復雜結構局部混凝土拆除施工技術

徐申飛 石源源

（中國水利水電第十一工程局有限公司 鄭州市 450001）

1 工程概述

涔天河水庫擴建工程位于湘水支流瀟水上游涔天河峽谷出口處，永州市江華瑤族自治縣東田鎮(zhèn)境內(nèi)，下距江華縣城12 km。工程是以灌溉、防洪、向湘江下游長株潭河段補水為主，兼顧發(fā)電、航運等綜合利用的大型水利水電工程。水庫正常蓄水位為313.0m，總庫容為15.1億m3。涔天河水庫擴建工程為Ⅰ等大（Ⅰ）型水利水電樞紐工程，大壩、泄洪建筑物等為1級建筑物，電站廠房為3級建筑物。

本工程導流洞與永久泄洪建筑物2#泄洪洞相結合，全長921m，縱坡2%，采用出口挑流鼻坎消能。2014年5月11日水庫水位達到250.5m（黃海、下同）時，導流洞出口流態(tài)出現(xiàn)異常，導流洞出口形成壓力流，出現(xiàn)氣爆現(xiàn)象，水庫水位達到251.3m時，導流洞明渠側墻頂部開始溢流。這將給導流洞運行帶來安全隱患，需要采取有效的措施加以解決。

2 挑流鼻坎降坎設計

出口挑流鼻坎長28.76m，寬17.5m，溢流面高差7.5m，由兩個1∶2.567反坡漸變?nèi)求w，中間夾個半徑55m的漸變反弧段，橫斷面成“凹”字型，結構體系非常復雜。原挑流鼻坎結構見圖1。為了徹底解決導流洞出口流態(tài)異常問題，設計開展了導流洞補充模型試驗，對多個改造方案的洞口流態(tài)及下游沖刷情況進行了大量的分析研究工作，最終推薦“導流期降低挑流鼻坎”的處理方案，即：拆除挑坎部分混凝土，將挑流主鼻坎及左側貼坎頂高程均降低至EL 227m。局部拆除后的挑流鼻坎體型見圖2。

圖1 原挑流鼻坎體型

圖2 局部拆除后挑流鼻坎體型

導流洞挑坎拆除只進行中間反弧段和左側三角體局部拆除，從EL 234.5高程拆除至EL 227.0。右側為直立坡，左側為1∶0.5坡度，底板為平面。拆除部位為鋼筋混凝土，垂直水流面鋼筋為Φ20的螺紋鋼，順水流方向為Φ16的螺紋鋼，鋼筋間排距均為20 cm，混凝土保護層厚10 cm，混凝土為C40HF抗沖耐磨混凝土，本次拆除的鋼筋混凝土約為280m3，拆除部分與母體的接觸面積約為150m2。

3 挑流鼻坎降坎拆除方案比選

3.1 施工重點和難點

（1）根據(jù)業(yè)主和設計提供的挑流鼻坎拆除窗口時間為2014年10月16日至2014年10月30日，即老壩放水時段，只有15天時間，工期緊，任務重。

（2）挑流鼻坎體型多變，結構復雜，鋼筋密集，混凝土標號高，且母體進行局部拆除后要作為永久結構繼續(xù)使用，施工難度大，質(zhì)量要求高。

（3）導流洞施工期的最大流速為15m/s，挑流鼻坎進行降坎拆除后，接觸面將作為過流面使用，對接觸面平整度要求較高。

3.2 挑流鼻坎降坎拆除方案比選

根據(jù)挑流鼻坎降坎拆除施工的重點和難度，結本工程實際情況，擬定了3個方案進行比選。

（1）靜態(tài)爆破劑拆除方案。

該方案首先采用混凝土切割機沿設計拆除線將母體和拆除體的連接鋼筋割斷，同時在拆除體表面采用混凝土切割機按50 cm間距進行縱橫切割，將鋼筋割斷。然后采用手風鉆按30 cm間排距，梅花形鉆豎直孔，清孔后填入靜態(tài)爆破劑進行爆破。該方案的優(yōu)點就是無飛石、無振動、無噪音，對母體損害小。缺點是靜態(tài)爆破劑受外界環(huán)境影響大，爆破效果不穩(wěn)定，目前國內(nèi)成功對大體積鋼筋混凝土拆除的案例還沒有，成功的把握不大，同時施工工期長，成本費用高。

