控制爆破技术在清河水库溢洪道闸墩拆除中的应用

刘宏强

(中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 咸阳 712000)

1 工程概况

清河水库除险加固工程位于辽宁省铁岭市清河区，是辽河流域的重要水利枢纽工程之一。该工程溢洪道控制段为6×10m开敞式不规则实用堰，溢流堰净宽60m，堰顶高程126.00m，堰高2.00m；共5个混凝土中墩和2个边墩，墩顶高程140.60m，中墩长27m，宽2.5m，边墩长30m，顶宽1.5m，底宽3.1m，为重力式挡土墙结构。该工程上世纪60年代建成，经过50多年运用，闸墩混凝土存在横向贯缝和剥蚀。本次加固设计自堰体以上拆除5个中墩，自127.00m高程以上拆除边墩，溢流堰拆除400mm厚表层混凝土，下部堰体保留。闸墩拆除高度最大16.6m，最小13.6m，拆除混凝土方量5800m3。

2 拆除方案

溢洪道在汛期担任调洪任务，汛末进行拆除与新建施工，次年汛前闸门安装完成具备正常工作条件，按计划拆除施工只有45天时间，时间紧，任务重，墩体巨大，用机械拆除困难，故选择控制爆破拆除。方案为：①中墩拆除采用在闸墩顶部钻孔、水平预裂、底部预留保护层的方式爆破拆除；②边墩采用水平预裂爆破技术一次拆除；③拆除前将预留部分与拆除部分混凝土总的钢筋网切断，保证保留部位混凝土中的钢筋不被破坏；④先选择右边墩和相邻一个中墩进行生产性爆破试验，以检验爆破参数，然后根据修正后的爆破参数爆破其他5个闸墩；⑤为了确保保留混凝土和周围建筑物不受爆破震动波影响、损伤，爆破过程中进行爆破振动监测。

表1 边墩预裂爆破参数表

表2 中墩预裂爆破参数表

3 生产性爆破试验

3.1 边墩爆破设计

3.1.1 边墩爆破条件与方案

边墩为重力式挡土墙结构，拆除高度13.6m，顶宽1.5m，底宽3.1m，背坡坡比1∶0.2，混凝土标号C20。控制爆破方案采用密孔、小药量、预裂爆破，即在拆除线（127.00m高程）钻设一排水平预裂孔，拆除线以上8m高度范围布置水平、密孔、小药量爆破孔，顶部5.6m高度墩体厚度1.5m，依靠底部爆破震动倾塌。爆破前用氧气焊沿预裂面切断钢筋，保证保留部位钢筋不被破坏。

3.1.2 爆破参数

（1）预裂爆破设计

孔径：在127.00m高程布置水平预裂孔、减振孔，预裂孔与减振孔间隔布置。YT28手风钻钻孔孔径42mm。

孔距：预裂孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。考虑减振孔不装药取小值，为了方便施工测量孔距定为300mm。

孔深：预裂孔位置闸墩宽度3.1m，孔底保留300mm厚保护层，预裂孔孔深2.8m，减振孔穿透闸墩。

不耦合系数：炮孔直径与药卷直径的比值建议取2～4，坚硬岩石取小值。炸药选用乳化炸药Φ20mm药卷，不耦合系数为2.1。

线装药密度:一般取250 g/m～400g/m，结合孔距等条件取300g/m，每孔装药840g。根据闸墩体型，不考虑孔底夹制作用，不增加孔底装药。

装药结构：将药卷和导爆索均匀绑扎在竹片上，药卷间隔距离40mm，孔口用黄泥堵塞300mm。装药时将竹片贴住保留混凝土侧，可以起到减振缓冲作用。

（2）爆破孔参数

从127.00m高程往上至135.00m高程，每400mm高差用YT28手风钻钻设一排水平爆破孔，共计20排孔，孔距400mm，梅花形布置，孔深根据每排孔的闸墩厚度确定，顶排孔深1.2m，底排孔深2.8m，孔底保留300mm厚保护层，孔口堵塞400mm。炸药选用乳化炸药Φ32mm药卷，炸药单耗选取0.45kg/m3，单孔药量为86g～202g。

3.2 中墩爆破设计

3.2.1 中墩爆破条件与方案

中墩拆除高度为14.6m～16.6m，底部拆除面与堰面形状相同，为曲线形状。中墩采用预留保护层（1000mm）、水平预裂、垂直爆破的方法拆除，保护层分二次开挖，第一次浅孔爆破拆除600mm，第二层人工配合风镐撬挖400mm。

3.2.2 爆破参数

（1）预裂爆破设计

孔径：在拆除高程布置水平预裂孔减振孔，孔径及布置同边墩。

孔距：同边墩。

孔深：中墩宽2.5m，孔底保留300mm厚保护层，孔深2.2m，减振孔穿透闸墩。

不耦合系数：同边墩。

线装药密度:同边墩，取300g/m，每孔装药660g。

装药结构：同边墩。

（2）爆破孔参数

在闸墩轴线位置用100B钻机钻设一排垂直爆破孔，孔径Φ90mm，孔距1250mm，孔底距预裂面500mm，孔底500mm填充柔性垫层（锯末、木块等），封堵长度3000mm，钻孔深度13.1m～15.1m。选用Φ50mm药卷直径的乳化炸药，每孔装药量按公式：

