濒危钢筋混凝土双曲拱桥的控制爆破拆除

单志国,毛益松,任才清,张秉尧

(1.湖南长工工程建设公司, 湖南长沙 410003;2.国防科学技术大学, 湖南长沙 410073)

濒危钢筋混凝土双曲拱桥的控制爆破拆除

单志国1,毛益松2,任才清2,张秉尧2

(1.湖南长工工程建设公司, 湖南长沙 410003;2.国防科学技术大学, 湖南长沙 410073)

介绍复杂情况下一座濒危钢筋混凝土双曲拱桥控制爆破拆除的工程实例。详细论述了爆破方案的选择、爆破参数的确定、起爆网络设计及安全防护措施。通过对爆破效果的分析,得出几点体会。

控制爆破;爆破参数;起爆网络;安全防护;双曲拱桥

1 工程概况

湖南省长沙市的捞刀河廖家渡大桥建于 1970年代初,受使用年限以及施工工艺和原材料的影响,主拱已出现断裂。经专家鉴定此桥为Ⅴ类危桥,长沙市政府决定爆破拆除该桥。

大桥为钢筋混凝土双曲拱桥 (见图1),全长194 m,桥面宽 9.0 m,2个桥台,3个桥墩,4个桥跨。桥台、桥墩用浆砌块石砌成,其中,桥台高 2.7 m,宽11.5 m,厚 2.0 m;1#、3#桥墩高 11.3 m,宽 14.4 m,厚 3.3 m;2#桥墩高 10.9 m,宽 16.6 m,厚 5.7 m。上部结构为钢筋混凝土双曲拱结构,每跨 5根主拱肋,拱肋间距为 1.9 m,拱肋横截面为矩形,拱肋底宽 42 cm,高 40 cm,拱波厚 18～28 cm。桥墩上支撑隔墙为浆砌块石砌筑,墙宽 14.4 m,厚 1.24 m。

图1 桥梁结构示意(单位:m)

大桥周边环境较为复杂,南端东侧 10 m处有一幢民房,西侧 20 m处是新世纪砂场,西侧 216 m处为一加油站,北端东侧 12 m处为居民住宅,西侧 15 m处为一百货商店。大桥下游 40 m和上游 30 m处分别是与大桥平行的架空通信电缆和高压输电线路。桥梁周边环境如图2所示。

图2 周边环境示意

2 爆破方案确定

根据桥梁的结构特点、环境情况,确定采用药孔法控制爆破技术拆除桥梁:

(1)先爆破拆除桥梁上部结构及部分桥墩、桥台,爆破后用炮机拆除水中剩余桥墩;

(2)每个桥跨拱肋分别从两端拱脚处和中央拱顶处炸开一个长 3.0 m左右的贯通缺口,使上部结构在塌落和冲击地面过程中解体,为确保上部结构塌落彻底,对桥墩立墙实施爆破,使其塌落;

(3)同时在拱脚和桥墩间垂直钻孔爆破,使拱圈充分失稳,同时尽可能多的破坏些桥墩;

(4)为降低爆破震动并减小一次齐爆的药量,同时使桥梁解体破碎充分,确定采用半秒分段延期起爆方式,从南向北分段依次起爆。

3 爆破参数设计

3.1 第一腹拱拱肋爆破参数设计

(1)最小抵抗线:W=B/2=0.21 m(B为肋宽0.42 m);

(2)孔深:L=2/3H+h=2/3(0.42+0.28+0.55)=0.95 m;

(3)孔距:a=0.3 cm;

(4)每肋孔数:N=12个;第一腹拱孔数:N=12×5=60个;全桥第一腹拱孔数:12×5×4×2=480个;

(5)单孔药量:Q=kV=1200×0.3×0.4×1.1=158.4 g;考虑到拱肋的砼标号高达 30#,并要求砼结构彻底碎块,因此单位用药量应适当加大,取k=1200 g/m3;实际装药:两外侧拱肋炮孔取 160 g,分两层装药,上层 80 g,下层 80 g,中间拱肋炮孔取200 g,分两层装药,上层 100 g,下层 100 g,上下层装药间距为 35 cm;拱脚处拱肋总装药量:∑Q1=480 ×0.2=96 kg。

3.2 第二腹拱拱肋爆破参数设计

(1)最小抵抗线:W=B/2=0.21 m(B为肋宽0.42 m);

(2)孔深:L=2/3H=2/3×0.65=0.45 m;

(3)孔距:a=0.5 cm;

(4)每肋孔数:N=5个;第二腹拱肋孔数:N=5×5=25个;全桥第二腹拱装药总个数:5×5×4×2=200个;

(5)单孔药量:Q=kV=1.2×0.5×0.4×0.65=0.156 g;实际装药:两外侧拱肋炮孔取 0.12 kg;中间拱肋炮孔取 0.15 g;拱脚处拱肋总装药量:∑ Q2=200 ×0.15=30.0 kg。

3.3 拱顶处爆破参数设计

(1)孔深:L=0.7～1.0 m;

(2)孔距:a=0.3 m;

(3)每肋孔数:N=6个;每跨孔数:N=6×5=30个;全桥拱顶处拱肋孔数:N=6×5×4=120个;

(4)单孔装药量:Q=kV=0.12×0.3×0.4×(0.7～1.0)=0.1～0.15 kg,实际取 0.2 kg,分两层装药,下层 0.1 kg,上层 0.1 kg,上下层间距为 25 cm;拱顶处拱肋装药量:∑Q拱顶=120×0.2=24 kg。

