广西河池市拔贡电站薄壁拦水坝及公路桥爆破方案选择

2015-10-21 19:41邹言明

建筑工程技术与设计 2015年5期

邹言明

【摘要】水电站拦水坝一般为实体结构，施工及爆破方法简便易行。薄壁结构拦水坝则给施工和爆破网路等带来较大的技术难度。本案例中，通过采用浅孔微差爆破方法，一次性成功爆破拆除拦水坝，完好控制爆破振动。正确采取了薄壁拦水坝和桥梁拆除相关爆破技术的施工方案。

【关键词】：薄壁拦水坝；公路桥，爆破方案

一、工程概况

广西河池市拔贡电站位于金城江市拔贡镇，与镇距离约2公里。电站建于上个世纪70年代，决定对其进行拆除并在其下游200m处重建，新电站的建设需要拆除原有老电站的拦水坝和拔贡河大桥。

老电站拦水坝体总长107m，外观看由非封闭区和封闭区两部分组成。非封闭部分为钢筋混凝土板形结构坝体，由10条横隔墙支撑，每条横墙直通坝顶。在标高220.5 m处，横墙厚0.8m，长25 m，到顶高3至10m；横墙上游是挡水板，其厚度为0.9m～0.6m。横墙上面是顶板即溢流面板，溢流面板钢筋混凝土厚0.6m～0.9m，其顶面标高为230m，坝顶至水面（标高217m左右）高差约13m。横墙与挡水板和顶板的连接处有牛腿，断面尺寸为1.3×1.8m，长约35 m。横墙下游有挑流坎，外立面尺寸为54mx 4m。封闭区部分与非封闭区结构大致相似，只是左岸1#-4#墩间和下游面有些区别。现决定拆除标高220.5m以上非封闭区这一段拦水坝。拦水坝环境下图1所示，内部结构如图2所示。

拔贡大桥是一座上承式三跨曲拱桥，总长93m，宽度5m。大桥从右岸往左岸，每跨拱桥跨度分别为30m，32m，31m桥。桥面至现水面高约17米，其中桥墩高10m，拱高7m。桥体为钢筋混凝土双曲拱桥，拱圈由拱肋和拱波组成，拱肋4条，截面为0.2×0.8m，间距1.2m；拱波为砌块，宽0.55m，厚0.2m；肋间有系梁相互连接加固，系梁截面0.2×0.2m。桥面结构与拱圈间由横隔墙支撑，墙体截面为5×0.8m，高度2～7m，桥面为预制构件，面层有一8～10cm的钢筋混凝土表层。桥墩、桥台为浆砌片石结构，桥墩承台为钢筋混凝土。大桥环境下图3所示：

大桥为西南走向，大桥右岸与厂房距离约10m，与在建电站距离约117m。其他方向均为山体。大坝也为西南走向，右岸与厂房距离约11m，与待拆大桥距离83m，与新建大坝距离200m，其它方向均为山体或水库。

大桥所处的水域深度4～6m。拦水坝下游所处水域水深4～8m。设计标高220.5m，即要求爆破摊平构筑物至标高220.5m或以下，坝体下游一侧现有水面标高约217m。项目要求的施工顺序是，先拆除拦水坝，后拆除拔贡大桥。拆除爆破要求不能造成电站两边的山体塌方，不能对厂房造成结构性损坏。

由于桥、坝的始建年代久远，布筋结构不是非常详细，但根据以往爆破桥体经验，爆破一般按加密钢混结构计算药量。

二、爆破方案选择

根据现场地形及构筑物的结构特点和业主要求，拦水坝和大桥分别采用以下爆破方案进行爆破拆除。

2.1 拦水坝爆破拆除方案

2.1.1 拦水坝施工特点

拦水坝爆破拆除有如下特点和难点：

a、由于坝体为板壳结构，爆破最小抵抗线小，只能采用密集打眼，单孔少装药的爆破方法，这样需要打的炮眼数量将非常庞大。

b、坝体内大量的钻眼将对其结构安全产生无法估量的影响，毕竟该坝从修建到现在已有40多年，所以在电站边蓄水发电边钻眼施工时，将对工人和设备的安全造成威胁，严重时会造成溃坝情况。

