通航航道上千米预应力箱梁桥梁拆除爆破

李友军，聂 亚，赵志远，王隆基，汪惠真，曾光耀

(1．广东中人集团建设有限公司，广州 510515；2．安乡县交通运输局，湖南 常德 415600；3．安乡县城市建设投资开发有限责任公司，湖南 常德 415600)

随着国家基础设施建设及交通运输需要，越来越多的结构强度不足、满足不了运输需求的桥梁需要拆除。通航航道上桥梁拆除，除需要考虑对道路交通的影响外，还需要考虑封航影响。目前，航道上预应力箱梁桥梁拆除方法主要有机械拆除和爆破拆除[1-4]。针对长度长、桥跨多、影响因素多，结构复杂的桥梁，如何针对性的选择施工方法，在保证通航航道上桥梁高效、安全拆除的同时，最大限度减少对通航的影响，需要进一步研究。

1 工程概况

石龟山老桥横跨澧水，处澧水主河槽宽约300 m，为全年通航河道。桥梁总长1 572.44 m，桥宽10 m，其中主桥长度410 m，变截面预应力混凝土连续梁，基础采用国内罕见的预制大直径空心桩和空心墩桥型，引桥为现浇预应力混凝土空心板梁。主桥桥墩(33#～39#)墩柱为直径400 cm圆柱空心墩，34#～36#墩柱壁厚30 cm，外侧25 cm加厚层钢纤维混凝土补强，其余桥墩壁厚30 cm。引桥为11×16 m 现浇预应力混凝土空心板、21 m×30 m等截面预应力混凝土连续箱梁梁桥。该桥经评定为Ⅴ类危桥，严重影响过往行人及船只安全，应予拆除。

2 拆除方法研究

由于石龟山老桥引桥段部分位于陆地上，拆除影响较小，410 m变截面预应力混凝土连续梁主桥段横跨主航道，封航影响范围广，本文只针对主桥段展开研究，拟采用机械静力切割和爆破拆除施工方法。

2.1 机械静力切割

主桥在新建时为分段悬拼，拆除按原段数逐步解体卸载，合龙段拆除严格按照建桥的合拢顺序(即第37、38、35、36、34 跨的合拢顺序)的逆顺序进行倒拆。分离为各个节段，再采用缆索吊装设备或挂篮设备、浮吊吊装设备将箱梁节段吊装至驳船后运离桥位，然后对桥墩及墩顶进行二次破拆。利用MADIS软件按照原设计对主桥建立数值模型，模拟静力切割过程(见图1)。

图1 静力切割拆除过程模拟

通过对图1模拟结果进行分析，结合桥梁实际运营状况，可知：①主桥段采用挂篮静力切割倒拆的方法拆除过程中，理论上悬拼接缝处、墩顶、桥墩等位置剪力效应均在承载能力强度范围以内，桥梁结构整体稳定；②本桥建成时和运营期有大量的结构病害，本次模拟计算完全按照设计图纸来做，与实际状态相比，可能会积累较大的误差；③结构的大量病害可能是由于混凝土浇筑质量、梁段拼装的施工误差、预应力束张拉的锚固力形成的局部开裂、钢丝回缩、预应力束管道压浆不饱满等造成，这些因素也会导致计算和结构的实际内力状态偏差较大；④不良地质的影响造成墩柱下沉，悬臂对称拆除桥梁会对墩柱产生较大的弯矩，两侧结构重量不对称，形成的墩柱弯矩会使切割拆除施工有很大的安全风险；⑤对梁体进行切割时，结构的体系转换会造成很大的内力变化。

由上可知，采用静力切割方法必须根据桥梁原施工图纸来确定机械切割的位置与切割顺序，确保桥梁受力平衡，由于主桥老桥病害较多，出现较大沉降，经历过多次维修加固施工，主体结构安全储备不足，采用静力切割方案存在非常大的安全隐患及施工风险，主桥拆除不能采用机械静力切割方法。

2.2 拆除爆破

采用爆破方法使航道上主桥箱梁分离为质量100 t左右的节段，桥墩空腔水压爆破，桥墩混凝土炸碎后，梁体均匀塌落至水中，机械液压钳剪断节段梁体间预应力束及钢筋，首先吊离通航孔处的节段梁体，确保及时恢复通航，再逐步清运河床内其他箱梁节段梁体。

目前，爆破方法发展较为成熟，主桥箱梁采用分块切割爆破、桥段采用水压爆破拆除方法施工风险小，安全高效。对比机械静力切割方法，本桥采用爆破拆除法进行拆除。

3 工程应用

3.1 方案设计

根据待拆除桥梁的结构特征、周边环境和相关部门要求，参考相关工程经验[5-9]，采取集成应用多种爆破施工方法的施工思路，构建精细施工的框架体系，形成针对性的综合施工工艺。

