通航航道上千米預應力箱梁橋梁拆除爆破

李友軍，聶 亞，趙志遠，王隆基，汪惠真，曾光耀

(1．廣東中人集團建設有限公司，廣州 510515；2．安鄉縣交通運輸局，湖南 常德 415600；3．安鄉縣城市建設投資開發有限責任公司，湖南 常德 415600)

隨著國家基礎設施建設及交通運輸需要，越來越多的結構強度不足、滿足不了運輸需求的橋梁需要拆除。通航航道上橋梁拆除，除需要考慮對道路交通的影響外，還需要考慮封航影響。目前，航道上預應力箱梁橋梁拆除方法主要有機械拆除和爆破拆除[1-4]。針對長度長、橋跨多、影響因素多，結構復雜的橋梁，如何針對性的選擇施工方法，在保證通航航道上橋梁高效、安全拆除的同時，最大限度減少對通航的影響，需要進一步研究。

1 工程概況

石龜山老橋橫跨澧水，處澧水主河槽寬約300 m，為全年通航河道。橋梁總長1 572.44 m，橋寬10 m，其中主橋長度410 m，變截面預應力混凝土連續梁，基礎采用國內罕見的預制大直徑空心樁和空心墩橋型，引橋為現澆預應力混凝土空心板梁。主橋橋墩(33#～39#)墩柱為直徑400 cm圓柱空心墩，34#～36#墩柱壁厚30 cm，外側25 cm加厚層鋼纖維混凝土補強，其余橋墩壁厚30 cm。引橋為11×16 m 現澆預應力混凝土空心板、21 m×30 m等截面預應力混凝土連續箱梁梁橋。該橋經評定為Ⅴ類危橋，嚴重影響過往行人及船只安全，應予拆除。

2 拆除方法研究

由于石龜山老橋引橋段部分位于陸地上，拆除影響較小，410 m變截面預應力混凝土連續梁主橋段橫跨主航道，封航影響范圍廣，本文只針對主橋段展開研究，擬采用機械靜力切割和爆破拆除施工方法。

2.1 機械靜力切割

主橋在新建時為分段懸拼，拆除按原段數逐步解體卸載，合龍段拆除嚴格按照建橋的合攏順序(即第37、38、35、36、34 跨的合攏順序)的逆順序進行倒拆。分離為各個節段，再采用纜索吊裝設備或掛籃設備、浮吊吊裝設備將箱梁節段吊裝至駁船后運離橋位，然后對橋墩及墩頂進行二次破拆。利用MADIS軟件按照原設計對主橋建立數值模型，模擬靜力切割過程(見圖1)。

圖1 靜力切割拆除過程模擬

通過對圖1模擬結果進行分析，結合橋梁實際運營狀況，可知：①主橋段采用掛籃靜力切割倒拆的方法拆除過程中，理論上懸拼接縫處、墩頂、橋墩等位置剪力效應均在承載能力強度范圍以內，橋梁結構整體穩定；②本橋建成時和運營期有大量的結構病害，本次模擬計算完全按照設計圖紙來做，與實際狀態相比，可能會積累較大的誤差；③結構的大量病害可能是由于混凝土澆筑質量、梁段拼裝的施工誤差、預應力束張拉的錨固力形成的局部開裂、鋼絲回縮、預應力束管道壓漿不飽滿等造成，這些因素也會導致計算和結構的實際內力狀態偏差較大；④不良地質的影響造成墩柱下沉，懸臂對稱拆除橋梁會對墩柱產生較大的彎矩，兩側結構重量不對稱，形成的墩柱彎矩會使切割拆除施工有很大的安全風險；⑤對梁體進行切割時，結構的體系轉換會造成很大的內力變化。

由上可知，采用靜力切割方法必須根據橋梁原施工圖紙來確定機械切割的位置與切割順序，確保橋梁受力平衡，由于主橋老橋病害較多，出現較大沉降，經歷過多次維修加固施工，主體結構安全儲備不足，采用靜力切割方案存在非常大的安全隱患及施工風險，主橋拆除不能采用機械靜力切割方法。

2.2 拆除爆破

采用爆破方法使航道上主橋箱梁分離為質量100 t左右的節段，橋墩空腔水壓爆破，橋墩混凝土炸碎后，梁體均勻塌落至水中，機械液壓鉗剪斷節段梁體間預應力束及鋼筋，首先吊離通航孔處的節段梁體，確保及時恢復通航，再逐步清運河床內其他箱梁節段梁體。

目前，爆破方法發展較為成熟，主橋箱梁采用分塊切割爆破、橋段采用水壓爆破拆除方法施工風險小，安全高效。對比機械靜力切割方法，本橋采用爆破拆除法進行拆除。

3 工程應用

3.1 方案設計

根據待拆除橋梁的結構特征、周邊環境和相關部門要求，參考相關工程經驗[5-9]，采取集成應用多種爆破施工方法的施工思路，構建精細施工的框架體系，形成針對性的綜合施工工藝。