c、坝体内为半封闭空间，没有空气对流，水钻由于天气太冷无法作业，只能采用干式钻。这样，钻眼时产生的大量粉尘无法自然排走，不仅影响工人的身体健康，也影响工作视线，导致效率下降。

d、支撑挡水板的竖墙顶面高程为230m，至人行道有10米高差，相当于三层多楼高，对该墙和牛腿都只能沿墙面水平进行钻眼施工，必需搭钢管脚手架平台上来才能施工，同时坝体内空间狭小，给钢管的搬运和搭设带来很多困难。这样将消耗大量的人力和物力，大大延长了施工時间，增加了劳动强度，减缓了钻孔速度。

e、坝体为钢筋混凝土结构，复杂的配筋给钻孔带来很大麻烦，会经常出现钻到一半却因遇到钢筋钻不进去而废孔现象，降低了成孔率，增加工人的工作量，还容易打击工人的积极性。

f、施工期间刚好跨过春节，考虑大坝安全运行和正常供电，春节前不能对大坝实施太多的钻眼施工和预处理，以避免对大坝结构产生损坏。给节后留下了较大的工程量，而业主要求在2013年3月5日前完成施工，因而工期安排非常紧张，也给施工带来很大困难。

g、钻眼是在坝体内9个宽约5.2米，长约25米的半封闭式空间内施工，场地狭小，人员设备腾挪不便，大量增加人员和设备方式用不上，效率低下。又加坝顶是弧形的，上下落差9米多，需搭架才能施工。

h、河道两岸悬崖峭壁，施工人员的出入工作非常困难；还要防止山上滚石和两岸塌方。

I、大坝高度低，强度大，爆破后下塌的高度平均为5米，自然破碎能力十分有限。且板壳爆破后很多钢筋会支撑在原位，难以塌落，必须要二次清除才能到设计标高。

J、爆破所处位置山体陡峭，易于产生山体滑坡；厂房、桥梁等设施较近；爆破药量大，必须严格控制爆破单响药量，防止爆破振动造成对山体滑坡和建筑、设备设施的损坏。这样，同时对爆破网路连接技术要求高，工作量大。

2.1.2爆破拆除方案的确定

通过以上分析，提出以下拆除方案：1）方案一：大坝全部布眼装药，一次爆破完成，辅以人工切割处理。2）方案二：采用爆破与机械相结合的方法进行施工，分跨次爆破和辅以机械清理。总的原则是：爆破要求多打眼，少装药，混凝土充分破碎。爆后如有部分塌落物或钢筋砼块处于标高220.5m以上时，采用机械破碎锤破碎摊平至220.5m高程以下。3）方案三：首先爆破、切割坝体顶板，然后钻竖直孔爆破处理坝体内的牛腿和横隔墙。三个方案的优缺点如下：

2.1.2.1 方案一优缺点分析

优点是爆破次数少，避免爆炸物品的多次运输和爆破组织。缺点是：1）一次爆破药量大，爆破网路复杂，技术要求高，实施难度大；2）爆破振动对周边的建筑、设施、地质结构等构成较大威胁，安全系数较低；2）爆破后大量钢筋或混凝土可能高于设计标高，有的甚至高出10m，而机械无法到达河中施工（如填土则不但工作量大增，且耗时较长），爆破后的人工清理则需要至少1个月时间，且受到高处物体随时落下的威胁。

2.1.2.2 方案二优缺点分析

优点是：1）每次爆破药量较小，爆破网路较简单，可操作性很强；2）爆破振动较小，对周边的建筑、设施、地质结构不会构成较大威胁，安全系数较高；3）可根据坝体情况采用灵活的布孔方式，减少钻爆工作量；4）爆破后，机械处理安全、快捷，从爆破到完成拆除10至12天即可完成，能保证在业主要求的期限内完成施工。

2.1.2.3 方案三优缺点分析

优点是爆破处理简单，不用搭设脚手架。缺点是顶板拆除后，施工人员上横隔墙和挡水板难度大，影响施工，效率低。爆破后至少45天方可把所有挡水板和横隔墙拆除处理至标高220.5m处，这期间水库不能蓄水。