1)对主桥34#～36#桥墩位于航道中，全部实施水压爆破，将桥墩的钢筋混凝土炸碎，重点爆破部位是34#～36#桥墩的水下部分，爆破至河床面以下。

2)主桥箱梁实施分块切割爆破，将箱梁爆破切割分解为质量适中的若干块，每块质量原则上不超过100 t，利于后续挖渣工作。

3)对34#～37#处箱梁0号块实施粉碎性爆破，便于箱梁解体。

3.2 爆破参数

1) 34#～36#桥墩。34#～36#墩柱采用水压爆破，根据冲量准则公式Q=Kδ1.6R1.4，K为药量系数，考虑桥墩结构及周边水压环境，K取10；R取1.7 m，δ取0.55 m；计算得Q=8.5 kg。药包间距取2.0 m，单桩总药量68 kg。考虑结构物截面面积的药量计算公式Q=KbKcKdKeδBL，取Kb=1.2，Kc=3.5，Kd=1.0，Ke=1.0，δ=0.55 m，B=1.7 m，L=15 m，计算得Q=58.9 kg。空心桥墩为双层墩壁，其中外侧25 cm加厚层钢纤维混凝土补强，且爆破桥墩部位位于水中。为充分克服桥墩外侧水压影响，保证桥墩及基础爆破效果，本次爆破宜加大药量。采用φ90 mm岩石乳化炸药，采用条形药柱连续装药结构，药柱长度15 m，单桩布置两条药柱，总药量135.0 kg。水压爆破参数如表1所示。

表1 水压爆破参数

2)33#、37#～39#桥墩。33#、37#～39#墩柱有裂缝，且裂缝无法缝补，采用浅孔爆破方法，钻孔直径40 mm。从桥面沿桥墩口下桥墩水面，搭设平台钻孔爆破。

墩柱为圆柱空心墩，壁厚30 cm，桥墩炸高3.0 m，最小抵抗线15.0 cm，炸药单耗3.0 kg/m3，孔深0.2 cm，孔距0.3 m，排距0.4 m。单孔药量取100 g。桥墩爆破参数如表2所示。

表2 桥墩浅孔爆破参数

3)主桥箱梁。主桥箱梁采用浅孔爆破，钻孔直径40 mm。每5～8 m爆破切割一段，爆破切割段布置4排炮孔，排距1.2 m。其中，70 m跨分为9个切割段；80 m跨分为10个切割段；90 m跨分为13个切割段，箱梁爆破参数如表3所示。

表3 箱梁爆破参数

3.3 装药结构

主桥箱梁及墩柱炮孔采用连续装药结构，黏土炮泥填塞，水压爆破采用连续柱状条形药包。

3.4 爆破网路

采取接力式起爆网路，孔内统一使用MS15(延时时间880 ms)高段别导爆雷管做起爆元件，孔外使用MS3段的导爆管雷管做传爆元件实施接力式起爆。

1)整个起爆网路分为35个大区段，由二组主爆网路传爆，每组主爆网路铺设二条导爆管传爆，在每个大区间串联MS15导爆管雷管(主桥箱梁段串联MS6导爆管雷管)，在每条传爆线上的每个接点处安装2发，并按安装的要求确保该节点的传爆雷管的安装质量，传爆方向按起爆网路的顺序实施传爆。

2)每个起爆小区段为一组，20发左右抓为一把，用MS3段的导爆管雷管过桥，再用MS3段的导爆管雷管在小区段内接力传爆，每个接点上使用2发导爆管雷管传爆。

3)传爆网路用非电导爆管和“四通”元件将孔外传爆的雷管接长并连成复式加强起(传)爆网路，共敷设两组4条传爆网路，保证传爆的可靠性。

3.5 安全措施

待拆除桥梁周边环境复杂，两岸桥梁两侧存在民房、工厂等建筑物，需要采取有效的防护措施，防止爆破飞石、爆破冲击波、爆破振动、爆破粉尘等危害对周边的影响。

1)通过降低墩柱爆破高度，使墩柱上部、帽梁和桥面首先冲击墩柱底部预留部分，墩柱附近形成悬空区，不直接冲击地面，减少桥梁对管线冲击力。

2)临近房屋及河堤处桥梁下部构筑减振土堤，顶宽1 m，底宽2 m，高2 m，顶部压废旧轮胎。

3)临近民房处、防洪堤处墩柱近体部分采用两层草垫(或棉絮)加一层钢丝网，远体部分在距离桥墩从桥上两侧护栏上悬挂密目网至地面，悬挂范围在其左右20 m。

4)对爆破部位加强防护，使用20层密目安全网进行包裹，并用12号铁丝捆扎结实。在爆破切口外侧挂建20层密目安全网，以阻挡飞石对周围房屋的破坏。

3.6 爆破效果

爆破桥梁于2021年1月22日15时18分准时起爆，桥梁按照设计从35#墩往两侧逐跨倒塌，整个倒塌过程大约持续约30 s，倒塌过程如图2所示。爆破桥梁主桥箱梁分段解体充分，桥梁全部按设计倒塌，爆破效果如图2所示。

图2 爆破效果

爆破振动监测数据表明，河岸临近桥梁21 m位置民房监测数值最大，最大振动数值为1.058 cm/s，主振频率为30.3 Hz，符合安全允许标准[10]，爆破没有产生其他次生影响，振动监测数据如表4所示。

表4 振动监测数据

4 结语

通过对通航巷道上千米预应力桥梁拆除方法研究，桥梁主桥段采用机械静力切割存在非常大的安全隐患及施工风险，主桥箱梁采用分块切割爆破、桥段采用水压爆破拆除方法施工风险小，安全高效。

通过施工的精心组织、合理安排，空间上采用桥面爆破、桥墩爆破与桩基爆破相结合，爆破方法上采用水压爆破与钻孔爆破相结合的综合施工工艺，主桥段分段解体爆破，分段解体为5～8 m的结构段，空心桥墩和基础结构采用水压爆破，采用复式交叉起爆网路和复合防护方式，实现了1 572 m石龟山老桥安全无事故、质量优良、高效率地完成，保证了澧水航道的如期通航，取得了良好的经济效益和社会效益，为同类桥梁的拆除提供了借鉴。