500 kV高壓線下預應力鋼筋混凝土橋拆除爆破

劉貴軍，汪海波，宗 琦

(1. 中冶(貴州)建設投資發展有限公司，貴陽 550003；2. 安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

1 工程概況

貴州省天(柱)黃(平)高速公路鎮遠北互通匝A跨主線橋因線路改變，需拆除。橋梁長94 m，上部結構為(23+35+23)m預應力鋼筋混凝土現澆連續箱梁；橋墩為鋼筋混凝土三柱墩，高6.484 m，直徑1.4 m；橋臺為素混凝土重力式U臺，預應力鋼絞線已張拉、灌漿。橋梁位于斜坡地帶，周圍有自建料場、拌合站及配套設施距橋梁起點40～50 m，橋梁上方30 m有500 kV高壓線斜穿，橋梁結構及周圍環境如圖1所示。

圖1 待拆橋梁及周邊環境Fig.1 The bridge to be demolished and surrounding environment

2 工程特點及對策

待拆橋梁位于野外，周圍環境較為簡單，橋梁上方30 m有500 kV高壓線斜穿，要求嚴格控制飛石。同時，該橋梁為新建橋梁，混凝土強度高，其中箱梁共有4道腹板，每道腹板設計了2排，每排3根預應力鋼絞線，所有鋼絞線均已張拉、灌漿，使得箱梁整體性好。針對上述特點，采用相應對策。

1)先起爆橋墩炮孔。由上覆箱梁遮擋飛石，減少向上飛石，這樣就不會危及高壓線。

2)爆破折斷箱梁。設計2個爆破區，為避免鋼絞線的拉應力造成箱梁不垮落，增大箱梁爆破區域范圍至1.5 m，并控制箱梁炮孔的裝藥量，加強填塞。孔口采用沙袋堆載，抑制向上的飛石。

3 技術方案

根據待拆橋梁特點和周圍環境情況，參考相關橋梁拆除爆破經驗[1-3]確定總體方案。

1)采用定向控制爆破技術，破壞箱梁、墩柱和橋臺，利用箱梁自重整體垮落。箱梁、墩柱采用淺孔爆破，橋臺采用深孔松動爆破。

2)墩柱支座中心線兩邊1.5 m范圍內箱梁為實體，為了箱梁順利垮落，對1、2號墩柱向跨中方向進行爆破，箱梁僅破斷，落地后采用冷開解體，減少飛石危害。

3)嚴密防護，將飛石、空氣沖擊波等控制在安全范圍內。

根據工程特點和相關橋梁拆除爆破經驗[4-6]，將爆破區域劃分為6塊(見圖2)。

圖2 爆破區域劃分Fig.2 Blasting area division

4 爆破設計

4.1 鉆孔爆破器材

1)箱梁、墩柱、橋臺采用氣腿式鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑40 mm。

2)采用2#巖石乳化炸藥，規格φ32 mm×200 mm×200 g；MS1～ MS3段延時導爆管雷管。

4.2 墩柱與箱梁腹板爆破參數

1)孔網參數設計。墩柱直徑1.4 m，墩柱總高6.484 m，兩道系梁間距5.4 m，且系梁與墩柱連接處鋼筋密集，因此只爆破系梁間的1、2號墩柱，炸高取5.4 m。每個墩柱各布置10排炮孔，1個墩柱炮孔總數30個，炮孔間距0.3 m。為了充分破碎、保證橋面下沉及爆后殘體清理，每排布置3個炮孔，最小抵抗線設計為0.4 m。炮孔均垂直于墩身(即沿徑向鉆孔)，具體布孔參數如圖3所示。

圖3 墩柱炮孔布置(平面)Fig.3 Blastholes layout of pier

箱梁共設置4道高200 cm的腹板，距墩柱支座中心線1.5 ～ 3.5 m范圍內，箱梁腹板厚70 cm；距支座中心線1.5 m范圍內，箱梁為實心鋼筋混凝土結構。為保證箱梁順利塌落，從距支座中心線1.5 m起布置炮孔，炮孔由墩柱向跨中布置，間距50 cm；為避免飛石，按松動爆破設計，中間腹板兩邊減小裝藥量；為保證爆破效果，采用分段間隔裝藥，具體劃分如圖4所示。

圖4 箱梁腹板炮孔布置Fig.4 Blastholes layout of box girder webs

2)裝藥量計算。炸藥量按體積藥量公式[3]計算(Q=qV，其中Q為單孔裝藥量，q為炸藥單耗，V為單個炮孔負擔的爆破體積)，腹板爆破后會產生向上的飛石，危及高壓線，故裝藥量以松動爆破計量，具體爆破參數如表1所示。為確保爆破效果，每個墩柱底部3排(從地面往上數的第1、2、3排)中間炮孔增加1卷炸藥，即裝藥0.8 kg。

