控制爆破技術(shù)在清河水庫溢洪道閘墩拆除中的應(yīng)用

劉宏強(qiáng)

(中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

清河水庫除險(xiǎn)加固工程位于遼寧省鐵嶺市清河區(qū)，是遼河流域的重要水利樞紐工程之一。該工程溢洪道控制段為6×10m開敞式不規(guī)則實(shí)用堰，溢流堰凈寬60m，堰頂高程126.00m，堰高2.00m；共5個(gè)混凝土中墩和2個(gè)邊墩，墩頂高程140.60m，中墩長27m，寬2.5m，邊墩長30m，頂寬1.5m，底寬3.1m，為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。該工程上世紀(jì)60年代建成，經(jīng)過50多年運(yùn)用，閘墩混凝土存在橫向貫縫和剝蝕。本次加固設(shè)計(jì)自堰體以上拆除5個(gè)中墩，自127.00m高程以上拆除邊墩，溢流堰拆除400mm厚表層混凝土，下部堰體保留。閘墩拆除高度最大16.6m，最小13.6m，拆除混凝土方量5800m3。

2 拆除方案

溢洪道在汛期擔(dān)任調(diào)洪任務(wù)，汛末進(jìn)行拆除與新建施工，次年汛前閘門安裝完成具備正常工作條件，按計(jì)劃拆除施工只有45天時(shí)間，時(shí)間緊，任務(wù)重，墩體巨大，用機(jī)械拆除困難，故選擇控制爆破拆除。方案為：①中墩拆除采用在閘墩頂部鉆孔、水平預(yù)裂、底部預(yù)留保護(hù)層的方式爆破拆除；②邊墩采用水平預(yù)裂爆破技術(shù)一次拆除；③拆除前將預(yù)留部分與拆除部分混凝土總的鋼筋網(wǎng)切斷，保證保留部位混凝土中的鋼筋不被破壞；④先選擇右邊墩和相鄰一個(gè)中墩進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，以檢驗(yàn)爆破參數(shù)，然后根據(jù)修正后的爆破參數(shù)爆破其他5個(gè)閘墩；⑤為了確保保留混凝土和周圍建筑物不受爆破震動(dòng)波影響、損傷，爆破過程中進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測。

表1 邊墩預(yù)裂爆破參數(shù)表

表2 中墩預(yù)裂爆破參數(shù)表

3 生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)

3.1 邊墩爆破設(shè)計(jì)

3.1.1 邊墩爆破條件與方案

邊墩為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，拆除高度13.6m，頂寬1.5m，底寬3.1m，背坡坡比1∶0.2，混凝土標(biāo)號(hào)C20。控制爆破方案采用密孔、小藥量、預(yù)裂爆破，即在拆除線（127.00m高程）鉆設(shè)一排水平預(yù)裂孔，拆除線以上8m高度范圍布置水平、密孔、小藥量爆破孔，頂部5.6m高度墩體厚度1.5m，依靠底部爆破震動(dòng)傾塌。爆破前用氧氣焊沿預(yù)裂面切斷鋼筋，保證保留部位鋼筋不被破壞。

3.1.2 爆破參數(shù)

（1）預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

孔徑：在127.00m高程布置水平預(yù)裂孔、減振孔，預(yù)裂孔與減振孔間隔布置。YT28手風(fēng)鉆鉆孔孔徑42mm。

孔距：預(yù)裂孔間距宜為孔徑的8～12倍，堅(jiān)硬巖石取小值?？紤]減振孔不裝藥取小值，為了方便施工測量孔距定為300mm。

孔深：預(yù)裂孔位置閘墩寬度3.1m，孔底保留300mm厚保護(hù)層，預(yù)裂孔孔深2.8m，減振孔穿透閘墩。

不耦合系數(shù)：炮孔直徑與藥卷直徑的比值建議取2～4，堅(jiān)硬巖石取小值。炸藥選用乳化炸藥Φ20mm藥卷，不耦合系數(shù)為2.1。

線裝藥密度:一般取250 g/m～400g/m，結(jié)合孔距等條件取300g/m，每孔裝藥840g。根據(jù)閘墩體型，不考慮孔底夾制作用，不增加孔底裝藥。

裝藥結(jié)構(gòu)：將藥卷和導(dǎo)爆索均勻綁扎在竹片上，藥卷間隔距離40mm，孔口用黃泥堵塞300mm。裝藥時(shí)將竹片貼住保留混凝土側(cè)，可以起到減振緩沖作用。

