瀕危鋼筋混凝土雙曲拱橋的控制爆破拆除

單志國,毛益松,任才清,張秉堯

(1.湖南長工工程建設公司, 湖南長沙 410003;2.國防科學技術大學, 湖南長沙 410073)

瀕危鋼筋混凝土雙曲拱橋的控制爆破拆除

單志國1,毛益松2,任才清2,張秉堯2

(1.湖南長工工程建設公司, 湖南長沙 410003;2.國防科學技術大學, 湖南長沙 410073)

介紹復雜情況下一座瀕危鋼筋混凝土雙曲拱橋控制爆破拆除的工程實例。詳細論述了爆破方案的選擇、爆破參數(shù)的確定、起爆網(wǎng)絡設計及安全防護措施。通過對爆破效果的分析,得出幾點體會。

控制爆破;爆破參數(shù);起爆網(wǎng)絡;安全防護;雙曲拱橋

1 工程概況

湖南省長沙市的撈刀河廖家渡大橋建于 1970年代初,受使用年限以及施工工藝和原材料的影響,主拱已出現(xiàn)斷裂。經(jīng)專家鑒定此橋為Ⅴ類危橋,長沙市政府決定爆破拆除該橋。

大橋為鋼筋混凝土雙曲拱橋 (見圖1),全長194 m,橋面寬 9.0 m,2個橋臺,3個橋墩,4個橋跨。橋臺、橋墩用漿砌塊石砌成,其中,橋臺高 2.7 m,寬11.5 m,厚 2.0 m;1#、3#橋墩高 11.3 m,寬 14.4 m,厚 3.3 m;2#橋墩高 10.9 m,寬 16.6 m,厚 5.7 m。上部結構為鋼筋混凝土雙曲拱結構,每跨 5根主拱肋,拱肋間距為 1.9 m,拱肋橫截面為矩形,拱肋底寬 42 cm,高 40 cm,拱波厚 18～28 cm。橋墩上支撐隔墻為漿砌塊石砌筑,墻寬 14.4 m,厚 1.24 m。

圖1 橋梁結構示意(單位:m)

大橋周邊環(huán)境較為復雜,南端東側(cè) 10 m處有一幢民房,西側(cè) 20 m處是新世紀砂場,西側(cè) 216 m處為一加油站,北端東側(cè) 12 m處為居民住宅,西側(cè) 15 m處為一百貨商店。大橋下游 40 m和上游 30 m處分別是與大橋平行的架空通信電纜和高壓輸電線路。橋梁周邊環(huán)境如圖2所示。

圖2 周邊環(huán)境示意

2 爆破方案確定

根據(jù)橋梁的結構特點、環(huán)境情況,確定采用藥孔法控制爆破技術拆除橋梁:

(1)先爆破拆除橋梁上部結構及部分橋墩、橋臺,爆破后用炮機拆除水中剩余橋墩;

(2)每個橋跨拱肋分別從兩端拱腳處和中央拱頂處炸開一個長 3.0 m左右的貫通缺口,使上部結構在塌落和沖擊地面過程中解體,為確保上部結構塌落徹底,對橋墩立墻實施爆破,使其塌落;

(3)同時在拱腳和橋墩間垂直鉆孔爆破,使拱圈充分失穩(wěn),同時盡可能多的破壞些橋墩;

(4)為降低爆破震動并減小一次齊爆的藥量,同時使橋梁解體破碎充分,確定采用半秒分段延期起爆方式,從南向北分段依次起爆。

3 爆破參數(shù)設計

3.1 第一腹拱拱肋爆破參數(shù)設計

(1)最小抵抗線:W=B/2=0.21 m(B為肋寬0.42 m);

(2)孔深:L=2/3H+h=2/3(0.42+0.28+0.55)=0.95 m;

(3)孔距:a=0.3 cm;

(4)每肋孔數(shù):N=12個;第一腹拱孔數(shù):N=12×5=60個;全橋第一腹拱孔數(shù):12×5×4×2=480個;

