制梁臺(tái)座預(yù)埋管爆破拆除技術(shù)

葉建軍,彭慶波,李 虎,韓學(xué)軍,王冠海,褚人猛

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430068;2.中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司,北京 100048;3.湖北凱龍工程爆破有限公司,湖北 荊門(mén) 448004)

0 引言

制梁臺(tái)座是梁場(chǎng)生產(chǎn)預(yù)制混凝土梁的重要設(shè)施[1-4]。 預(yù)制梁用以在制梁臺(tái)座上澆筑混凝土、預(yù)應(yīng)力張拉、蒸汽養(yǎng)護(hù)。 在完成預(yù)制梁生產(chǎn)后,制梁臺(tái)座需要拆除。

制梁臺(tái)座為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其后期拆除通常采用人工、機(jī)械和爆破拆除3 種方法。 人工拆除方法工時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高、勞動(dòng)強(qiáng)度大,已淡出工程界,只在少量機(jī)械或爆破方法難以處理的小構(gòu)件的拆除工程中使用;機(jī)械拆除方法效率雖然比人工拆除高,但噪聲和粉塵污染較嚴(yán)重。 相對(duì)而言,爆破拆除是最高效的方法。 對(duì)于地理位置偏僻的梁場(chǎng),不必?fù)?dān)心爆破有害效應(yīng),制梁臺(tái)座的拆除應(yīng)優(yōu)先選擇爆破方法。 爆破拆除通常的做法是在拆除時(shí)用鉆機(jī)鉆孔,然后裝藥進(jìn)行爆破拆除。 然而,制梁臺(tái)座中分布有鋼筋,鉆孔難度較大、成本較高。 為了降低爆破拆除成本,結(jié)合全壽命設(shè)計(jì)周期理念[5],并借鑒大體積混凝土預(yù)埋管爆破拆除技術(shù)[6]和在建筑物周邊柱中預(yù)埋落水管爆破拆除技術(shù)[7],提出了一種利用制梁臺(tái)座的拉筋孔、蒸汽養(yǎng)護(hù)管等兼作拆除炮孔的制梁臺(tái)座預(yù)埋管布置方式,以實(shí)現(xiàn)一管多用,免鉆孔、低成本地拆除制梁臺(tái)座的目的。 筆者將詳細(xì)介紹該技術(shù),并結(jié)合具體制梁臺(tái)座案例,對(duì)比研究按照原設(shè)計(jì)開(kāi)展鉆爆法拆除和運(yùn)用新的預(yù)埋管進(jìn)行爆破拆除的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,為今后工程建設(shè)中預(yù)制梁場(chǎng)制梁臺(tái)座的拆除選擇提供參考。

1 制梁臺(tái)座預(yù)埋管爆破拆除技術(shù)

本技術(shù)的核心思想是運(yùn)用全壽命設(shè)計(jì)理念,在制梁臺(tái)座澆筑之初就考慮到其拆除爆破:即在設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座蒸汽養(yǎng)護(hù)管道和拉筋孔時(shí),同時(shí)考慮這些孔洞作為將來(lái)拆除炮孔。 通常在澆筑制梁臺(tái)座時(shí)以預(yù)埋管的方式形成養(yǎng)護(hù)管道和拉筋孔,做到了一管兩用,以達(dá)到降低制梁臺(tái)座全壽命成本和工期的目的。

1.1 兼作拆除炮孔的制梁臺(tái)座預(yù)埋管布置方式

兼作拆除炮孔的制梁臺(tái)座預(yù)埋管布置方式如圖1 所示。 為兼顧預(yù)制梁的蒸汽養(yǎng)護(hù)及爆破拆除,預(yù)埋管參數(shù)設(shè)計(jì)如下:

圖1 兼作拆除炮孔的制梁臺(tái)座預(yù)埋管立體結(jié)構(gòu)

1)拉筋孔。 拉筋孔在制梁臺(tái)座起固定側(cè)模的作用。 在常規(guī)的設(shè)計(jì)(如圖2 所示)中,拉筋孔水平布置,中軸線距離制梁臺(tái)座上表面10 ～15 cm。 形成拉筋孔的預(yù)埋管直徑為30 ～40 mm,水平間距30～50 cm 等距布置。 本技術(shù)中,當(dāng)制梁臺(tái)座高度較大時(shí),拉筋孔應(yīng)考慮兼作爆破拆除的炮孔。 鑒于常規(guī)設(shè)計(jì)的拉筋孔與制梁臺(tái)座上表面的距離只有10～15 cm,不利于爆破安全和充分利用炸藥能量。為滿足爆破要求,拉筋孔與制梁臺(tái)座上表面的距離調(diào)整為25～30 cm。 考慮到乳化炸藥藥卷常用規(guī)格為?32、?35 mm,將拉筋孔孔徑調(diào)整為40 ～50 mm。預(yù)埋管管材選擇強(qiáng)度合適、價(jià)格便宜的PVC 塑料管。 爆破時(shí)可根據(jù)具體炸藥單耗選取合適間隔的拉筋孔作為炮孔,余下的拉筋孔閑置。

