鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術(shù)

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長沙 410205)

鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術(shù)

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長沙 410205)

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，長334 m，主跨為鋼筋混凝土剛架拱橋，引橋為圓柱形橋墩簡支梁橋，大橋位于繁華街區(qū)。對圓柱形橋墩、拱肋合理確定了爆破缺口高度及參數(shù)，采用了孔內(nèi)高段延時、孔外毫秒延時、單元毫秒延時接力、雙回路起爆網(wǎng)絡(luò)，逐跨延時起爆；采用多層防護措施。通過精心設(shè)計和施工獲得了橋梁完全塌落、有效控制爆破危害效應(yīng)的良好爆破效果。

剛架拱橋；圓柱橋墩；爆破拆除

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，起于湖天路K0＋82，止于K0＋416，橋型為(鋼筋混凝土剛架拱橋)＋17×16 m(預(yù)應(yīng)力混凝土空心板)，橋梁全長334 m，由北向南單向0.7%的上坡。橋面凈寬20 m，上部結(jié)構(gòu)主橋采用單孔L＝50 m、主拱矢跨比f/L＝1/8的混凝土剛架拱，由6片拱片組成，拱片之間采用橫系梁連接。主橋的下部采用重力式橋臺(見圖1)。根據(jù)相關(guān)機構(gòu)的鑒定和考察，確定湖天大橋的主體結(jié)構(gòu)承載能力不能滿足現(xiàn)行要求，出于對安全的考慮，政府部門決定對該橋進行拆除重建。

圖1 橋梁基本構(gòu)造

1 環(huán)境與結(jié)構(gòu)情況

1.1 周邊環(huán)境

橋梁呈南北走向橫跨太平溪，橋梁全長334 m，其中主橋(拱橋)部分50 m，其余為引橋部分，河內(nèi)水位較淺，水流比較平穩(wěn)。北側(cè)引橋正東面1～2 m處是待拆除的廢棄倉庫，北側(cè)橋臺東北方向40 m處為商業(yè)高層建筑；北側(cè)引橋正西面7 m處為待拆除的二手市場門面，北側(cè)橋臺西北方向50 m處為懷化市建筑工程公司；南側(cè)引橋正東面13 m處有一雜貨店、28 m處分別是世紀花園小區(qū)和都市寶貝幼兒園，南側(cè)橋臺正東方向13 m處有一高層建筑居民樓；南側(cè)引橋正西面27 m處是湘州酒店、26 m處為新興苑小區(qū)，南側(cè)橋臺西南方向50 m處是新時代廣場；其中有一條市區(qū)次干道(花溪路)垂直從南側(cè)引橋穿過。大橋周邊行人、非機動車和機動車的流量比較大(見圖2)。

圖2 周邊環(huán)境示意

另外，在太平溪北岸、大橋西側(cè)4 m處有一條市政供水管道，50 m處有橫跨太平溪的高壓線路。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)

南、北引橋分別采用10孔和7孔16 m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板拼接而成，每孔橫向由18塊板組成，引橋靠近兩側(cè)橋臺四孔橋面連續(xù)，余下引橋采

用三孔橋面連續(xù)。

主拱橋南北兩端各有6根拱肋和斜撐，材料為C30混凝土，拱肋的寬度為53 cm，厚度為105 cm，長13.50 m，其中上下表面4 cm以內(nèi)等間隔分布Φ18 mm縱向鋼筋5根，縱向每間隔25 cm布置一道Φ22 mm環(huán)向鋼筋1根；斜撐寬35 cm，厚度為53 cm，長6.3 m，其中上下表面4 cm以內(nèi)間隔30 cm分布Φ12 mm縱向鋼筋2根，縱向每間隔35 cm布置一道Φ20 mm環(huán)向鋼筋1根(見圖3)。

圖3 斜撐、拱肋剖面

引橋的墩柱直徑為120 cm，每跨橋墩之間的間隔為14.2 m，跨與跨之間相隔18 m。墩柱共17排34根，高度在4～5.5 m范圍內(nèi)；墩柱材料為C25混凝土，表面凈保護層5.2 cm以內(nèi)等間距13.9 cm分布27根Φ20 mm豎向配筋(見圖4)。

圖4 墩柱截面圖

2 施工要求

由于待拆的湖天大橋位于城區(qū)中心繁華地帶，且周邊交通網(wǎng)路較多，車流和人流量較大，因此拆除時應(yīng)滿足以下要求。

(1)控制坍塌范圍。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理設(shè)計大橋的爆破切口位置、高度，使大橋的爆破坍塌在安全范圍內(nèi)。