（2）控制爆破拆除方案。

該方案首先采用混凝土切割機沿設計拆除線將母體和拆除體的連接鋼筋割斷。然后沿切割線布置豎直和水平預留孔進行預留爆破，最后在拆除體表面梅花形鉆豎直孔，按控制爆破進行拆除。該方案的優(yōu)點是施工工期短，成本較低，控制爆破拆除技術已是一項成熟施工工藝，可以進行有效的拆除。缺點是該工程只進行局部拆除，母體還將作為永久建筑物使用，爆破震動對母體的損害程度很難預測，接觸面的平整很難滿足過流面的質(zhì)量要求。

（3）繩鋸切割和控制爆破相結合拆除方案。

首先采用取芯鉆在切割面設計特征點鉆設威也孔，然后采用液壓繩鋸按照設計拆除面進行切割，最后在拆除體表面梅花形鉆豎直孔，按控制爆破進行拆除。該方案的優(yōu)點是繩鋸切割后的接觸面光滑、平整，能滿足過流面的質(zhì)量要求；先采用繩鋸切割將拆除體與母體脫離后，再進行控制爆破可以大幅度降低爆破震動對母體損傷；工期能滿足要求。缺點是施工成本較高。

經(jīng)過進度、安全、質(zhì)量和經(jīng)濟綜合比較后，挑流鼻坎降坎拆除決定采用繩鋸切割和控制爆破相結合的方法進行拆除。

4 混凝土拆除施工

4.1 施工程序

導流洞出口挑流鼻坎降坎施工程序見圖3。

圖3 挑流鼻坎降坎施工程序框圖

4.2 施工準備

（1）施工供風。

在現(xiàn)場配置2臺20m3移動油動空壓機，供鉆爆用風。

（2）施工供水。

在下游河道布置1臺1吋潛水泵直接抽取河水，供繩鋸設備冷卻使用。

（3）施工用電。

切割設備、鉆孔設備和供、排水設備和照明等，用電負荷約160 kW。從施工支洞出口處1 000 kVA變壓器接線。

（4）施工道路布置。

利用導流洞挑流鼻坎施工道路，作為降坎施工拆除施工道路，同時利用石渣在挑流鼻坎下游出口回填一個4.0m寬的作業(yè)平臺。

（5）導流洞內(nèi)積水排除。

4.3 混凝土切割施工

（1）切割施工工藝流程。

施工準備→測量放線→威也孔鉆設→繩鋸切割。

（2）施工準備。

①接通水電，做好照明、用水等工作。

②對施工人員進行安全技術交底，組織施工人員熟悉現(xiàn)場情況。

③向監(jiān)理部上報特種人員上崗證，并對進場設備進行報驗。

（3）測量放線。

采用全站儀將設計拆除輪廓線和將威也孔的鉆孔位置放在建筑物實體上，并用紅油漆標識。

（4）威也孔鉆孔。

根據(jù)挑流鼻坎的復雜體型結構，將拆除體切割成反弧段和反坡三角體兩塊，為便于繩鋸穿線，在分割交點位置鉆威也孔?？讖溅?0mm，采用MOD.MQ-405B金剛石鉆機鉆孔。為確保鉆孔精度，將取芯鉆采用膨脹螺栓固定在混凝土面上，開鉆前采用全站儀校正取芯鉆機架設位置和鉆設角度。鉆孔完成后再采用全站儀檢查威也孔的進口和出口偏差。威也孔的布置見圖4。

圖4 挑流鼻坎降切割分區(qū)圖

（5）繩鋸切割。

本次拆除部位為異形結構，挑坎部位為漸變反弧，長5.9m，左側為漸變反坡三角體，長20m。根據(jù)拆除體的體型，分為5個面進行切割，切割成反弧段和反坡三角體兩塊。采用德國進口的混凝土鉆切設備“塞迪瑪WS-450H”全液壓切割機進行無損靜力切割，切割面劃分見圖4。首先進行1#和2#兩個水平面的切割，水平面切割過程中每隔2.0m插入1個鋼楔子，防止切割完成后脫離體下沉，擠壓切割繩；同時讓脫離體與母體之間形成一定的空隙，減小控制爆破對母體的沖擊。水平面切割完成后，進行3#和4#兩豎直切割面的切割。最后進行5#斜面切割。切割設備架設在混凝土面采用進行切割，滑軌、導向輪采用膨脹螺絲固定。