2)蒸汽養(yǎng)護(hù)主管。 常規(guī)的設(shè)計(jì)(如圖2 所示)中,蒸汽養(yǎng)護(hù)主管直徑為30 ～40 mm,沿制梁臺(tái)座長(zhǎng)軸預(yù)埋,一端與進(jìn)氣管連接,另一端延伸出制梁臺(tái)座的端部。 若把蒸汽養(yǎng)護(hù)主管兼作拆除炮孔,要重新調(diào)整設(shè)計(jì),以滿足爆破拆除對(duì)炮孔參數(shù)要求。參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)垂直炮孔布置經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座水平蒸汽養(yǎng)護(hù)主管。 顧紅建等[8]在方形鋼筋混凝土基礎(chǔ)爆破設(shè)計(jì)時(shí),垂直鉆孔孔深根據(jù)公式L=(0.8 ～0.9)H計(jì)算。 陳順祿等[9]在條形墻結(jié)構(gòu)和板型結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土基礎(chǔ)爆破設(shè)計(jì)時(shí),垂直孔深取L=H-0.3 m。 參考汪旭光[10]主編《爆破設(shè)計(jì)與施工》提供的基礎(chǔ)工程垂直鉆孔孔深經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表,孔深L=KH,式中,K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),H為厚度系數(shù)。 當(dāng)?shù)撞繜o(wú)自由面而有施工縫時(shí),K值應(yīng)取0.75～0.85,炮孔孔底至施工縫的距離應(yīng)大于10 cm。 制梁臺(tái)座底部與地面接觸,材料不連續(xù),相當(dāng)于有施工縫。 因此,綜合借鑒上述拆除爆破經(jīng)驗(yàn),蒸汽養(yǎng)護(hù)主管中軸線與水平地面的距離調(diào)整為0.15～0.25 倍臺(tái)座高度,孔徑調(diào)整為40～50 mm。 為抵抗蒸汽高溫,同時(shí)不嚴(yán)重影響爆破效果,預(yù)埋蒸汽養(yǎng)護(hù)主管管材宜選擇耐高溫塑料管。

圖2 常規(guī)設(shè)計(jì)的制梁臺(tái)座立體結(jié)構(gòu)

3)進(jìn)氣管。 進(jìn)氣管從地面下接入制梁臺(tái)座,與制梁臺(tái)座近端部的距離為30 ～50 cm,為使得端部混凝土也能達(dá)到同等破碎程度,調(diào)整進(jìn)氣管與制梁臺(tái)座近端部的距離為15～30 cm。

4)蒸汽養(yǎng)護(hù)分管。 常規(guī)的設(shè)計(jì)(如圖2 所示)中,蒸汽養(yǎng)護(hù)分管直徑為10～15 mm,垂直于制梁臺(tái)座長(zhǎng)軸方向,由蒸汽養(yǎng)護(hù)主管向制梁臺(tái)座兩側(cè)引出。若把蒸汽養(yǎng)護(hù)主管兼作拆除炮孔進(jìn)行裝藥爆破,還應(yīng)堵塞蒸汽養(yǎng)護(hù)分管,操作煩瑣。 在本技術(shù)設(shè)計(jì)預(yù)埋管時(shí),將蒸汽養(yǎng)護(hù)分管移到臺(tái)座兩側(cè),避免了將來(lái)拆除時(shí)對(duì)其堵塞處理。 蒸汽養(yǎng)護(hù)分管上半邊管壁間隔1～2 m 鉆有若干直徑為8～12 mm 的蒸汽養(yǎng)護(hù)孔,水蒸氣從蒸汽養(yǎng)護(hù)孔噴出,如圖1 所示。

1.2 爆破拆除施工工藝

不同截面尺寸的制梁臺(tái)座,其爆破拆除方案設(shè)計(jì)不同。 當(dāng)制梁臺(tái)座高度較低時(shí),只需使用蒸汽養(yǎng)護(hù)主管作為拆除炮孔,選取合理的炸藥單耗裝藥爆破即可達(dá)到理想的破碎效果,其裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 蒸汽養(yǎng)護(hù)管裝藥結(jié)構(gòu)

