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(zhǎng)工工程建設(shè)公司, 湖南長(zhǎng)沙 410003;2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南長(zhǎng)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(zhǎng)工工程建設(shè)公司, 湖南長(zhǎng)沙 410003;2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410073)

介紹復(fù)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(shí)例。詳細(xì)論述了爆破方案的選擇、爆破參數(shù)的確定、起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及安全防護(hù)措施。通過對(duì)爆破效果的分析,得出幾點(diǎn)體會(huì)。

控制爆破;爆破參數(shù);起爆網(wǎng)絡(luò);安全防護(hù);雙曲拱橋

1 工程概況

湖南省長(zhǎng)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?yàn)棰躅愇?長(zhǎng)沙市政府決定爆破拆除該橋。

大橋?yàn)殇摻罨炷岭p曲拱橋 (見圖1),全長(zhǎng)194 m,橋面寬 9.0 m,2個(gè)橋臺(tái),3個(gè)橋墩,4個(gè)橋跨。橋臺(tái)、橋墩用漿砌塊石砌成,其中,橋臺(tái)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(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙曲拱結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)示意(單位:m)

大橋周邊環(huán)境較為復(fù)雜,南端東側(cè) 10 m處有一幢民房,西側(cè) 20 m處是新世紀(jì)砂場(chǎng),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(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境情況,確定采用藥孔法控制爆破技術(shù)拆除橋梁:

(1)先爆破拆除橋梁上部結(jié)構(gòu)及部分橋墩、橋臺(tái),爆破后用炮機(jī)拆除水中剩余橋墩;

(2)每個(gè)橋跨拱肋分別從兩端拱腳處和中央拱頂處炸開一個(gè)長(zhǎng) 3.0 m左右的貫通缺口,使上部結(jié)構(gòu)在塌落和沖擊地面過程中解體,為確保上部結(jié)構(gòu)塌落徹底,對(duì)橋墩立墻實(shí)施爆破,使其塌落;

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

(4)為降低爆破震動(dòng)并減小一次齊爆的藥量,同時(shí)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(shè)計(jì)

3.1 第一腹拱拱肋爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

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

(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(biāo)號(hào)高達(dá) 30#,并要求砼結(jié)構(gòu)徹底碎塊,因此單位用藥量應(yīng)適當(dāng)加大,取k=1200 g/m3;實(shí)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(shè)計(jì)

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

(5)單孔藥量:Q=kV=1.2×0.5×0.4×0.65=0.156 g;實(shí)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(shè)計(jì)

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

(4)單孔裝藥量:Q=kV=0.12×0.3×0.4×(0.7～1.0)=0.1～0.15 kg,實(shí)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(tái)炮孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

在爆破施工中,為了使拱肋和橋臺(tái)徹底脫開,橋體坍塌更可靠,在拱肋和橋臺(tái)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(gè);兩個(gè)橋臺(tái)孔數(shù):N=45×2=90個(gè);炸藥單耗:K=1.5 g/m3;單孔藥量:Q=0.6～0.8 kg;兩個(gè)橋臺(tái)藥量:Q=90×0.8=72 kg。

3.5 橋墩炮孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

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(gè);炸藥單耗:K=0.4～0.6 kg/m3;單孔藥量:Q=2.0 kg;3個(gè)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(gè) ,2#立墻 N=45 ×2=90個(gè);全橋立墻總孔數(shù):∑N立墻=180個(gè);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(luò)設(shè)計(jì)

4.1 起爆方式

采用導(dǎo)爆管非電雷管起爆和電起爆相結(jié)合的起爆方式。每個(gè)炮孔用 1發(fā)導(dǎo)爆管非電雷管起爆;根據(jù)炮孔的分布情況,每 20個(gè)左右導(dǎo)爆管非電雷管為1個(gè)并聯(lián)小組,每個(gè)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(shí)間隔

為了減小一次齊爆的藥量,降低爆破震動(dòng)速度峰值和橋梁塌落時(shí)的震動(dòng)速度峰值,同時(shí)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(gè)區(qū)段,每個(gè)橋墩和相應(yīng)拱肋上的裝藥為 1個(gè)區(qū)段,拱頂橋面為 1個(gè)區(qū)段。按從南向北的順序依次起爆。相鄰區(qū)段的起爆時(shí)差為 500 ms,延期時(shí)間見表1。

表1 延期時(shí)間匯總

5 爆破安全與防護(hù)

本次爆破的安全對(duì)象主要為爆區(qū)附近建 (構(gòu))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(hù)和爆破震動(dòng)校核,噪聲和灰塵對(duì)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(hù)

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

(1)加強(qiáng)覆蓋防護(hù),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(hù)簾,靠近兩岸建筑物的部位重點(diǎn)防護(hù),覆蓋加倍,同時(shí)對(duì)堤上住戶的門窗用竹夾板等進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)。

(2)對(duì)架空高壓線,在起爆前半小時(shí)至爆破結(jié)束采取臨時(shí)停電措施。

5.2 爆破震動(dòng)安全校核

爆破震動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:Q為齊發(fā)爆破為總藥量,延時(shí)爆破為最大一段藥量;R是爆破中心與被保護(hù)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(jié)構(gòu)、不同爆破方法及地質(zhì)條件取值的有關(guān)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(jì)算爆破振動(dòng)速度 V在 2 cm/s以下。小于國家安全標(biāo)準(zhǔn)要求,橋上爆破地震波只能通過橋墩和橋臺(tái)傳播,影響范圍小,衰減快,對(duì)安全影響不大,因此爆破震動(dòng)不會(huì)對(duì)周圍建筑產(chǎn)生影響。

6 爆破效果及體會(huì)

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(yù)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(tái)完好無損。爆破震動(dòng)未對(duì)附近建筑物造成不良影響。爆破取得了預(yù)期的效果,總結(jié)本次爆破可得到下列啟示:

(1)對(duì)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(yīng)增大炸藥的單耗,但是在危橋拆除中應(yīng)適當(dāng)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(jī)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(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。

[1] 戴振華,趙 靖,許廣智,等.控制爆破在危橋拆除中的運(yùn)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(shù) [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(shí)用手冊(cè) [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(shù)及管理工作。