水压爆破技术在潼南涪江大桥拆除施工中的应用

汪小艳，宋磊，张建仁

（1重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆400020；2陕西红旗民爆集团股份有限公司，陕西宝鸡721013；3晋西集团技术中心四所，山西太原030041）

水压爆破技术在潼南涪江大桥拆除施工中的应用

汪小艳1，宋磊2，张建仁3

（1重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆400020；2陕西红旗民爆集团股份有限公司，陕西宝鸡721013；3晋西集团技术中心四所，山西太原030041）

该文介绍了采用水压爆破技术爆破拆除装配式拱桥的一整套工艺技术。由于装配式拱桥在爆破拆除施工中存在空心拱圈、构件壁薄等困难，使得钻孔施工工程量大、施工困难。采用在构件中预先注水，然后再安装药包爆破的方法能使各钢筋混凝土构件在爆炸冲击波的作用下充分解体，从而达到快速拆除危旧桥梁的目的。

水压爆破；装配式拱桥；爆破拆除；混凝土；冲击波

0 前言

随着人们对安全和环保意识的日益增长，在桥梁爆破方面对飞石、粉尘污染等有害效应的控制要求越来越高。由于装配式拱桥的各个拱桥及构件都是空心有薄壁体，如采用一般的钻眼施工爆破，存在钻眼难度大，钻孔数量多，飞石及粉尘等有害效应不易控制等特点，针对以上特点，在装配式拱桥爆破拆除方面采用水压爆破可以利用不可压缩的特点将爆轰能量均衡分配，控制爆破飞石。同时水压爆破后形成水雾可以有效地控制爆破产生的粉尘噪声等有害效应[1]。

潼南涪江大桥位于嘉陵江右岸第一大支流涪江下游河段，北桥头左侧距居民楼60m，右侧80m外有厂房，均为钢混结构，岸边有餐饮渔船，南桥头下方有滨江路，车辆较少，左侧200m有高层楼房，右侧100m有未交房高层，南桥头桥下方地面有水管、埋深1m燃气管以及新桥钢围堰。大桥为混凝土箱型拱桥，总长573.87m，混凝土及钢筋混凝土共21000m3。桥面净宽9m+2×2.5m人行道，大桥桥跨布置为：4×60m+2×120m+40m的等截面悬链线钢筋混凝土无铰箱形拱，如图1。

1 工艺原理和特点

水压爆破是利用水的不可压缩性质，能量传播损失小。炸药爆炸瞬间水传播冲击波到容器壁使其位移，并产生反射作用形成二次加载，加剧容器壁的破坏，遂使容器均匀解体破碎。此法简便易行，效果良好[2]。

图1 待拆大桥周边环境示意图

“装配式拱桥水压爆破”技术正是针对这一情况，采用在拱桥各空心构件中先“注水”后用“炮泥”等材料回填堵塞的新技术，来变革拱桥爆破拆除技术的。它利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到拱桥构建各壁面中几乎无损失，十分有利于混凝土与钢筋破碎脱离。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于构件壁面混凝土进一步破碎，炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。

水压爆破应用在装配式拱桥拆除施工中具有施工速度快有效地减少薄壁钢筋混凝土构件钻孔工作量，易操作；爆轰压力均匀能使混凝土与钢筋笼充分脱离，混凝土块破碎均匀，易于回收钢筋施工；爆破过程中对爆破飞石、粉尘、噪音、冲击波等有害效应控制得当；能避免大量钻孔坏桥梁结构的稳定性，保障施工过程中施工人员、机具的安全等特点。

