kg/m3)。同樣，按Q＝a·s·q式計(jì)算得出Q內(nèi)＝100.17 g，取100 g；Q外＝83.5 g，取80 g。

(2)南、北引橋墩柱爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。南、北引橋只需將橋體下部的墩柱進(jìn)行爆破解體，橋體的自重即可讓自身失穩(wěn)，從而達(dá)到解體塌落的結(jié)果。

W＝45 cm(炮孔沿橋墩軸線分布并偏離中心軸15 cm一左一右布置兩個(gè)炮孔，見圖7)；L＝85 cm；a＝50 cm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底孔q值取為1.5 kg/m3，底部第二排按底孔系數(shù)0.85取值，依次向上排孔按底孔系數(shù)0.7取值，最上一排孔按底孔系數(shù)0.6取值。

圖7 墩柱炮孔布置

按Q＝1/2·a·S·q式計(jì)算，其中a為孔距，m；s為橋墩截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q底孔＝424 g，取400 g；Q底二排＝360 g，取350 g；Q中間孔＝296.8 g，取300 g；Q最上孔＝254.4 g，取250 g。

為確保立柱爆破效果，在底部三排孔之間兩個(gè)中心點(diǎn)各加一個(gè)輔助孔，孔深為75 cm，裝藥量為150 g，見圖8。

圖8 墩柱炮孔結(jié)構(gòu)

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔直徑為40 mm，選用Φ32 mm乳化炸藥。

(1)墩柱全部采用連續(xù)裝藥方式。

(2)斜撐采取空氣間隔分段裝藥，將單孔裝藥等分二份，用膠布纏繞在竹片上固定，兩個(gè)藥包間距為7 cm。

(3)兩側(cè)拱肋分段裝藥，方式如上，兩個(gè)藥包間距為15 cm，中間4根拱肋連續(xù)裝藥。

(4)孔口全部用炮泥充填密實(shí)。

3.5 起爆方式

(1)起爆器材選擇。為避免在施工過程中外來電流的作用導(dǎo)致誤爆、早爆事故，因此本工程起爆器材全部采用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)。炮孔內(nèi)使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管(HS-5)，傳爆雷管使用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管(西側(cè)MS-3和東側(cè)MS-5)，MS-5導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行單元接力傳爆。使用高能起爆器(CHA-2000)起爆。

(2)起爆延時(shí)分段設(shè)計(jì)。起爆采取孔內(nèi)延時(shí)和孔外延時(shí)相結(jié)合的起爆網(wǎng)路，大橋每的西側(cè)橋墩相比于北側(cè)橋墩提前60 ms起爆；為了控制爆破振動(dòng)對(duì)周圍建筑的損害，每跨的起爆時(shí)間差110 ms。

(3)起爆網(wǎng)路連接形式和起爆方法。每個(gè)橋墩、拱肋、斜撐分為一組，用“簇連”方法將炮孔中導(dǎo)爆管雷管抓為一把，用2發(fā)同一段別(西側(cè)MS-3和東側(cè)MS-5)的導(dǎo)爆管雷管傳爆。然后用導(dǎo)爆管、四通將各組傳爆雷管連接，相鄰跨之間再用2發(fā)MS-5導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行單元接力傳爆，成自北向南的復(fù)式起爆網(wǎng)路。用一個(gè)高能起爆器(另備用一個(gè))作起爆源，激發(fā)最北端的傳爆網(wǎng)路，自北向南逐跨起爆。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖9所示。

圖9 起爆網(wǎng)絡(luò)示意

4 安全措施

(1)爆破切口近體防護(hù)措施。對(duì)裝藥的墩柱等爆破切口使用一層厚12 mm橡膠皮和一層厚10 mm的地毯將爆破部位完全包裹，然后用鐵絲在外捆緊(5匝)；拱肋、斜撐外用橡膠皮、地毯等防護(hù)材料進(jìn)行3層以上包裹。通過上述方式，達(dá)到控制爆破切口部位產(chǎn)生的飛石擴(kuò)散。

(2)對(duì)重要保護(hù)建筑及設(shè)施的防護(hù)措施。在大橋和被保護(hù)建筑之間架設(shè)建筑腳手架，用一層鋼絲網(wǎng)和一層彩條布進(jìn)行防護(hù)，原則上腳手架架設(shè)距離為距大橋外檐的3～6 m范圍內(nèi)。通過該防護(hù)措施防止爆破飛石及橋體塌落產(chǎn)生飛濺物對(duì)被保護(hù)建筑產(chǎn)生破壞。另外，采用自橋面邊緣向下懸掛雙層鋼絲網(wǎng)和一層彩條布的方式，完全遮擋住拱肋、斜撐部位，防止爆破飛石對(duì)高壓線路造成影響。市政供水管路從河岸延伸至河底，外露部分有6 m長(zhǎng)，高于河底3.5 m左右。為了防止橋面塌落后解體構(gòu)件會(huì)砸到水管，采用自然土填充覆蓋方式進(jìn)行對(duì)水管進(jìn)行保護(hù)。其中覆土高度不低于水管表面1 m，并在水管位置上方敷設(shè)一定厚緩沖材料加強(qiáng)保護(hù)。

(3)塌落振動(dòng)防護(hù)措施。為了減小橋體塌落時(shí)觸地振動(dòng)，防止橋體解體后直接撞擊地面而引起周圍泥土及雜物飛濺，爆前應(yīng)對(duì)大橋倒塌范圍內(nèi)的碎渣清理干凈，在大橋每一跨之間堆設(shè)兩道1 m后的減震土堤。

(4)安全警戒。爆破區(qū)域周邊150 m范圍內(nèi)為警戒區(qū)域，迎豐路、花溪路進(jìn)行交通管制，警戒區(qū)域內(nèi)的居民全部撤離。

5 爆破施工及效果

整個(gè)爆破工程歷時(shí)15d，炮孔總數(shù)705個(gè)，使用乳化炸藥總量196.4 kg、雷管1009發(fā)。

爆破后，墩柱充分解體，橋面、拱橋失重塌落，爆破效果符合設(shè)計(jì)要求；施工過程中未出現(xiàn)任何安全事故，周邊建筑未受飛石影響，最近建筑物處的質(zhì)點(diǎn)振速為0.36 cm/s，對(duì)周邊建筑物沒有任何影響。

[1] 汪旭光.爆破設(shè)計(jì)與施工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013：393-394.

2016-10-17)

劉士兵(1982-)，男，安徽來安縣人，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事民用爆破器材生產(chǎn)、使用及爆破技術(shù)方面的研究，Email：1069452004＠qq.com。