(2)控制爆破振動。爆破產(chǎn)生的振動以及橋體觸地振動的速度要小于各保護目標安全允許的振動要求。

(3)控制飛散物。爆破飛石及橋體塌落后產(chǎn)生的二次飛濺物不得損壞周邊的建筑設(shè)施、人員。

(4)確保施工安全。高空作業(yè)、水上作業(yè)采取安全措施，嚴密組織，確保爆破施工中人員安全。

(5)市政供水管道和高壓線路在爆破施工過程中需正常使用，不能受到任何影響。

3 爆破設(shè)計

3.1 方案選擇

湖天大橋周圍環(huán)境較為復(fù)雜，與周邊需要保護的居民樓距離只有13 m，因此爆破時要嚴格控制爆破飛石和爆破振動。該橋的主橋部分為鋼筋混凝土鋼架拱橋，引橋部分為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，橋體設(shè)置有多條伸縮縫，整體的抗拉強度較低，方案設(shè)計時可以利用其坍塌后自身的重力作用進行解體。根據(jù)待拆橋梁的結(jié)構(gòu)特點和環(huán)境條件，采取“自北向南逐跨倒塌，每跨橋體整體向西定向傾倒”的爆破方案。具體的爆破拆除方案如下。

(1)為了控制爆破振動和塌落振動，采用導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)和孔外相結(jié)合的延時起爆技術(shù)。

(2)由于待拆橋梁跨度較長(全長334 m)，為了保證橋梁在爆破作用下能夠充分倒塌，將主拱橋的每個拱肋和斜撐都設(shè)置一個分別長3 m和2 m的爆破切口(切口的位置以施工方便為宜)，引橋的所有墩柱布置高3 m的爆破切口(見圖5)。

3.2 預(yù)拆除

(1)將湖天大橋南側(cè)的人行便道、天橋進行切割處理，保證橋體的倒塌不受附屬建筑的影響。

(2)對橋面兩邊的路燈進行預(yù)拆除，對安裝在大橋兩側(cè)的電纜及通信光纜進行切割處理，切斷所有的水電氣、供暖、通信等管線。確保大橋在解體倒地后不會造成周邊居民停水停電的狀況發(fā)生。

(3)將周邊與大橋兩側(cè)毗鄰及3 m范圍內(nèi)的所有建筑物預(yù)拆除。

3.3 爆破參數(shù)

3.3.1 爆破切口設(shè)計

主拱橋的拱肋和斜撐上均設(shè)置一個長分別為3 m和2 m的爆破切口，考慮到鉆孔施工的可操作性，拱肋和斜撐上的切口分別布置在橋臺連接點附近，以利于鉆孔作業(yè)。

圖5 爆破切口設(shè)計

引橋部分總計有17跨墩柱，墩柱的爆破切口高度計算如下：

式中，B＝1.2 m，d＝2.0 cm，K＝1.5～2.0，Hmin＝(30～50)d＝60～100 cm，取80 cm。

由上得出，H＝3.0～4.0 m。

同樣是考慮到施工的方便，爆破切口的位置距地面約0.5 m左右。

3.3.2 爆破參數(shù)設(shè)計

(1)主拱橋爆破參數(shù)設(shè)計(見圖6)。拱肋(105 cm×53 cm)切口參數(shù)設(shè)計：

圖6 拱肋、斜撐炮孔位置及裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)經(jīng)驗，q值取1.8 kg/m3(外側(cè)的拱肋適當減小單耗到1.5 kg/m3)。按Q＝a·s·q式計算，其中a為孔距，m；s為拱肋截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q內(nèi)＝400.68 g，取400 g；Q外＝333.39 g，取300 g。

斜撐(53 cm×35 cm)切口參數(shù)設(shè)計：

根據(jù)經(jīng)驗，q值取1.8 kg/m3(外側(cè)的斜撐適當減小單耗到1.5 kg/m3)。同樣，按Q＝a·s·q式計算得出Q內(nèi)＝100.17 g，取100 g；Q外＝83.5 g，取80 g。

(2)南、北引橋墩柱爆破參數(shù)設(shè)計。南、北引橋只需將橋體下部的墩柱進行爆破解體，橋體的自重即可讓自身失穩(wěn)，從而達到解體塌落的結(jié)果。

W＝45 cm(炮孔沿橋墩軸線分布并偏離中心軸15 cm一左一右布置兩個炮孔，見圖7)；L＝85 cm；a＝50 cm，根據(jù)經(jīng)驗，底孔q值取為1.5 kg/m3，底部第二排按底孔系數(shù)0.85取值，依次向上排孔按底孔系數(shù)0.7取值，最上一排孔按底孔系數(shù)0.6取值。

圖7 墩柱炮孔布置

按Q＝1/2·a·S·q式計算，其中a為孔距，m；s為橋墩截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q底孔＝424 g，取400 g；Q底二排＝360 g，取350 g；Q中間孔＝296.8 g，取300 g；Q最上孔＝254.4 g，取250 g。

為確保立柱爆破效果，在底部三排孔之間兩個中心點各加一個輔助孔，孔深為75 cm，裝藥量為150 g，見圖8。

圖8 墩柱炮孔結(jié)構(gòu)