蒸汽養(yǎng)護(hù)主管作為炮孔裝藥施工時(shí),應(yīng)先拆除蒸汽養(yǎng)護(hù)分管,破壞制梁臺(tái)座端部混凝土,找到未裸露的蒸汽養(yǎng)護(hù)主管,破壞蒸汽養(yǎng)護(hù)主管與進(jìn)氣管的連接部位,用高壓風(fēng)機(jī)清理炮孔,將每個(gè)炸藥藥包均綁扎在一根導(dǎo)爆索上,隨后將端部的炸藥藥包綁扎在鐵絲上,拖拽鐵絲將炸藥拖入炮孔內(nèi),引出雷管腳線后用炮泥堵塞炮孔。 鑒于炮孔為深孔,在裝藥拖拽過(guò)程中,藥包與炮孔孔壁持續(xù)地摩擦易導(dǎo)致炸藥藥包破損、導(dǎo)爆索斷裂等情況。 使用裝藥長(zhǎng)袋[11]進(jìn)行裝藥可對(duì)炸藥藥包及導(dǎo)爆索產(chǎn)生有效保護(hù),裝藥更加安全。

當(dāng)制梁臺(tái)座高度較大時(shí),應(yīng)將拉筋孔作為爆破拆除炮孔,其裝藥結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 拉筋孔裝藥結(jié)構(gòu)

2 案例分析

2.1 工程概況

臨洮安家咀至臨夏公路(簡(jiǎn)稱安臨公路)AL4合同段起點(diǎn)位于李家坪村,終點(diǎn)三甲川,起訖里程K19+500 ～K32+800。 標(biāo)段內(nèi)設(shè)一個(gè)預(yù)制梁場(chǎng),制梁臺(tái)座32 個(gè),30 m 和20 m 箱梁預(yù)制臺(tái)座均為16個(gè),截面尺寸均為0.9 m×0.65 m。 原設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座(以下簡(jiǎn)稱原設(shè)計(jì))如圖5、圖6 所示。

圖5 原設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座正面結(jié)構(gòu)(單位:mm)

圖6 原設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座側(cè)面結(jié)構(gòu)(單位:mm)

以安臨公路AL4 標(biāo)段梁場(chǎng)31 m 制梁臺(tái)座為例,假定制梁臺(tái)座需要爆破拆除。

2.2 基于原設(shè)計(jì)的制梁臺(tái)座爆破拆除方案

2.2.1 原設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座爆破拆除方案選擇

原設(shè)計(jì)蒸汽養(yǎng)護(hù)主管采用鋼管,在制梁臺(tái)座中沿長(zhǎng)軸預(yù)埋,管道成本高,爆破時(shí)底部混凝土破碎效果差。 且受到材料的約束,爆破產(chǎn)生的能量甚至不足以破開(kāi)鋼筋混凝土。 原設(shè)計(jì)的蒸汽養(yǎng)護(hù)主管管徑為32 mm,管徑太小需對(duì)炮孔進(jìn)行擴(kuò)孔。 擴(kuò)孔前需拔出蒸汽養(yǎng)護(hù)主管,但管壁與混凝土粘連過(guò)于緊密,拔管不僅操作困難,反而極大提高了拆除成本。 即使拔出管道,但炮孔長(zhǎng)達(dá)31 m,擴(kuò)孔難度大,不能作為拆除的優(yōu)選方法。

綜合上述分析,利用原有預(yù)埋孔不能完成臺(tái)座拆除,最好的方案是重新鉆孔爆破。

2.2.2 炮孔布置

采用垂直鉆孔方式,最小抵抗線取0.41 m,從制梁臺(tái)座頂面垂直向下鉆孔,鉆取的炮孔緊貼蒸汽養(yǎng)護(hù)主管,孔徑為40 mm,孔深L為0.45 m,炮孔間距a為0.8 m,炮孔平面布置如圖7 所示。

圖7 炮孔平面布置(單位:mm)

2.2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)使用的炸藥為?32 mm 的乳化炸藥藥卷,單耗q取427 g/m3,單孔裝藥量Q=200 g,裝藥結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

圖8 鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2.3 采用新技術(shù)制梁臺(tái)座爆破拆除方案

2.3.1 炮孔布置

考慮到制梁臺(tái)座高度較低,只需要使用蒸汽養(yǎng)護(hù)主管作為炮孔。 選擇?40 mm 耐高溫塑料管作為蒸汽養(yǎng)護(hù)主管,選擇?40 mm 的PVC 塑料管作為拉筋孔管道,如圖9 所示。

圖9 新設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座預(yù)埋管布置結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2.3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)如圖10 所示,爆破選擇?32 mm 的乳化炸藥藥卷。 最小抵抗線W取0. 4 m,單耗q取427 g/m3,單點(diǎn)裝藥量Q=200 g,采用間隔裝藥,裝藥段長(zhǎng)度為0.2 m,間隔段長(zhǎng)度為0.6 m,兩端的炸藥內(nèi)均插入雷管,兩端堵塞段長(zhǎng)度為0.3 m。

圖10 新設(shè)計(jì)制梁臺(tái)座預(yù)埋管裝藥結(jié)構(gòu)(單位:mm)