表1 墩柱與箱梁腹板爆破參數

注：L1為墩柱沿徑向中間炮孔深度；L2為墩柱沿徑向兩側炮孔深度；Q1為墩柱沿徑向中間炮孔單孔裝藥量；Q2為墩柱沿徑向兩側炮孔單孔裝藥量。

4.3 橋臺爆破參數

橋臺截面為梯形，0#橋臺長16.50 m，上部壁寬0.8 m，下部壁寬4.681 m，高7.662 m；側墻長7.0 m，上部壁寬0.50 m，下部壁寬3.055 m，高6.462 m。3#橋臺長16.5 m，上部壁寬0.8 m，下部壁寬3.68 m，高4.62 m；側墻長6.0 m，上部壁寬0.50 m，下部壁寬2.041 m，高4.62 m。

1)孔網參數設計。橋臺采用松動爆破，鉆頭直徑40 mm，鉆機一次鉆全深爆破。在橋臺與側墻上各布置2排炮孔，其中，橋臺炮孔孔口間距1.0 m，側墻炮孔孔口間距0.7 m。

2)裝藥量計算。因為橋臺拆除按松動爆破設計，所以炸藥單耗取0.7 kg/m3。由于橋臺下部尺寸最大，裝藥量適當增強，從而保證橋臺的破壞失穩。0#橋臺的高度較大，分3段間隔裝藥，采用下部加強裝藥、中部常規裝藥、上部減弱裝藥的方式；3#橋臺尺寸相比較小，分2段間隔裝藥，橋臺的具體爆破參數如表2所示。

表2 橋臺爆破參數

4.4 裝藥結構

墩柱炮孔采用正向連續裝藥結構，裝藥后剩余炮孔長度用炮泥填塞密實(見圖3)。

橋臺、腹板采用空氣間隔分段裝藥，每段1個起爆藥包，起爆藥包和藥卷按設計裝藥量和間隔長度綁扎在竹片上，放入炮孔中，再用黃泥填塞密實炮孔，其中橋臺炮孔填塞長度不小于2 m(見圖4)。

4.5 起爆網路

采用導爆管雷管起爆系統，為保證箱梁塌落，先爆破橋臺，再爆破墩柱和腹板。為減小先爆區域對后爆區域網路、防護結構的影響，采用孔內短延時爆破。橋臺炮孔采用MS1段導爆管雷管，墩柱和腹板炮孔采用MS3段導爆管雷管；分段裝藥炮孔采用同一段別雷管。所有炮孔采用“大把抓”連接，接力雷管采用MS2段導爆管雷管。

5 防護設計與爆破安全校核

5.1 防護設計

爆區周圍有拌合站、500 kV高壓線等重要結構設施，必須避免飛石、沖擊波造成危害[7]。

1)嚴格按設計藥量、間隔長度和填塞長度裝藥。裝藥前，復核每個炮孔深度，因為深度不足或傾角差異導致最小抵抗線變化時減小裝藥量。

2)采用黃泥填塞密實，不能夾雜碎石。

3)墩柱裝藥段包裹多層草袋、竹笆。箱梁爆破區和橋臺炮孔孔口壓土袋。

4)爆破區域搭設帶斜撐的鋼管腳手架，腳手架上掛建筑模板遮擋。

5)清理橋面碎石等雜物，避免形成飛石。

5.2 爆破安全校核

1)爆破振動。爆破總藥量小，且分散在眾多炮孔中，周圍無重要建(構)筑物，爆破振動不會造成危害。

場地為開挖的土層、松軟，爆破后的箱梁塌落在墩柱爆堆上，不會直接沖擊地面，塌落振動強度能夠滿足要求[8]。

2)飛石和沖擊波。爆破采用分散裝藥，有覆蓋物防護，可降低爆破碎塊飛散、沖擊波的作用強度，不會對周圍建筑物造成危害。

3)爆破噪音控制。國內外眾多的拆除控制爆破經驗表明，拆除爆破時的噪音在距爆源10 m以外不會超過100 dB，故不會對周圍環境帶來有害影響。

6 爆破效果與體會

爆破過程與效果如圖5～圖6所示。

圖5 橋梁爆破拆除倒塌過程Fig.5 Collapse process of the bridge blasting

圖6 墩柱和橋臺破碎情況Fig.6 Fragmentation of pier and abutment

爆破后，橋梁上方的500 kV高壓線和周圍的拌合站及配套設施完好無損。從圖5～圖6的爆破過程和破碎程度可以看出，墩柱炸高范圍內鋼筋混凝土已破壞、解體，箱梁腹板切割整齊，說明爆破參數設計充分合理。該預應力鋼筋混凝土橋拆除爆破體會如下。

1)預應力鋼筋混凝土箱梁橋結構完整性好，配筋密、混凝土強度高，爆破時墩柱應保證足夠的炸高和合理的炸藥單耗，使混凝土破碎飛出，鋼筋屈服。

2)箱梁不同位置處內部結構和腹板厚度差異很大，可選擇薄弱處鉆孔爆破解體；多道腹板時，中間腹板和兩側腹板應分別設計。腹板厚度較薄時可采用水壓爆破，減少二次破碎工作量。

3)橋臺采用松動爆破，可使用潛孔鉆機鉆鑿50 mm以上的鉆孔，減少鉆孔數量和勞動強度。