先簡支后連續(xù)鋼筋混凝土大橋控制爆破拆除

張文錫

(中鐵十四局集團 第四工程有限公司，濟南 250002)

1 工程概況

大井壟大橋位于福建省浦城(閩浙界)至南平高速公路，始建于2008年。大橋全長187 m，橋面凈寬2 m×11.75 m，左右分兩幅。主橋從浦城至南平有1～5號橋墩，采用C30混凝土澆筑，0#臺采用柱式臺，6#采用肋板臺，共6跨，其中1～5號墩柱跨徑為30 m。大橋上部采用預應力砼(后張)T梁，先簡支后連續(xù)。橋高20 m，大橋重10 000 t，大橋東側為市區(qū)，距離小區(qū)273.4 m，西側為鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最近距離民房71.9 m，其余西側較近的民房距離大橋邊緣直線為84.9～128.1 m。因城市快速發(fā)展，需要將大橋拆除。大橋周邊四鄰環(huán)境如圖1、圖2所示。

圖2 大橋結構照片F(xiàn)ig. 2 Structural photo of the bridge

2 爆破方案

根據(jù)橋梁自身結構特點及周邊環(huán)境條件綜合考慮，可以選用整體單向傾倒或原地塌落爆破施工方案[1]，因為分段原地坍塌不需要爆破預處理立柱周圍橋墩，通過逐跨延時爆破網(wǎng)路，減小一次塌落塊體質量，能有效的降低塌落振動強度[2]，同時分段爆破有利于橋梁在空中解體，減少了爆破后機械二次破碎工程量，既改善了橋梁爆破效果，又減小了橋梁塌落時觸地振動對周圍構建筑物的影響。現(xiàn)有的關于塌落振動將結構塌落過程簡化為一個點源難以全面客觀反映其他結構，尤其是多跨橋梁爆破倒塌的觸地過程[3]，擬通過實測進行部分驗證。

綜合考慮，采用分段原地坍塌爆破拆除?？偟姆椒ㄊ欠侄挝⒉畋谱笥揖€1#～5#墩臺一定高度，使上部預應力結構失穩(wěn)塌落在地面上。根據(jù)橋墩具體尺寸及結構，將橋墩分為兩組，一組為墩柱中間無系梁的1#和5#橋墩，一組為橋墩中間位置存在系梁的2#～4#橋墩，因為2#～4墩柱中間有系梁，將2#～4#橋墩立柱上爆破分為兩段，下段距離地面0.5 m以上4 m，上段3 m位于系梁上部立柱上，距離系梁0.5 m，1、5立柱無系梁，爆破位置距離地面0.5 m以上3 m。

3 爆破設計

3.1 橋墩1#、5#參數(shù)

3.1.1 炮孔布置

1#、5#橋墩直徑1.4 m，根據(jù)相關文獻資料[4-7]，設計炮孔直徑d=40 mm；炮孔間距a取0.3 m，排距b取 0.5 m，從距離地面以上0.5 m的墩柱位置作為最下排孔鉆孔位置，每排布置3孔，以上3 m為炸高段。布孔形式一致，每排中間孔深度100 mm，兩邊孔深度85 mm，上下排距離0.5 m。1#、5#橋墩每根墩柱鉆孔21個，其中孔鉆孔深度100 mm的7個，鉆孔深度85 mm的14個。具體炮孔布置示意圖如圖3所示。

圖3 1#、5#橋墩炮孔布置圖(單位：cm)Fig. 3 Blast hole layout of pier 1# and pier 5#(unit:cm)

3.1.2 裝藥結構

每個炮孔從底部連續(xù)裝藥，1#、5#橋墩每排中間深孔裝藥0.6 kg，每排邊上兩孔裝藥0.4 kg，每個炮孔均采用數(shù)碼電子雷管起爆，采用正向起爆法將數(shù)碼電子雷管插入藥卷中，每孔裝藥一發(fā)數(shù)碼電子雷管。炮孔采用炮泥堵塞，保證填塞質量，填滿炮孔為止，具體的裝藥結構如圖4所示。

圖4 1#、5#橋墩裝藥結構圖(單位：mm)Fig. 4 Blasting hole charge structure of pier 1# and pier 5#(unit:mm)

3.2 橋墩2～4號參數(shù)

3.2.1 炮孔布置

2、3、4號橋墩直徑1.8 m，地面以上墩柱存在一個系梁，按照總體方案，在系梁下部及上部分別布置一截墩柱作為爆破段，下截炸高4 m，上截炸高3 m，炮孔直徑d=40 mm；炮孔間距a取0.4 m，排距b取0.5 m，從距離地面以上0.5 m的墩柱位置作為下截最下排孔鉆孔位置，每排布置3孔，布孔形式一致。每排中間孔深度135 mm，兩邊孔深度115 mm，上下排距離0.5 m，上截以距離系梁頂面以上0.5 m的墩柱位置作為上截最下排孔鉆孔位置。2#、3#、4#橋墩每根墩柱下截鉆孔27個，其中孔鉆孔深度135 mm的9個，鉆孔深度115 mm的18個。具體炮孔布置示意圖如圖5所示。

