静态爆破技术在四女寺枢纽北进洪闸除险加固工程中的应用

刘恩杰，魏玉涛

（四女寺枢纽北进洪闸除险加固工程建设管理局，山东 德州 253009）

1 工程概述

四女寺枢纽位于山东省德州市德城区、武城县和河北省故城县的两省三县（区）交界处，是漳卫河流域重要的防洪控制枢纽。该枢纽主要建筑物为南进洪闸、北进洪闸、节制闸和船闸。北进洪闸设计流量为2 000 m3/s，共12孔，每孔净宽10 m，总净宽120 m。其中，中间8孔采用反拱底板，两侧采用二孔一联整体式底板，反拱底板与整体式底板间用缝墩分开。闸底板、闸墩顶高程分别为15.27、27.77 m（黄海56高程）。本次除险加固主要建设内容为中8 孔一联反拱底板段闸室及上部结构拆除重建和边4孔闸室维修加固等。

2 静态爆破原理和相关技术参数

2.1 静态爆破原理

静态爆破的核心是无声破碎剂的应用，无声破碎剂（即HSCA）是一种具有高膨胀性能的粉状无机材料，经回转窑煅烧，以氧化钙为主体，加入适量外加剂共同粉磨制成。其工作原理是利用装在钻孔中的氧化钙及化合物加水后发生水化反应，产生体积膨胀，从而缓慢地将膨胀压力施加给孔壁，并逐渐增大，最终在安静的状态下使岩石、混凝土构筑物等坚硬的物体破碎。它可广泛应用于工程施工过程中不允许使用常规炸药的特殊条件下，达到安全将岩石挖除和混凝土构筑物拆除的目的，是一种目前国内外流行的施工工艺[1-4]。

2.2 相关技术参数

HSCA水化反应速度快，膨胀压力大。根据温度条件，HSCA分4个型号，各型号膨胀压力详见表1。

表1 无声破碎剂类型及应用气温范围

混凝土的破碎根据被破碎物体的抗拉强度和截面尺寸等因素设计孔径、孔距、孔深。一般孔径d 30～50 mm，孔距150～300 mm，孔深0.8～1.05 m，最小抵抗线150～250 mm。无声破碎剂工程应用的技术参数，详见表2。

3 拆除方案设计

由于本次除险加固是对中间8 孔进行拆除重建和对边4孔进行维修加固，中8孔反拱底板与边4孔整体式底板间分别用2 个缝墩分开，每个缝墩厚1.20 m、高12.5 m，两缝墩间距5 cm，如何保证安全地拆除反拱底板上的缝墩同时保证另一个缝墩的安全，从而保证边4 孔闸室的安全是拆除重建工程的重点和难点。

表2 孔径、孔距、孔深、使用量参数

中墩、机架桥、交通桥等部位钢筋混凝土拆除采用振动液压锤与钢筋混凝土切割施工相结合的施工方法，为了减少拆除对边4孔闸室的影响，设计要求对中8孔两端缝墩钢筋混凝土拆除尽量采用人工拆除，同时要对保留的边4孔的闸墩增加保护措施，并在闸墩和底板上埋设沉降观测点。

北进洪闸除险加固工程拆除、重建整个过程必须在主汛期后和次年主汛期前完成，工期紧、任务重，单纯使用人工拆除效率低，工程进度无法满足工期要求。为了提高拆除效率，又要保证拆除安全，计划采用静态爆破与人工拆除相结合的方法。在缝墩静态爆破拆除前，先在7号墩进行静态爆破试验。

4 静态爆破试验

根据工程现场实际情况，爆破分层进行，分层厚度为1.0 m，拆除前先将缝墩施工分层处竖向钢筋切断，然后在缝墩裸露侧面布设水平静态爆破炮孔。爆破预裂后的部位采用人工及时拆除清理，尽量减少拆除对保留缝墩的影响。拆除过程中暴露出的钢筋及时割除，拆除废料及时清除以保证充足的施工作业场地。

4.1 试验准备

安排充足的人员检查无声破碎剂包装是否破损，确定洁净拌合水、水桶、拌合盒、水瓢、搅拌棍、防护镜、橡胶手套、备用洁净水和毛巾等材料物品。确定钻孔位置并标识准确，边墩的拆除是在9月，该地区9 月昼夜温差大，历史平均最高气温27℃，平均最低气温17℃。闸墩混凝土温度比气温略高，根据进度要求和厂家说明书，选用HSCA-Ⅰ型高效无声破碎剂。