4.4 控制爆破拆除

根據(jù)拆除體的體型特征，爆破拆除分兩個區(qū)進行，首先進行反弧段的爆破，然后進行反坡三角體的爆破。鉆孔采用TY28手風鉆，炸藥選用2#巖石炸藥，非電微差毫米雷管引爆，電雷管起爆。采用孔外延時，簇并聯(lián)起爆網(wǎng)絡。

（1）單響藥量計算。

爆破拆除在母體上進行，重點是減小爆破震動對母體的損害。查《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（SL 378-2007）表D.0.3-1爆破質(zhì)點震動安全允許標準。按照新澆大體積混凝土齡期（7~28）d，質(zhì)點振動安全允許速度值為（7.0~12.0）cm/s。取12.0 cm/s進行試算。試算公式：

式中V——質(zhì)點振動速度；

W——爆破裝藥量；

D——爆破區(qū)藥量分布的幾何中心至觀測點或建筑物、防護目標的距離；

K——與場地地質(zhì)條件、巖性特性、爆破條件以及爆破區(qū)與觀測點或建筑物、防護目標等有關的常數(shù)。

經(jīng)試算單響藥量為4.0 kg。

（2）爆破參數(shù)選擇。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設計手冊》第2冊進行爆破參數(shù)選擇。

最小抵抗線W值查表4-4-97，按照大體積混凝土取值，取W=60 cm。

炮孔間距a及排距b確定，查表4-4-98，按照鋼筋混凝土取值，取a=90 cm；取b=80 cm。采用梅花型布孔。

爆破孔孔底至保留體的距離E不小于最小抵抗線W。取E=W=60 cm。

（3）單孔爆破藥量計算。

臨空面一排孔的藥量計算：q=KWaH；多排炮孔布置中間各排炮孔的藥量計算：q=KabH。

式中q——單孔裝藥量（g/孔）；

K——單位用藥量（g/m3）；

W——最小抵抗線（m）；

a——炮孔間距（m）；

b——炮孔排距（m）；

H——爆破拆除高度（m）。

（4）裝藥結構設計。

根據(jù)拆除結構形式及鋼筋的分布形式，為取得較好的爆破效果，爆破孔鉆孔方向垂直于混凝土面，根據(jù)孔深的變化采取分層裝藥，孔深在1.5m以內(nèi)裝藥不分層，孔深（1.5~3.0）m的孔分兩層裝藥，孔深（3.0~5.0）m的分三層裝藥。相鄰兩層藥包的中心間距大于0.3倍的孔深，小于1.5倍的最小抵抗線。炮孔堵塞采用黃泥，長度大于0.75的最小抵抗線。分層裝藥藥包采用導爆索串聯(lián)，非電毫秒雷管起爆。

5 實施效果

導流洞挑流鼻坎于2015年10月16日開始進行施工，10月22日完成混凝土切割任務，使拆除體與母體順利脫離。10月24日在反弧段進行生產(chǎn)性爆破實驗。震動監(jiān)測點布置見圖5，震動監(jiān)測設備顯示最大震速v=11.44 cm/s,在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。爆破最大震速見圖6，爆破后的混凝土塊體適中，便于反鏟清理；經(jīng)檢查在距離挑流鼻坎10m處的變形縫沒有發(fā)生位移；渣料清理后母體切割面光滑、平整，沒發(fā)現(xiàn)爆破損害的痕跡，滿足過流面的質(zhì)量要求。經(jīng)綜合分析所選取的爆破參數(shù)和降坎總體方案合理、實用。10月28日完成了剩余部位的拆除，比預期提前了2天。達到了預定的進度、質(zhì)量和安全等各項目標。挑流鼻坎降坎后的效果見圖7。

圖5 震動檢測點布置示意圖

圖6 爆破最大震速波形圖

圖7 挑流鼻坎降坎后效果照片

6 結 語

采用繩鋸切割和控制爆破相結合的方式進行復雜結構局部混凝土拆除，涔天河導流洞挑流鼻坎降坎為首例。該拆除技術不僅適應于復雜結構局部鋼筋混凝土拆除，也適應于簡單結構局部鋼筋混凝土的拆除。在工程改造、擴建和結構修繕等方面具有很強的適用性，值得類似工程借鑒和推廣。

[1]GB 6722-2011.爆破安全規(guī)程[S].

[2]GB 50010-2002.混凝土結構設計規(guī)范[S].

[3]SL 378-2007.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].