通过以上三个方案优缺点的分析，认为：方案一工作量大，安全性较低，但可通过细致的施工组织和严格的爆破网路设计，达到控制爆破振动和爆破拆除至设计标高，技术要求很高。方案三则不能按时完成施工任务。方案二虽然较可靠，减少了一定的钻爆工作量，但设备在弧形拱面施工易于滑脱，不易掌握，一旦不能实施，影响当地群众饮水和生产，将造成社会问题。故选择方案一作为本工程的施工方案。

2.1.3爆破拆除具体方案

爆破拆除具体方案如下：

（1）在旧坝下游从开始左岸修建一条顶宽约6m，长约140m的临时便道，填土石方约14000方，通往大坝供施工机械、材料搬运和人员出入。

（2）在板式坝体内部搭设钢管架，钢管架从标高220.5m处的加筋梁处开始搭设，一直架设到流水板。钢管架通道上铺满竹跳板，以供施工人员进行钻爆施工。同时在左岸搭设一条通往坝体顶部的钢管架通道，方便人员上下出入和施工。脚手架是钻眼装药等施工的唯一通道，为防备一些特殊情况出现，在引爆成功前不能拆除；又加施工时间紧，如果再拆缷则时间上也等不及，所以，不考虑爆破前再拆缷回收。

（3）钻眼施工时从安全方面考虑，坝体上游水位高必须不能超过施工面标高3m，如超过则要通过发电或下闸放水处理，以减小上游水对大坝的压力，保证施工安全，防止出现因钻眼施工破坏了坝体部分结构而产生溃坝情况发生。

（4）钻眼施工时用电量较大，为保证能加班赶工，在自备柴油机应急的预案下，主要采用依靠电站或附近电源供电方案，施工电源直接到坝体上。

（5）钻眼施工分两组进行，一组在坝体内钻眼；另一组在坝顶上钻眼。所有的钢筋混凝土墙体、梁等均钻满炮眼。

（6）采用微差爆破法，对拦水坝采用一次爆破拆除法。

2.2拔贡大桥拆除方案

2.2.1 工程特点及方案选择

双曲拱桥的受力特点是：上部荷载通过立柱（横隔墙）传送给拱圈，在拱圈上产生与拱轴线相重合的轴向力，荷载通过拱圈传递给桥台或桥墩。拱圈是一种受压结构，桥墩由于受双向压力制约而保持平衡。通过对拱桥结构受力分析可知，只要破坏桥体的关键受力点，就可以使桥体失去平衡，造成结构失稳。但是，落到河道的桥体塌落物不能高于高程220.5m。

根据此情况，为避免产生在深水位置破碎、摊平爆破塌落物的情况，分析了两套施工方案。方案一是首先拆除所有桥面结构，然后对拱圈和桥墩一次全部爆破。方案二是在拱圈、拱顶关键部位和橋墩布置炮眼爆破，使大桥在重力作用下坍塌至设计标高以下。

方案1工作量大、工期长、费用大，可以保证桥体完全处理至设计标高以下。方案2的优点是工作量少、工期短、费用低，能保证处理至设计标高以下。

根据上述分析，决定采用方案二进行施工。

2.2.2爆破拆除具体方案

爆破拆除具体方案如下：

在大桥拱圈拱脚、拱顶和桥墩布置药包，采用粉碎性爆破，使桥体在重力作用下塌落、破碎。从而达到爆破塌落物不高于设计标高的目的[1]。具体施工方法是：

a.首先采用小规模爆破和风镐破碎相结合的方法预先拆除大桥桥墩上方、两拱间的桥面结构和横墙。

b.对拱圈的拱脚、拱顶部位打密集炮眼。为保证降低塌落物高度，布眼长度不小于2m。

c.在中间桥墩上部打垂直炮眼。

d.采用毫秒微差爆破，拱顶首先起爆，然后拱脚和桥墩同时起爆。

三.结束语

要想做好工程的爆破拆除工作，在选择爆破方案的问题上也是非常关键的，必须分析好每个方案的优缺点，进行多加比较后，才能采取最合适的爆破方案，为人力、物力、财力以及时间和安全上也得到了相应的保障。望在今后的爆破拆除工作中都能择优选取最佳方案。