（2）爆破孔參數(shù)

從127.00m高程往上至135.00m高程，每400mm高差用YT28手風(fēng)鉆鉆設(shè)一排水平爆破孔，共計(jì)20排孔，孔距400mm，梅花形布置，孔深根據(jù)每排孔的閘墩厚度確定，頂排孔深1.2m，底排孔深2.8m，孔底保留300mm厚保護(hù)層，孔口堵塞400mm。炸藥選用乳化炸藥Φ32mm藥卷，炸藥單耗選取0.45kg/m3，單孔藥量為86g～202g。

3.2 中墩爆破設(shè)計(jì)

3.2.1 中墩爆破條件與方案

中墩拆除高度為14.6m～16.6m，底部拆除面與堰面形狀相同，為曲線形狀。中墩采用預(yù)留保護(hù)層（1000mm）、水平預(yù)裂、垂直爆破的方法拆除，保護(hù)層分二次開挖，第一次淺孔爆破拆除600mm，第二層人工配合風(fēng)鎬撬挖400mm。

3.2.2 爆破參數(shù)

（1）預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

孔徑：在拆除高程布置水平預(yù)裂孔減振孔，孔徑及布置同邊墩。

孔距：同邊墩。

孔深：中墩寬2.5m，孔底保留300mm厚保護(hù)層，孔深2.2m，減振孔穿透閘墩。

不耦合系數(shù)：同邊墩。

線裝藥密度:同邊墩，取300g/m，每孔裝藥660g。

裝藥結(jié)構(gòu)：同邊墩。

（2）爆破孔參數(shù)

在閘墩軸線位置用100B鉆機(jī)鉆設(shè)一排垂直爆破孔，孔徑Φ90mm，孔距1250mm，孔底距預(yù)裂面500mm，孔底500mm填充柔性墊層（鋸末、木塊等），封堵長度3000mm，鉆孔深度13.1m～15.1m。選用Φ50mm藥卷直徑的乳化炸藥，每孔裝藥量按公式：

式中，q——單孔裝藥量，g/孔；

K——單位用藥量，g/m3，取450g/m3；

B——爆破體寬度或厚度，m；

a——炮孔間距，m；

H——爆破體高度，m；

經(jīng)計(jì)算，單孔藥量為18.4kg～21.2kg。

3.3 爆破網(wǎng)絡(luò)

從安全角度考慮，同時(shí)為了便于控制單響藥量，用非電毫秒微差導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)，孔內(nèi)高段位，排間低段位，邊墩和中墩之間用MS5段導(dǎo)爆管連接。爆破孔內(nèi)裝MS15段導(dǎo)爆管，排間接力用MS3段導(dǎo)爆管，每排的孔間接力用MS2段導(dǎo)爆管，邊墩爆破孔起爆順序由高向低按排依次起爆，單響最大藥量控制在300kg以內(nèi)。

3.4 爆破振動(dòng)監(jiān)測

爆破地震測試儀器采用加拿大Instantel公司生產(chǎn)的Minimate Plus爆破地震監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由爆破地震測試儀主機(jī)和兩個(gè)三向（垂直、徑向和橫向）標(biāo)準(zhǔn)爆破地震速度傳感器組成。

本工程爆破地震測試的目的是監(jiān)測爆破地震對溢洪道控制段上游導(dǎo)流墻、下游泄槽混凝土邊墻和溢流堰面混凝土的影響程度，以檢驗(yàn)爆破方法、爆破參數(shù)是否合適。根據(jù)爆破地震測試的目的和對需要重點(diǎn)保護(hù)對象的位置分析，爆破振動(dòng)測試方案為：

（1）測定控制段上游導(dǎo)流墻上的爆破振動(dòng)參數(shù)，監(jiān)測爆破地震對導(dǎo)流墻的振動(dòng)影響，在與邊墩同側(cè)的右岸上游導(dǎo)流墻頂部布置2個(gè)爆破地震測試點(diǎn)。

（2）測定控制段下游泄槽混凝土邊墻上的爆破振動(dòng)參數(shù)，監(jiān)測爆破地震對泄槽混凝土邊墻的振動(dòng)影響，在與邊墩同側(cè)的右岸下游泄槽混凝土邊墻上布置2個(gè)爆破地震測試點(diǎn)。