2 拆除方案及水压爆破参数

桥梁拆除爆破应遵循的原则是：根据其结构的受力情况结合环境条件采用失稳原理确定爆破拆除总体方案，根据结构及用料特征确定施工工艺。

大桥的桥拱均钢筋混凝土空箱薄壁结构，壁厚为10～18cm，结合其结构特点，采用水压爆破进行爆破拆除；桥面、拱上立柱和桥墩为实心结构，采用浅孔控制爆破。

2.1 桥面、拱上立柱、桥墩爆破参数的确定

桥面、拱上立柱、桥墩均钢筋混凝土结构，需要进行浅孔钻孔爆破拆除。

（1）钻孔直径（D）：采用手持式风动凿岩机进行钻孔，故钻孔直径为D=42mm。

（2）钻孔深度（L）：桥面、拱上立柱、桥墩厚B1，钻孔深度取其3/4，L1=27 B1。

（3）最小抵抗线：W1=B1/2。

（4）孔间距（a）：桥面、拱上立柱、桥墩部分：a1=0.9B1，桥墩部分：a2=0.6B1。

（5）孔排距：b=a。

（6）单孔装药量Q=qv(q为单位炸药消耗量桥面部分取3.0kg/m3，拱上立柱和桥墩部分取1.8kg/m3，v为体积)。

2.2 桥拱桁式构件爆破拆除方案

根据桥拱桁式构件的形状为长方形柱体，如图2所示，其内腔为长方体空腔，其壁厚10～18cm。实测混凝土的抗压强度为25MPa，抗拉强度为6.0MPa。根据实际条件，炸药放在方形空腔内，采用水压爆破。

图2 爆破模型示意图

药量设计考虑结构物形状尺寸，可按下列经验公式计算：

Q=（kbkckdδBL）

式中：Q为装药量，kg；kb为爆破方式系数，敞口爆破时，kb= 0.9～1.2，闭口爆破时，kb=0.7～1.0，取1.0；kc为结构物材质系数，对于钢筋混凝土，kc=0.5～1.0，取1.0；kd为结构调整系数，对于矩形截面，kd=0.85～1.00，取1.0；δ为结构物壁厚，m；B为结构物内径(圆形)或边长(矩形)，m；L为结构物的长度或高度，m。如表1。

表1 水压爆破药包药量计算表

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→测量布孔→搭设施工作业平台→钻孔施工→注水→装药→连线→起爆→水下清渣。

3.2 操作要点

3.2.1 测量布孔

在装配式拱桥水压爆破拆除中各构件开孔位置由设计方案确定，结合原始桥梁竣工资料和现场实际位置确定测量定位出各构件结构尺寸等技术参数，然后计算设计出最佳的钻孔装药位置，并用油漆等材料标记清楚。

3.2.2 搭设施工作业平台

拱桥拱圈都是以一定弧度安装在两端拱座之上，且拱圈上有许多倾斜构件连接桥面将桥面荷载传递到拱圈之上，要成功拆除这类装配式拱桥必须在这些倾斜构件及拱圈上钻孔施工。

3.2.3 周边建筑防护施工

根据被拆除桥梁两端建筑物分布情况，在建构筑物前搭设独立脚手架，脚手架的高度由拆除桥梁与被保护建构筑物的相对高度以及所承受荷载和爆破冲击波计算确定。

3.2.4 钻孔施工

拱桥各构件箱体钻孔的大小由设计药包的直径大小、注水管路、钻孔设备的型号等因素综合确定，施工中的具体要求有如下几点：

图3 箱体药包布置图

（1）确保施工现场电通、水通，在钻孔过程中冷却水具有对切割设备本身进行降温及避免扬尘的作用；

（2）在钻孔区域周围砌筑排水设施，有序组织排水，防止施工用水污染周围环境；

（3）依据设计方案图纸及现场实地勘测，工程技术人员将水钻钻孔施工图分发给现场施工人员，并在各施工构件上准确绘制出钻孔的位置并加以保护；

（4）根据钻孔孔位选择合理的位置，用膨胀螺栓紧固设备底座的方法固定水钻设备，并将水钻供电线路、供水管安装到位；

（5）水钻钻孔施工过程中，根据现场实际情况（特别是钻凿到钢筋和混凝土不同介质时）及时调整钻头压力，以防卡钻；

（6）对于墩柱、竖杆等竖向长度较长的杆件宜采用地质钻孔的方式施工，将竖向杆件的每一个箱体都打通，最后将加工完成的套管插入竖向杆件内，以便各箱体注水后能准确地将药包安装在预定位置。

3.2.5 安装注水系统进行注水

水压爆破拆除的桥梁大多是年久失修或已经成为危桥，其承载能力已不能满足原设计荷载。因此，在施工过程中须避免各箱体注水量还未达到桥梁的承载能力时发生垮塌，所以盛水装药前进行注水实验是十分必要的，通过注水实验还可以检验桥梁各个箱体是否漏水。