(5)單孔藥量:Q=kV=1200×0.3×0.4×1.1=158.4 g;考慮到拱肋的砼標號高達 30#,并要求砼結構徹底碎塊,因此單位用藥量應適當加大,取k=1200 g/m3;實際裝藥:兩外側(cè)拱肋炮孔取 160 g,分兩層裝藥,上層 80 g,下層 80 g,中間拱肋炮孔取200 g,分兩層裝藥,上層 100 g,下層 100 g,上下層裝藥間距為 35 cm;拱腳處拱肋總裝藥量:∑Q1=480 ×0.2=96 kg。

3.2 第二腹拱拱肋爆破參數(shù)設計

(1)最小抵抗線:W=B/2=0.21 m(B為肋寬0.42 m);

(2)孔深:L=2/3H=2/3×0.65=0.45 m;

(3)孔距:a=0.5 cm;

(4)每肋孔數(shù):N=5個;第二腹拱肋孔數(shù):N=5×5=25個;全橋第二腹拱裝藥總個數(shù):5×5×4×2=200個;

(5)單孔藥量:Q=kV=1.2×0.5×0.4×0.65=0.156 g;實際裝藥:兩外側(cè)拱肋炮孔取 0.12 kg;中間拱肋炮孔取 0.15 g;拱腳處拱肋總裝藥量:∑ Q2=200 ×0.15=30.0 kg。

3.3 拱頂處爆破參數(shù)設計

(1)孔深:L=0.7～1.0 m;

(2)孔距:a=0.3 m;

(3)每肋孔數(shù):N=6個;每跨孔數(shù):N=6×5=30個;全橋拱頂處拱肋孔數(shù):N=6×5×4=120個;

(4)單孔裝藥量:Q=kV=0.12×0.3×0.4×(0.7～1.0)=0.1～0.15 kg,實際取 0.2 kg,分兩層裝藥,下層 0.1 kg,上層 0.1 kg,上下層間距為 25 cm;拱頂處拱肋裝藥量:∑Q拱頂=120×0.2=24 kg。

3.4 橋臺炮孔爆破參數(shù)設計

在爆破施工中,為了使拱肋和橋臺徹底脫開,橋體坍塌更可靠,在拱肋和橋臺的搭接處布置 3排水平孔。

孔深:L=1.5 m;孔距:a=0.6 m;排數(shù):m=3排;孔數(shù):N=(9.5/0.6-1)=15個;兩個橋臺孔數(shù):N=45×2=90個;炸藥單耗:K=1.5 g/m3;單孔藥量:Q=0.6～0.8 kg;兩個橋臺藥量:Q=90×0.8=72 kg。

3.5 橋墩炮孔爆破參數(shù)設計

在爆破施工中,為了使拱肋和橋壙徹底脫開,橋體坍塌更可靠,在拱肋和橋墩的搭接處布置 1排垂直孔。

孔深:L=2.5 m;孔距:a=1.0 m;排數(shù):m=1～5排;孔數(shù):N=10 ×2×2+15×5=115個;炸藥單耗:K=0.4～0.6 kg/m3;單孔藥量:Q=2.0 kg;3個橋墩裝藥量:Q=115×2.0=207 kg。

3.6 橋墩上立墻爆破參數(shù)

孔深:L=2/3δ=0.67 ×1.24=0.83 m;孔距:a=0.6 m;排距 :b=0.6 m;排數(shù) :m=3排 ;孔數(shù) :1#、3#立墻 N=15 ×3=45個 ,2#立墻 N=45 ×2=90個;全橋立墻總孔數(shù):∑N立墻=180個;炸藥單耗:K取0.4～0.6 kg/m3;單孔藥量 :Q=0.178～0.268 kg,取0.3 kg;總裝藥量:∑ Q立墻=13.5+27.0+13.5=54 kg。

4 起爆網(wǎng)絡設計

4.1 起爆方式

采用導爆管非電雷管起爆和電起爆相結合的起爆方式。每個炮孔用 1發(fā)導爆管非電雷管起爆;根據(jù)炮孔的分布情況,每 20個左右導爆管非電雷管為1個并聯(lián)小組,每個并聯(lián)小組反向連接 2發(fā)瞬發(fā)電雷管。最后將全部電雷管聯(lián)接成串聯(lián)網(wǎng)路。