（3）測定溢流堰堰面混凝土的爆破振動(dòng)參數(shù)，監(jiān)測爆破地震對堰面混凝土的振動(dòng)影響，在下游溢流堰堰面上布置2個(gè)爆破地震測試點(diǎn)。

3.5 爆破試驗(yàn)效果

（1）爆破達(dá)到拆除方案預(yù)期效果，邊墩頂部混凝土依靠下部爆破振動(dòng)完全倒塌。

（2）爆破對與邊墩接觸的上下游邊墻緊鄰混凝土有輕度破壞。

（3）爆破后的混凝土塊度滿足裝車運(yùn)輸，炸藥單耗、孔距等爆破設(shè)計(jì)參數(shù)合適。

（4）混凝土渣清理結(jié)束后，預(yù)裂爆破效果理想，整個(gè)預(yù)裂面平整，減振孔起到了預(yù)裂導(dǎo)向作用，半孔率達(dá)92%，半孔無明顯裂痕。

（5）根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果，全部測試結(jié)果小于爆破安全允許值（設(shè)計(jì)要求質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于5cm/s），但有2個(gè)點(diǎn)最大值接近爆破設(shè)計(jì)限制。

4 減振措施

根據(jù)爆破試驗(yàn)效果，爆破參數(shù)合適，完全能滿足本工程的閘墩拆除要求，主要是對爆破振動(dòng)的控制。結(jié)合爆破試驗(yàn)和以往施工經(jīng)驗(yàn)，在后面5個(gè)閘墩的爆破拆除施工中完善加強(qiáng)減振措施，監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求，爆破拆除效果非常好。

（1）爆破試驗(yàn)時(shí)右邊墩爆破對與邊墩接觸的上下游邊墻緊鄰混凝土有輕度破壞，在左邊墩爆破施工時(shí)，在邊墩側(cè)設(shè)計(jì)了一排預(yù)裂孔，爆破時(shí)邊墩與邊墻分離不再產(chǎn)生破壞。

（2）控制單響藥量。爆破試驗(yàn)有2個(gè)點(diǎn)振動(dòng)值接近爆破設(shè)計(jì)限制，在其他閘墩的爆破施工中嚴(yán)格分段延時(shí)起爆，將單響最大藥量降低控制在200kg以內(nèi)，從而降低爆破沖擊波和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。

（3）鉆設(shè)減振孔。減振孔既可起到減振作用，又可作為預(yù)裂孔（切割孔）的誘導(dǎo)孔，確保預(yù)裂爆破效果。

（4）設(shè)置柔性墊層。在中墩爆破孔孔底500mm長度內(nèi)填充柔性材料時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行，消減爆破沖擊波對孔底混凝土的沖擊力，從而達(dá)到保護(hù)保留部分混凝土的目的。

（5）設(shè)置保護(hù)層。中墩混凝土爆破拆除時(shí)底部預(yù)留1000mm厚保護(hù)層，加上500mm的柔性墊層等保護(hù)措施，有效降低了對保留混凝土的影響。

（6）裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)和Φ20mm小直徑預(yù)裂藥卷，增大不耦合系數(shù)，消減爆破沖擊波對混凝土的沖擊力峰值，減小破裂區(qū)范圍，減弱爆破對基礎(chǔ)混凝土的破壞作用。

（7）采用微差起爆方式。起爆延時(shí)差比較合理，減小最大振幅和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，控制質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在設(shè)計(jì)允許值5cm/s范圍內(nèi)。

（8）堰面混凝土回填保護(hù)層。為避免爆破后的混凝土塊對堰面的破壞（重力沖擊），爆破前在堰面先覆蓋一層100mm厚草墊，然后回填1000mm厚砂礫料，確保堰面混凝土不被砸壞。

5 結(jié)語

清河水庫溢洪道閘墩混凝土控制爆破拆除任務(wù)提前完成，保留混凝土完好無破壞，拆除面平整，達(dá)到預(yù)期目的。方案中的生產(chǎn)線爆破試驗(yàn)、爆破振動(dòng)測試以及減震措施等都是成功的關(guān)鍵，施工時(shí)結(jié)合爆破施工特點(diǎn)提前在汛期進(jìn)行鉆孔作業(yè)，為后續(xù)施工節(jié)省了大量時(shí)間。施工證明拆除方案是成功的，為類似工程施工提供了借鑒及經(jīng)驗(yàn)，適合除險(xiǎn)加固等工期緊、工程量大的工程施工，值得應(yīng)用推廣。陜西水利