1)對主橋34#～36#橋墩位于航道中，全部實施水壓爆破，將橋墩的鋼筋混凝土炸碎，重點爆破部位是34#～36#橋墩的水下部分，爆破至河床面以下。

2)主橋箱梁實施分塊切割爆破，將箱梁爆破切割分解為質量適中的若干塊，每塊質量原則上不超過100 t，利于后續挖渣工作。

3)對34#～37#處箱梁0號塊實施粉碎性爆破，便于箱梁解體。

3.2 爆破參數

1) 34#～36#橋墩。34#～36#墩柱采用水壓爆破，根據沖量準則公式Q=Kδ1.6R1.4，K為藥量系數，考慮橋墩結構及周邊水壓環境，K取10；R取1.7 m，δ取0.55 m；計算得Q=8.5 kg。藥包間距取2.0 m，單樁總藥量68 kg。考慮結構物截面面積的藥量計算公式Q=KbKcKdKeδBL，取Kb=1.2，Kc=3.5，Kd=1.0，Ke=1.0，δ=0.55 m，B=1.7 m，L=15 m，計算得Q=58.9 kg。空心橋墩為雙層墩壁，其中外側25 cm加厚層鋼纖維混凝土補強，且爆破橋墩部位位于水中。為充分克服橋墩外側水壓影響，保證橋墩及基礎爆破效果，本次爆破宜加大藥量。采用φ90 mm巖石乳化炸藥，采用條形藥柱連續裝藥結構，藥柱長度15 m，單樁布置兩條藥柱，總藥量135.0 kg。水壓爆破參數如表1所示。

表1 水壓爆破參數

2)33#、37#～39#橋墩。33#、37#～39#墩柱有裂縫，且裂縫無法縫補，采用淺孔爆破方法，鉆孔直徑40 mm。從橋面沿橋墩口下橋墩水面，搭設平臺鉆孔爆破。

墩柱為圓柱空心墩，壁厚30 cm，橋墩炸高3.0 m，最小抵抗線15.0 cm，炸藥單耗3.0 kg/m3，孔深0.2 cm，孔距0.3 m，排距0.4 m。單孔藥量取100 g。橋墩爆破參數如表2所示。

表2 橋墩淺孔爆破參數

3)主橋箱梁。主橋箱梁采用淺孔爆破，鉆孔直徑40 mm。每5～8 m爆破切割一段，爆破切割段布置4排炮孔，排距1.2 m。其中，70 m跨分為9個切割段；80 m跨分為10個切割段；90 m跨分為13個切割段，箱梁爆破參數如表3所示。

表3 箱梁爆破參數

3.3 裝藥結構

主橋箱梁及墩柱炮孔采用連續裝藥結構，黏土炮泥填塞，水壓爆破采用連續柱狀條形藥包。

3.4 爆破網路

采取接力式起爆網路，孔內統一使用MS15(延時時間880 ms)高段別導爆雷管做起爆元件，孔外使用MS3段的導爆管雷管做傳爆元件實施接力式起爆。

1)整個起爆網路分為35個大區段，由二組主爆網路傳爆，每組主爆網路鋪設二條導爆管傳爆，在每個大區間串聯MS15導爆管雷管(主橋箱梁段串聯MS6導爆管雷管)，在每條傳爆線上的每個接點處安裝2發，并按安裝的要求確保該節點的傳爆雷管的安裝質量，傳爆方向按起爆網路的順序實施傳爆。

2)每個起爆小區段為一組，20發左右抓為一把，用MS3段的導爆管雷管過橋，再用MS3段的導爆管雷管在小區段內接力傳爆，每個接點上使用2發導爆管雷管傳爆。

3)傳爆網路用非電導爆管和“四通”元件將孔外傳爆的雷管接長并連成復式加強起(傳)爆網路，共敷設兩組4條傳爆網路，保證傳爆的可靠性。

3.5 安全措施

待拆除橋梁周邊環境復雜，兩岸橋梁兩側存在民房、工廠等建筑物，需要采取有效的防護措施，防止爆破飛石、爆破沖擊波、爆破振動、爆破粉塵等危害對周邊的影響。

1)通過降低墩柱爆破高度，使墩柱上部、帽梁和橋面首先沖擊墩柱底部預留部分，墩柱附近形成懸空區，不直接沖擊地面，減少橋梁對管線沖擊力。

2)臨近房屋及河堤處橋梁下部構筑減振土堤，頂寬1 m，底寬2 m，高2 m，頂部壓廢舊輪胎。

3)臨近民房處、防洪堤處墩柱近體部分采用兩層草墊(或棉絮)加一層鋼絲網，遠體部分在距離橋墩從橋上兩側護欄上懸掛密目網至地面，懸掛范圍在其左右20 m。

4)對爆破部位加強防護，使用20層密目安全網進行包裹，并用12號鐵絲捆扎結實。在爆破切口外側掛建20層密目安全網，以阻擋飛石對周圍房屋的破壞。

3.6 爆破效果

爆破橋梁于2021年1月22日15時18分準時起爆，橋梁按照設計從35#墩往兩側逐跨倒塌，整個倒塌過程大約持續約30 s，倒塌過程如圖2所示。爆破橋梁主橋箱梁分段解體充分，橋梁全部按設計倒塌，爆破效果如圖2所示。

圖2 爆破效果

爆破振動監測數據表明，河岸臨近橋梁21 m位置民房監測數值最大，最大振動數值為1.058 cm/s，主振頻率為30.3 Hz，符合安全允許標準[10]，爆破沒有產生其他次生影響，振動監測數據如表4所示。

表4 振動監測數據

4 結語

通過對通航巷道上千米預應力橋梁拆除方法研究，橋梁主橋段采用機械靜力切割存在非常大的安全隱患及施工風險，主橋箱梁采用分塊切割爆破、橋段采用水壓爆破拆除方法施工風險小，安全高效。

通過施工的精心組織、合理安排，空間上采用橋面爆破、橋墩爆破與樁基爆破相結合，爆破方法上采用水壓爆破與鉆孔爆破相結合的綜合施工工藝，主橋段分段解體爆破，分段解體為5～8 m的結構段，空心橋墩和基礎結構采用水壓爆破，采用復式交叉起爆網路和復合防護方式，實現了1 572 m石龜山老橋安全無事故、質量優良、高效率地完成，保證了澧水航道的如期通航，取得了良好的經濟效益和社會效益，為同類橋梁的拆除提供了借鑒。