式中，q——单孔装药量，g/孔；

K——单位用药量，g/m3，取450g/m3；

B——爆破体宽度或厚度，m；

a——炮孔间距，m；

H——爆破体高度，m；

经计算，单孔药量为18.4kg～21.2kg。

3.3 爆破网络

从安全角度考虑，同时为了便于控制单响药量，用非电毫秒微差导爆管起爆网络，孔内高段位，排间低段位，边墩和中墩之间用MS5段导爆管连接。爆破孔内装MS15段导爆管，排间接力用MS3段导爆管，每排的孔间接力用MS2段导爆管，边墩爆破孔起爆顺序由高向低按排依次起爆，单响最大药量控制在300kg以内。

3.4 爆破振动监测

爆破地震测试仪器采用加拿大Instantel公司生产的Minimate Plus爆破地震监测系统，系统由爆破地震测试仪主机和两个三向（垂直、径向和横向）标准爆破地震速度传感器组成。

本工程爆破地震测试的目的是监测爆破地震对溢洪道控制段上游导流墙、下游泄槽混凝土边墙和溢流堰面混凝土的影响程度，以检验爆破方法、爆破参数是否合适。根据爆破地震测试的目的和对需要重点保护对象的位置分析，爆破振动测试方案为：

（1）测定控制段上游导流墙上的爆破振动参数，监测爆破地震对导流墙的振动影响，在与边墩同侧的右岸上游导流墙顶部布置2个爆破地震测试点。

（2）测定控制段下游泄槽混凝土边墙上的爆破振动参数，监测爆破地震对泄槽混凝土边墙的振动影响，在与边墩同侧的右岸下游泄槽混凝土边墙上布置2个爆破地震测试点。

（3）测定溢流堰堰面混凝土的爆破振动参数，监测爆破地震对堰面混凝土的振动影响，在下游溢流堰堰面上布置2个爆破地震测试点。

3.5 爆破试验效果

（1）爆破达到拆除方案预期效果，边墩顶部混凝土依靠下部爆破振动完全倒塌。

（2）爆破对与边墩接触的上下游边墙紧邻混凝土有轻度破坏。

（3）爆破后的混凝土块度满足装车运输，炸药单耗、孔距等爆破设计参数合适。

（4）混凝土渣清理结束后，预裂爆破效果理想，整个预裂面平整，减振孔起到了预裂导向作用，半孔率达92%，半孔无明显裂痕。

（5）根据爆破振动监测结果，全部测试结果小于爆破安全允许值（设计要求质点振动速度小于5cm/s），但有2个点最大值接近爆破设计限制。

4 减振措施

根据爆破试验效果，爆破参数合适，完全能满足本工程的闸墩拆除要求，主要是对爆破振动的控制。结合爆破试验和以往施工经验，在后面5个闸墩的爆破拆除施工中完善加强减振措施，监测数据满足设计要求，爆破拆除效果非常好。

（1）爆破试验时右边墩爆破对与边墩接触的上下游边墙紧邻混凝土有轻度破坏，在左边墩爆破施工时，在边墩侧设计了一排预裂孔，爆破时边墩与边墙分离不再产生破坏。

（2）控制单响药量。爆破试验有2个点振动值接近爆破设计限制，在其他闸墩的爆破施工中严格分段延时起爆，将单响最大药量降低控制在200kg以内，从而降低爆破冲击波和质点振动速度。

（3）钻设减振孔。减振孔既可起到减振作用，又可作为预裂孔（切割孔）的诱导孔，确保预裂爆破效果。

（4）设置柔性垫层。在中墩爆破孔孔底500mm长度内填充柔性材料时严格执行，消减爆破冲击波对孔底混凝土的冲击力，从而达到保护保留部分混凝土的目的。

（5）设置保护层。中墩混凝土爆破拆除时底部预留1000mm厚保护层，加上500mm的柔性垫层等保护措施，有效降低了对保留混凝土的影响。

（6）装药结构采用不耦合间隔装药结构和Φ20mm小直径预裂药卷，增大不耦合系数，消减爆破冲击波对混凝土的冲击力峰值，减小破裂区范围，减弱爆破对基础混凝土的破坏作用。

（7）采用微差起爆方式。起爆延时差比较合理，减小最大振幅和质点振动速度，控制质点振动速度在设计允许值5cm/s范围内。

（8）堰面混凝土回填保护层。为避免爆破后的混凝土块对堰面的破坏（重力冲击），爆破前在堰面先覆盖一层100mm厚草垫，然后回填1000mm厚砂砾料，确保堰面混凝土不被砸坏。

5 结语

清河水库溢洪道闸墩混凝土控制爆破拆除任务提前完成，保留混凝土完好无破坏，拆除面平整，达到预期目的。方案中的生产线爆破试验、爆破振动测试以及减震措施等都是成功的关键，施工时结合爆破施工特点提前在汛期进行钻孔作业，为后续施工节省了大量时间。施工证明拆除方案是成功的，为类似工程施工提供了借鉴及经验，适合除险加固等工期紧、工程量大的工程施工，值得应用推广。陕西水利