4.2 布眼及钻孔

根据施工经验，利用闸墩裸露面作为临空面，闸墩顶部混凝土厚度为1 200 mm，水平方向孔距为300 mm，竖直方向间距为1 000 mm，孔深1 050 mm，横向、纵向布孔逐排作业。钻孔前先将钢筋保护层去掉，混凝土剔除深度10 cm，露出钢筋后用乙炔气切断竖向钢筋、箍筋或分布筋，解除竖向钢筋、箍筋或分布筋的约束。采用42 mm钻头，距闸墩顶1 000 mm处横向水平布孔，钻孔俯角4°。孔内余水、余渣用高压风吹干净。

4.3 搅拌

由于工程特性限制钻孔均为水平孔，水平孔的水灰比为0.20～0.23。用电动搅拌器将HSCA 和水搅拌成均匀的浆体，无结块。一次搅拌数量不宜过多，搅拌后的HSCA 浆体要立即灌孔，不得延误，否则流动性及破碎效果都将受到影响。

4.4 填充

填孔之前必须将孔清理干净，将HSCA 浆液灌入孔中，人工用木棍捣压密实、排气。孔口预留5 cm用黄泥封堵，保证水分及无声破碎剂不流出。

4.5 试验结果

第一排孔充填无声破碎剂48 h 后，钢筋混凝土无明显裂纹。经过对试验过程进行复盘分析，发现无声破碎剂没有达到预期效果主要是由两方面因素造成的：一是在破碎剂充填后当晚有一次明显的降温过程，温度是影响混凝土开裂时间长短变化的最敏感因素，温度下降延缓了开裂时间，影响了破碎剂效果；二是布眼间距和排距偏大，造成了混凝土无法开裂。

4.6 修正试验参数

根据第一次试验结果，对试验方案改进后进行了第二次静态爆破试验。第二次试验选择HSCA-Ⅱ型无声破碎剂（适用温度为10～30℃），布眼的排距调整为500 mm，孔距调整为250 mm，其余参数不变；在浆液充填8 h 内，钢筋混凝土产生了明显的开裂，达到了预裂的目的。

5 静态爆破施工效果

按照修正后的试验参数对边缝墩进行了静态爆破，钢筋混凝土开裂后，人工用风镐和气割等工具对钢筋剥离和混凝土二次破碎，渣体利用自卸汽车运至垃圾处理厂。为防止对闸底板破坏，预留500 mm为扰动层，进行人工拆除。通过对闸墩和底板上埋设沉降观测点的观测，边4 孔闸墩在拆除过程中没有产生明显的沉降现象，中8 孔两端缝墩拆除未对边4孔闸墩结构造成任何破坏。

6 静态爆破注意事项

（1）须按施工环境温度选择合适的HSCA 型号，夏季型和冬季型不得随意互用，这是破碎成功的关键。

（2）操作时应将药剂慢慢倒入已经配兑好的水中，而不是将水慢慢倒入药剂中。倒入时应不停地搅拌，直至药剂与水的混合物变成流质糊状。倒入和搅拌的速度要快，从药剂加入水中至灌入钻孔结束的时间应控制在5 min以内，否则易冲孔。

（3）水料比是影响破碎效果首要的影响因素，水料比小意味着加水量少，有效组分多，膨胀压就高；水料比大时，流动性虽然增大但势必降低膨胀压，而且容易泌水，浆体中微小水泡随水化温度的升高增多，容易造成喷孔。因此，液体的流动度应以满足灌注时间为标准，避免追求过大的流动度。

（4）无声破碎剂的膨胀压随时间增加而增大，一般来说夏季型膨胀压3 d后仍然在增长。因此，如果工期允许，可适当延长破碎时间，时间越长裂缝越大。

（5）无声破碎剂灌浆到裂纹发生前，施工员必须戴防护眼镜并不得对孔直视，以防万一发生喷浆伤害眼睛，碰到皮肤或眼睛要立即用水冲洗，到医院就医，并告知被强碱性物质接触。

7 结语

静态爆破技术有效解决了外界因素要求高、不允许使用常规炸药进行混凝土拆除的难题，在施工过程中既满足了工程安全要求，又加快了施工进度。实践证明，静态爆破是一种高效、安全、方便的拆除技术，在除险加固工程和重要建筑物修缮方面有很好的发展前景。