3.4 桥台炮孔爆破参数设计

在爆破施工中,为了使拱肋和桥台彻底脱开,桥体坍塌更可靠,在拱肋和桥台的搭接处布置 3排水平孔。

孔深:L=1.5 m;孔距:a=0.6 m;排数:m=3排;孔数:N=(9.5/0.6-1)=15个;两个桥台孔数:N=45×2=90个;炸药单耗:K=1.5 g/m3;单孔药量:Q=0.6～0.8 kg;两个桥台药量:Q=90×0.8=72 kg。

3.5 桥墩炮孔爆破参数设计

在爆破施工中,为了使拱肋和桥圹彻底脱开,桥体坍塌更可靠,在拱肋和桥墩的搭接处布置 1排垂直孔。

孔深:L=2.5 m;孔距:a=1.0 m;排数:m=1～5排;孔数:N=10 ×2×2+15×5=115个;炸药单耗:K=0.4～0.6 kg/m3;单孔药量:Q=2.0 kg;3个桥墩装药量:Q=115×2.0=207 kg。

3.6 桥墩上立墙爆破参数

孔深:L=2/3δ=0.67 ×1.24=0.83 m;孔距:a=0.6 m;排距 :b=0.6 m;排数 :m=3排 ;孔数 :1#、3#立墙 N=15 ×3=45个 ,2#立墙 N=45 ×2=90个;全桥立墙总孔数:∑N立墙=180个;炸药单耗:K取0.4～0.6 kg/m3;单孔药量 :Q=0.178～0.268 kg,取0.3 kg;总装药量:∑ Q立墙=13.5+27.0+13.5=54 kg。

4 起爆网络设计

4.1 起爆方式

采用导爆管非电雷管起爆和电起爆相结合的起爆方式。每个炮孔用 1发导爆管非电雷管起爆;根据炮孔的分布情况,每 20个左右导爆管非电雷管为1个并联小组,每个并联小组反向连接 2发瞬发电雷管。最后将全部电雷管联接成串联网路。

4.2 区段划分及延时间隔

为了减小一次齐爆的药量,降低爆破震动速度峰值和桥梁塌落时的震动速度峰值,同时有利于桥梁的解体破碎,本工程采用分段延期起爆方案。共分 9个区段,每个桥墩和相应拱肋上的装药为 1个区段,拱顶桥面为 1个区段。按从南向北的顺序依次起爆。相邻区段的起爆时差为 500 ms,延期时间见表1。

表1 延期时间汇总

5 爆破安全与防护

本次爆破的安全对象主要为爆区附近建 (构)筑物。由于本次爆破的单孔装药量不大且有填塞,因此,主要考虑爆破飞石的防护和爆破震动校核,噪声和灰尘对周围建筑物和人员的危害较小,可以不考虑。

5.1 爆破飞石的防护

该桥体承重构件为拱形薄壁结构或小断面立柱,爆破飞石的飞散范围应较大,而且桥体周围较近区域有建筑物,飞石防护主要通过以下方法。

(1)加强覆盖防护,拱顶暴露部位用麻袋装上泥土压重;在上、下游两侧边拱肋吊挂多层麻袋、稻草防护帘,靠近两岸建筑物的部位重点防护,覆盖加倍,同时对堤上住户的门窗用竹夹板等进行被动防护。

(2)对架空高压线,在起爆前半小时至爆破结束采取临时停电措施。

5.2 爆破震动安全校核

爆破震动经验公式为:

式中:Q为齐发爆破为总药量,延时爆破为最大一段药量;R是爆破中心与被保护建筑物的距离,取被爆体与建筑物不同距离;K′、K、α根据不同结构、不同爆破方法及地质条件取值的有关系数或衰减指数,本工程中取 K′=0.25、K=70～135、α=1.5。

经计算爆破振动速度 V在 2 cm/s以下。小于国家安全标准要求,桥上爆破地震波只能通过桥墩和桥台传播,影响范围小,衰减快,对安全影响不大,因此爆破震动不会对周围建筑产生影响。

6 爆破效果及体会

爆破后,大桥由南向北依次塌落并解体破碎,桥墩横隔墙破碎充分无大块。拱肋落地后被拉直,多处断裂,拱波 (预制件)解体。桥面板从爆裂口和伸缩缝断开,块度较大,并有大量不规则裂隙。两岸桥台完好无损。爆破震动未对附近建筑物造成不良影响。爆破取得了预期的效果,总结本次爆破可得到下列启示:

(1)对于拱形桥体的爆破,原则上拱顶、拱脚爆破后形成铰链,由于拱波搭接在拱肋上影响破碎效果,施工中应增大炸药的单耗,但是在危桥拆除中应适当减小炸药单耗。

(2)若需减小桥面板的块度,可增加桥面的布孔,但这样将增加爆破材料消耗,增大成本。本次施工中,桥面厚度小,易人工和机械破碎,可以不用爆破拆除。

(3)飞石主要产生于两侧的拱肋炮孔爆破和桥面炮孔爆破,应加强防护。

[1] 戴振华,赵 靖,许广智,等.控制爆破在危桥拆除中的运用[J].爆破,2005,22(1):73-75.

[2] 曹 跃,庞端根,杨昌森,等.大型石拱桥坍塌爆破拆除 [J].爆破,2005,22(2):61-65.

[3] 于亚伦.工程爆破理论与技术 [M].北京:冶金工业出版社,2004.

[4] 谢顺龙,施祖新.钢筋砼双曲拱桥的控制爆破拆除[J].爆破,2001,(4):57-59.

[5] 刘殿中.工程爆破实用手册 [M].北京:冶金工业出版社,1999.

2011-06-26)

单志国 (1970-),男,从事爆破工程技术及管理工作。