3.2.6 药包安装与网路连接

（1）准确计算出各构件箱体水压爆破药包的药量，并加工成近似球形药包，用竹板等材料辅助将药包准确安装到各箱体的中心位置（箱体药包布置如图3所示）。

（2）起爆网路采用两套非电网路起爆。一路采用塑料导爆管雷管分区起爆；另一路采用导爆索起爆，每个分区再用延时导爆管延时起爆。

（3）使用木塞等材料将装药连线后的各箱体注满水后封堵。

（4）分别使用熟料导爆管和导爆索将两套独立的起爆系统联网到总的起爆系统，最后使用电爆网路起爆。

3.3 监测技术与分析

为确保大桥爆破施工安全的关键是桥梁关键部位的变形监测，主要是在各构件箱体注水过程中桥梁各承重部位的变形值，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。主要的监测内容参见表2。

表2 监测项目汇总表

4 质量、安全控制措施

4.1 工程质量控制要求

水压爆破中各构件箱体的钻孔位置必须开凿在各箱体的几何中心位置，然后在箱体中的注水高度必须保持在3/4容积以上，以保证炸药爆炸的冲击波能通过水的传播均匀的作用在箱体上，最后炸药包必须加工成近视球状药包，且保证安装在箱体的几何中心位置[3]。

4.2 质量保证措施

首先在实施钻孔前必须将实物与原设计图纸对照，用测量工具准确标记出箱体钻孔面几何中心，其次在各构件钻孔完成后将炸药包固定绑扎在竹片上，并以下套管的方式将炸药包固定在各构件箱体的几何中心位置，避免注水、连线等后续工作影响炸药包的安装位置，最后各箱体在注水前进行注水实验，发现有渗漏水的构件及时采用堵漏材料封堵渗漏水，对于无法堵漏的构件采用注水后持续注水的方式，保证箱体中水压爆破的盛水高度，如图4。

4.3 安全措施

图4 拱圈封堵渗水

在大桥施工前必须在施工部位搭设安全作业平台，以便安装施工机具和作业人员进出，并在大桥的临空面安装安全防护网。对大桥两侧被保护建（构）筑物采用搭设独立双排脚手架，面向大桥侧满挂竹跳板预防飞石，被保护建（构）筑物前满挂彩条布预防粉尘的方式进行防护。在爆破前将两侧居民撤离至安全地点，并将建（构）筑物的门窗打开，以防爆炸冲击波对门窗造成损坏。在大桥爆破部位的外侧采用满挂竹笆、竹跳板等材料进行主动防护[4]，如图5。

图5 安全防护

5 结语

采用水压爆破技术爆破拆除装配式拱桥，避免了塔吊、架桥机等大型设备的使用，节约了各种大型设备的租赁、进出场及安装费用，施工产生的振动、噪音、粉尘等有害效应得到了最大限度的降低，避免了拆除过程中危桥对施工机械及施工人员的安全造成影响。

由于采用的是水压爆破技术拆除桥梁，爆破压力通过水均匀的作用在钢筋混凝土的箱体上，能够使混凝土与钢筋骨架很好的脱离，爆后大大的节约水下清渣的费用和提高了钢筋的回收率，取得了良好的经济效益。

[1]付宏伟.水压爆破应力波传播及破煤岩机制研究[D].重庆：重庆大学，2015.

[2]汪旭光，于亚伦.拆除爆破理论与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2008：132-133.

[3]顾毅成，史雅语，金骥良.工程爆破安全[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2009：301-302.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB6722-2014爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2014.

责任编辑：孙苏,李红

生态城市

重庆海绵城市建设顺利推进

“海绵城市”是以海绵比喻城市的雨涝调蓄能力，它是“生态治水”的新方式，突破了“以排为主”的传统雨水管理理念，有助于防止城市内涝。重庆市2015年在两江新区启动海绵城市国家级试点以来，截至去年底，悦来新城已完成投资18亿元，完工3.5万平方米；万州、秀山、璧山3个市级试点建设也全面启动。

（摘自：《重庆日报》）

Application of Water Pressure Blasting Technology in Fujiang Bridge of Tongnan

This paper introduces the full technological flow of water pressure blasting to demolish fabricated arch bridges.The difficulties like hollow arch and thin-walled components existing in the blasting demolition construction of fabricated arch bridges make the drilling construction hard and time-consuming.The blasting method of"pre-pouring water into components and then placing explosive packages"can make the reinforced concrete components fully disentangled influenced by the shock wave,thus,fast demolishing dangerous or old bridges.

water pressure blasting;fabricated arch bridge;blasting demolition;concrete;shock wave

U445.6

A

1671-9107（2017）03-0055-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.055

2017-01-04

汪小艳（1985-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事工程爆破与施工管理工作。