3 原設(shè)計(jì)和新設(shè)計(jì)爆破拆除技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 主要工程量分析

基于原設(shè)計(jì)采用鉆爆法需垂直鉆孔39 個(gè),每個(gè)孔深0.45 m,鉆孔總長(zhǎng)度17.6 m。 每個(gè)炮孔堵塞長(zhǎng)度為0.25 m,堵塞總長(zhǎng)度為9.8 m。

新設(shè)計(jì)爆破時(shí)需破壞制梁臺(tái)座端部保護(hù)層鉆孔0.15 m,預(yù)埋的蒸汽養(yǎng)護(hù)主管作為炮孔,兩端均堵塞0. 3 m,進(jìn)氣管堵塞0. 25 m,堵塞總長(zhǎng)度為0.85 m。

3.2 主要材料消耗分析

基于原設(shè)計(jì)采用鉆爆法,炸藥單耗為427 g/m3,裝藥采用?32 mm 乳化炸藥藥卷,總炸藥量為7.8 kg,采用毫秒延期電子雷管微差爆破,消耗電子雷管39 發(fā)。

新設(shè)計(jì)預(yù)埋孔爆破拆除,炸藥單耗為427 g/m3,裝藥采用?32 mm 乳化炸藥藥卷,總炸藥量為7.8 kg。 由于新設(shè)計(jì)預(yù)埋炮孔為深孔,為保證穩(wěn)定傳爆,在炮孔內(nèi)部通長(zhǎng)布置1 根導(dǎo)爆索,長(zhǎng)度為30 m,兩端的藥卷內(nèi)均插入1 發(fā)電子雷管,從兩端向中間傳爆,共消耗電子雷管2 發(fā)。 新設(shè)計(jì)增加了蒸汽養(yǎng)護(hù)分管的管材消耗,蒸汽養(yǎng)護(hù)分管選擇?10 mm 的耐高溫塑料管,相比于原設(shè)計(jì),多消耗的管道總長(zhǎng)度為48.3 m。

3.3 原設(shè)計(jì)鉆爆法與新設(shè)計(jì)預(yù)埋管道爆破拆除直接成本分析

如表1 所示,拆除安臨公路AL4 標(biāo)段預(yù)制梁場(chǎng)31 m 制梁臺(tái)座,新技術(shù)預(yù)埋管道爆破拆除成本為30.6 元/m3,鉆爆法拆除成本為143.5 元/m3,對(duì)比兩種爆破拆除方案,發(fā)現(xiàn)使用新技術(shù)預(yù)埋管道爆破拆除法比鉆爆法拆除成本節(jié)約了78.7%,具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 基于原設(shè)計(jì)采用鉆爆法拆除不用消耗多余的管材和導(dǎo)爆索,但該方法電子雷管使用量大,價(jià)格昂貴,且鉆孔數(shù)量多,工程量大。 新技術(shù)預(yù)埋管爆破拆除法,雖然增加了管材和導(dǎo)爆索的費(fèi)用,但電子雷管消耗量小,幾乎無(wú)須鉆孔,拆除成本大大降低。

表1 兩種方法拆除直接成本對(duì)比

4 結(jié)論

為降低制梁臺(tái)座全壽命成本,在制梁臺(tái)座澆筑之初,就應(yīng)考慮到其爆破拆除的情況。 改進(jìn)常規(guī)制梁臺(tái)座內(nèi)預(yù)埋管的布置方式,澆筑形成的制梁臺(tái)座既可滿足預(yù)制梁生產(chǎn)的需要,后期拆除時(shí),內(nèi)部的預(yù)埋管又可作為爆破拆除的炮孔。 經(jīng)過(guò)兩種方案的對(duì)比分析,使用新技術(shù)預(yù)埋孔爆破拆除相比鉆爆法拆除,能夠大量減少鉆孔及爆破器材的消耗,避免了鉆孔產(chǎn)生的噪聲污染,縮短了工期,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 其他工程中的臨時(shí)條形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(如梁場(chǎng)軌道梁、建筑移位的軌道梁等)設(shè)計(jì)、施工和拆除,預(yù)埋孔爆破拆除技術(shù)可供參考。

工程實(shí)踐中,制梁臺(tái)座的設(shè)計(jì)通常由路橋?qū)I(yè)或材料專業(yè)技術(shù)人員完成,他們往往并不具備爆破拆除的知識(shí),也就不可能在設(shè)計(jì)預(yù)埋孔時(shí)兼顧考慮后期的爆破拆除方案。 因此,要在實(shí)際工程中運(yùn)用全壽命設(shè)計(jì)理念,還需爆破專業(yè)技術(shù)人員參與制梁臺(tái)座的設(shè)計(jì)工作。 只有多專業(yè)、多部門(mén)人員的相互配合,才能在未來(lái)的類(lèi)似臨時(shí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中合理運(yùn)用此技術(shù)。