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔直徑為40 mm，選用Φ32 mm乳化炸藥。

(1)墩柱全部采用連續(xù)裝藥方式。

(2)斜撐采取空氣間隔分段裝藥，將單孔裝藥等分二份，用膠布纏繞在竹片上固定，兩個藥包間距為7 cm。

(3)兩側(cè)拱肋分段裝藥，方式如上，兩個藥包間距為15 cm，中間4根拱肋連續(xù)裝藥。

(4)孔口全部用炮泥充填密實。

3.5 起爆方式

(1)起爆器材選擇。為避免在施工過程中外來電流的作用導(dǎo)致誤爆、早爆事故，因此本工程起爆器材全部采用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)。炮孔內(nèi)使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管(HS-5)，傳爆雷管使用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管(西側(cè)MS-3和東側(cè)MS-5)，MS-5導(dǎo)爆管雷管進行單元接力傳爆。使用高能起爆器(CHA-2000)起爆。

(2)起爆延時分段設(shè)計。起爆采取孔內(nèi)延時和孔外延時相結(jié)合的起爆網(wǎng)路，大橋每的西側(cè)橋墩相比于北側(cè)橋墩提前60 ms起爆；為了控制爆破振動對周圍建筑的損害，每跨的起爆時間差110 ms。

(3)起爆網(wǎng)路連接形式和起爆方法。每個橋墩、拱肋、斜撐分為一組，用“簇連”方法將炮孔中導(dǎo)爆管雷管抓為一把，用2發(fā)同一段別(西側(cè)MS-3和東側(cè)MS-5)的導(dǎo)爆管雷管傳爆。然后用導(dǎo)爆管、四通將各組傳爆雷管連接，相鄰跨之間再用2發(fā)MS-5導(dǎo)爆管雷管進行單元接力傳爆，成自北向南的復(fù)式起爆網(wǎng)路。用一個高能起爆器(另備用一個)作起爆源，激發(fā)最北端的傳爆網(wǎng)路，自北向南逐跨起爆。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖9所示。

圖9 起爆網(wǎng)絡(luò)示意

4 安全措施

(1)爆破切口近體防護措施。對裝藥的墩柱等爆破切口使用一層厚12 mm橡膠皮和一層厚10 mm的地毯將爆破部位完全包裹，然后用鐵絲在外捆緊(5匝)；拱肋、斜撐外用橡膠皮、地毯等防護材料進行3層以上包裹。通過上述方式，達到控制爆破切口部位產(chǎn)生的飛石擴散。

(2)對重要保護建筑及設(shè)施的防護措施。在大橋和被保護建筑之間架設(shè)建筑腳手架，用一層鋼絲網(wǎng)和一層彩條布進行防護，原則上腳手架架設(shè)距離為距大橋外檐的3～6 m范圍內(nèi)。通過該防護措施防止爆破飛石及橋體塌落產(chǎn)生飛濺物對被保護建筑產(chǎn)生破壞。另外，采用自橋面邊緣向下懸掛雙層鋼絲網(wǎng)和一層彩條布的方式，完全遮擋住拱肋、斜撐部位，防止爆破飛石對高壓線路造成影響。市政供水管路從河岸延伸至河底，外露部分有6 m長，高于河底3.5 m左右。為了防止橋面塌落后解體構(gòu)件會砸到水管，采用自然土填充覆蓋方式進行對水管進行保護。其中覆土高度不低于水管表面1 m，并在水管位置上方敷設(shè)一定厚緩沖材料加強保護。

(3)塌落振動防護措施。為了減小橋體塌落時觸地振動，防止橋體解體后直接撞擊地面而引起周圍泥土及雜物飛濺，爆前應(yīng)對大橋倒塌范圍內(nèi)的碎渣清理干凈，在大橋每一跨之間堆設(shè)兩道1 m后的減震土堤。

(4)安全警戒。爆破區(qū)域周邊150 m范圍內(nèi)為警戒區(qū)域，迎豐路、花溪路進行交通管制，警戒區(qū)域內(nèi)的居民全部撤離。

5 爆破施工及效果

整個爆破工程歷時15d，炮孔總數(shù)705個，使用乳化炸藥總量196.4 kg、雷管1009發(fā)。

爆破后，墩柱充分解體，橋面、拱橋失重塌落，爆破效果符合設(shè)計要求；施工過程中未出現(xiàn)任何安全事故，周邊建筑未受飛石影響，最近建筑物處的質(zhì)點振速為0.36 cm/s，對周邊建筑物沒有任何影響。

[1] 汪旭光.爆破設(shè)計與施工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013：393-394.

2016-10-17)

劉士兵(1982-)，男，安徽來安縣人，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事民用爆破器材生產(chǎn)、使用及爆破技術(shù)方面的研究，Email：1069452004＠qq.com。