4.2 區(qū)段劃分及延時間隔

為了減小一次齊爆的藥量,降低爆破震動速度峰值和橋梁塌落時的震動速度峰值,同時有利于橋梁的解體破碎,本工程采用分段延期起爆方案。共分 9個區(qū)段,每個橋墩和相應拱肋上的裝藥為 1個區(qū)段,拱頂橋面為 1個區(qū)段。按從南向北的順序依次起爆。相鄰區(qū)段的起爆時差為 500 ms,延期時間見表1。

表1 延期時間匯總

5 爆破安全與防護

本次爆破的安全對象主要為爆區(qū)附近建 (構)筑物。由于本次爆破的單孔裝藥量不大且有填塞,因此,主要考慮爆破飛石的防護和爆破震動校核,噪聲和灰塵對周圍建筑物和人員的危害較小,可以不考慮。

5.1 爆破飛石的防護

該橋體承重構件為拱形薄壁結構或小斷面立柱,爆破飛石的飛散范圍應較大,而且橋體周圍較近區(qū)域有建筑物,飛石防護主要通過以下方法。

(1)加強覆蓋防護,拱頂暴露部位用麻袋裝上泥土壓重;在上、下游兩側(cè)邊拱肋吊掛多層麻袋、稻草防護簾,靠近兩岸建筑物的部位重點防護,覆蓋加倍,同時對堤上住戶的門窗用竹夾板等進行被動防護。

(2)對架空高壓線,在起爆前半小時至爆破結束采取臨時停電措施。

5.2 爆破震動安全校核

爆破震動經(jīng)驗公式為:

式中:Q為齊發(fā)爆破為總藥量,延時爆破為最大一段藥量;R是爆破中心與被保護建筑物的距離,取被爆體與建筑物不同距離;K′、K、α根據(jù)不同結構、不同爆破方法及地質(zhì)條件取值的有關系數(shù)或衰減指數(shù),本工程中取 K′=0.25、K=70～135、α=1.5。

經(jīng)計算爆破振動速度 V在 2 cm/s以下。小于國家安全標準要求,橋上爆破地震波只能通過橋墩和橋臺傳播,影響范圍小,衰減快,對安全影響不大,因此爆破震動不會對周圍建筑產(chǎn)生影響。

6 爆破效果及體會

爆破后,大橋由南向北依次塌落并解體破碎,橋墩橫隔墻破碎充分無大塊。拱肋落地后被拉直,多處斷裂,拱波 (預制件)解體。橋面板從爆裂口和伸縮縫斷開,塊度較大,并有大量不規(guī)則裂隙。兩岸橋臺完好無損。爆破震動未對附近建筑物造成不良影響。爆破取得了預期的效果,總結本次爆破可得到下列啟示:

(1)對于拱形橋體的爆破,原則上拱頂、拱腳爆破后形成鉸鏈,由于拱波搭接在拱肋上影響破碎效果,施工中應增大炸藥的單耗,但是在危橋拆除中應適當減小炸藥單耗。

(2)若需減小橋面板的塊度,可增加橋面的布孔,但這樣將增加爆破材料消耗,增大成本。本次施工中,橋面厚度小,易人工和機械破碎,可以不用爆破拆除。

(3)飛石主要產(chǎn)生于兩側(cè)的拱肋炮孔爆破和橋面炮孔爆破,應加強防護。

[1] 戴振華,趙 靖,許廣智,等.控制爆破在危橋拆除中的運用[J].爆破,2005,22(1):73-75.

[2] 曹 躍,龐端根,楊昌森,等.大型石拱橋坍塌爆破拆除 [J].爆破,2005,22(2):61-65.

[3] 于亞倫.工程爆破理論與技術 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

[4] 謝順龍,施祖新.鋼筋砼雙曲拱橋的控制爆破拆除[J].爆破,2001,(4):57-59.

[5] 劉殿中.工程爆破實用手冊 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

2011-06-26)

單志國 (1970-),男,從事爆破工程技術及管理工作。