圖5 2#～4#橋墩炮孔布置圖(單位：cm)Fig. 5 Blast hole layout of pier 2#～4#(unit:cm)

3.2.2 裝藥結構

按設計2#～4#橋墩炮孔裝藥結構形式與1#、5#橋墩炮孔裝藥結構形式一致，其中2#～4#橋墩每排中間深孔裝藥0.8 kg，邊孔每孔裝藥0.6 kg，采用數(shù)碼電子雷管置于每孔裝藥段中間位置正向起爆，炮孔采用炮泥進行堵塞，堵塞過程中保證堵塞質量。

3.3 起爆網(wǎng)路

大橋共鉆孔744個，一次起爆藥量462.4 kg，為了提高起爆網(wǎng)路的安全性，采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路。因為合理的微差起爆時間能夠起到很好的減震效果[8]，一定程度上可以降低爆破振動幅值，多孔微差爆破主要作用是將爆破振動信號在時間上分離開來，以達到降低爆破振動的目的[9]，因此各墩柱起爆時間采用微差起爆。

根據(jù)竣工圖紙，橋梁采用先簡支后連續(xù)的工藝施工而成，為了減小塌落觸地振動，使得整個橋面柔性坍塌，設計先使后澆筑部位失穩(wěn)產(chǎn)生應力集中被拉開，然后不同墩柱間的梁有時間差的塌落，減小單件下落構件的質量，從而減小塌落振動。

根據(jù)數(shù)碼電子雷管及起爆器參數(shù)，每個起爆器單獨起爆數(shù)量不超過200發(fā)數(shù)碼電子雷管，因此需要四個起爆器共同組網(wǎng)，選擇其中一個作為主起爆器，通過主起爆器連接其余三個繼連起爆器來統(tǒng)一設置起爆順序及時間間隔，結合每個墩柱鉆孔數(shù)目，具體網(wǎng)路連接及各墩柱延期時間如圖6所示，根據(jù)炮孔藥量及網(wǎng)路延期設計，最大單段起爆藥量為64 kg。

圖6 爆破網(wǎng)路連接Fig. 6 The blasting network

4 爆破安全驗算

4.1 飛石控制措施

為滿足當天裝藥當天起爆的時間要求，前期在驗完孔以后，將墩柱不遮蓋炮孔的位置防護上，僅留下炮孔位置等裝藥連線完成以后，再將剩余部位防護好。在墩柱炮孔范圍及上下0.5 m范圍內(nèi)先包裹兩層厚5 cm草簾，在草簾外側包裹一層鐵絲網(wǎng)，在鐵絲網(wǎng)外側包裹一層竹排，確保防護嚴密。

圖7 防護措施Fig. 7 Protective measures

4.2 振動監(jiān)測

爆破拆除大橋，爆破振動以外，還會由于梁體塌落觸地產(chǎn)生振動，為了更好的測得不同距離在橋梁爆破和塌落時的觸地振動，因現(xiàn)場限制，只能盡可能將測點布置在垂直橋梁走向的同一直線上。因為村莊一側構建筑物距離橋體更近，因此在村莊一側布置了三個測點，分別為測點A、B、C，距離橋體由近及遠分別為90 m、120 m、190 m，D點布置在城市一側，距離橋體273.4 m，具體位置如圖1中所示。根據(jù)爆破拆除塌落振動計算公式及最大單段藥量爆破振動公式及現(xiàn)場實測不同距離振速，統(tǒng)計得出圖8。

圖8 爆破振動Fig. 8 Blasting vibration

從圖中可以看出，按照理論計算，對于該橋如果整體塌落，觸地振動要大于設計藥量引起的爆破振動，現(xiàn)場實測A、B、C、D點VZ大于Vx，說明實測結果符合理論推測，該橋拆除振動以塌落觸地振動為主，同時可以看出VZ和Vx數(shù)值均小于理論整體塌落振速，在距離橋較近點A、B兩點測得的振速小于理論塌落和爆破引起的振速，可以驗證距離較近時，地面振動實測值小于經(jīng)驗公式計算值[10]。距離橋較遠測點C、D點測得振速小于理論整體塌落振速，卻與理論值較為接近，說明在距離構建筑較近時，當爆破拆除理論塌落振動大于理論爆破振動時，通過合理設置延期時間來分段塌落能較好的減小振動對周圍構建筑物的影響。

5 爆破效果及結論

(1)先簡支后連續(xù)橋面斷裂位置主要集中在后澆筑位置，如圖9所示，連續(xù)橋梁分成了6～7段，增加了塌落振動時的觸地點，實現(xiàn)了柔性塌落。

圖9 爆破現(xiàn)場效果Fig. 9 Field effect of blasting

(2)通過柔性塌落，減小了單一觸地點的下落構件的質量，有效的減小了橋梁塌落觸地振動，較好的保護了周圍構建筑物。

(3)爆破參數(shù)及起爆網(wǎng)路設計合理，防護措施有效的控制了飛石，為類似工程提供了借鑒。