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        深水位爆破拆除雙曲拱橋

        2014-03-22 02:26:16文輝軍朱金華謝續(xù)文
        采礦技術(shù) 2014年5期
        關(guān)鍵詞:橋體河床橋墩

        文輝軍,朱金華,謝續(xù)文

        (1.湖南中人爆破工程有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410012;2.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

        1 工程概況

        永安大橋?yàn)殡p曲拱橋,橫跨澧水河上,鑒定為四類危橋,需要爆破拆除。橋址位置的水面寬度230 m,最大水深約7 m。橋面至河床最大高差為19 m,橋梁河床以上需要拆除的混凝土及塊石量約5000 m3。

        1.1 工程結(jié)構(gòu)

        永安大橋全長(zhǎng)258 m,橋面寬9.4 m。大橋整體結(jié)構(gòu)為3墩(由南至北橋墩編號(hào)依次為1#~3#)4跨雙曲拱橋,拱肋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),每跨跨度為55 m,拱圈由拱肋、拱波和填頂混凝土組成,拱肋厚度為40 cm,拱波厚40 cm。

        橋墩為漿砌塊石結(jié)構(gòu),其中1、3號(hào)橋墩為普通墩,結(jié)構(gòu)尺寸一致,河床以上高度約10 m,墩頂斷面尺寸為長(zhǎng)820 cm,寬300 cm;2號(hào)橋墩為制動(dòng)墩,河床以上高度約10.5 m,上端面為長(zhǎng)820 cm,寬750 cm。

        1.2 周圍環(huán)境

        永安大橋橋梁成南北走向,南北橋體附近均有民房和商業(yè)門面,其中:南側(cè)橋臺(tái)距民房最近約10 m;北側(cè)橋頭距商業(yè)門面最近約15 m,距慈利長(zhǎng)途汽車站約100 m。周邊建筑物較多,本項(xiàng)爆破工程為復(fù)雜環(huán)境下的拆除爆破。

        2 拆除方案的確定

        永安大橋的結(jié)構(gòu)為雙曲拱橋,該橋梁的承載力雖然較大,但抵抗水平推力的性能較差,且大橋位置水位較深,清碴作業(yè)受限,綜合考慮大橋拆除的總體要求、周邊環(huán)境、橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀以及水文等因素,對(duì)永安大橋采取控制爆破方式拆除。所采取的爆破方法主要有:

        (1) 為使橋墩解體充分,便于后續(xù)清碴施工,對(duì)橋墩實(shí)施深孔爆破,使用潛孔鉆車在橋面上鉆孔,按水下爆破要求將橋墩徹底炸碎。

        (2) 對(duì)拱肋、腹拱的立柱和橫梁實(shí)施淺孔爆破,設(shè)置較多的爆破部位,以保證橋梁上部結(jié)構(gòu)解體充分。

        (3) 采取微差起爆技術(shù),使橋梁的支撐結(jié)構(gòu)受到破壞后,橋體在重力作用下從南向北逐跨塌落至河床。

        (4) 對(duì)爆破后塌落至水下的橋梁殘碴,采取岸上清碴和水上清碴的方法進(jìn)行清除。

        3 爆破設(shè)計(jì)

        3.1 工程難點(diǎn)

        (1) 橋墩墩身高,從橋面至河床高度在18~19 m間,使用潛孔鉆機(jī)鉆19~20 m的孔深,對(duì)鉆孔精度要求高,如偏差1°,將會(huì)導(dǎo)致孔底產(chǎn)生橫向偏差35 cm,從而使抵抗線發(fā)生較大改變,有可能導(dǎo)致飛石過(guò)遠(yuǎn),因此對(duì)鉆孔的精度要求非常高。

        (2) 橋墩體積大,要將其破碎和控制爆破飛石,爆破參數(shù)選取要求高。2#橋墩為制動(dòng)墩,高10.5 m,河床部位截面尺寸為1085 cm×1015 cm,該橋墩體積(含墩帽)約700 m3,爆破裝藥量比較大,爆破振動(dòng)和飛石控制要求高,須合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)和起爆順序。

        (3) 橋梁兩側(cè)橋臺(tái)附近有較多的建筑物,大部分為磚結(jié)構(gòu)平房,抗震能力較差,控制爆破振動(dòng)和塌落振動(dòng)極為重要,也是橋梁爆破是否成功的重要標(biāo)志,因此,要通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和必要的工程措施控制振動(dòng)。

        3.2 爆破部位

        根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建設(shè)方對(duì)爆破拆除的要求,橋體爆破后上部結(jié)構(gòu)要充分解體,橋墩從河床表面以上破碎。為滿足水下清碴的要求,對(duì)該橋的爆破遵循的原則為“既要炸毀,又要炸碎”。因此對(duì)該橋梁的爆破部位確定如下:

        (1) 橋墩爆破:對(duì)1#、2#、3#橋墩河床以上部分全部實(shí)施深孔爆破,鉆孔直徑為115 mm,將橋墩的漿砌塊石炸碎,利于后續(xù)清碴工作。

        (2) 墩帽爆破:對(duì)墩帽的鋼筋混凝土全體積實(shí)施爆破破碎,使用手風(fēng)鉆鉆38 mm孔,微差起爆。

        (3) 拱肋爆破:對(duì)拱肋全長(zhǎng)度上實(shí)施爆破破碎,將混凝土與鋼筋分離。

        (4) 腹拱爆破:對(duì)腹拱結(jié)構(gòu)中的36根蓋梁從橋面鉆孔,全部炸碎;對(duì)104根立柱鉆水平孔全部炸斷;對(duì)36根底梁全部炸碎。

        3.3 爆破參數(shù)選擇

        3.3.1 橋墩爆破參數(shù)

        (1) 1#、3#橋墩爆破參數(shù)。橋墩頂部(▽91.5標(biāo)高)斷面尺寸為820 cm×300 cm ,河床部位的斷面尺寸為870 cm×350 cm。河床以上橋墩高度:1#10.5 m,3號(hào)8.9 m。其中墩帽高度為1.54 m。在橋面上使用潛孔鉆車向下鉆垂直孔,孔徑115 mm,鉆孔深度為11 m。在橋墩300 cm寬度上鉆兩排炮孔,兩排孔間距為80 cm。單位炸藥平均消耗量為800 g/ m3,水面以上q取600 g/ m3;水面以下根據(jù)水深q取800~1100 g/m3。

        (2) 2#橋墩爆破參數(shù)。橋墩頂部(▽91.5標(biāo)高)斷面尺寸為820 cm×750 cm , ▽84.45標(biāo)高處的斷面尺寸為922 cm×852 cm,河床部位(▽82.00)的斷面尺寸為1085 cm×1015 cm,河床以上橋墩高度11.5 m。在橋面上使用潛孔鉆車向下鉆垂直孔,孔徑115 mm,鉆孔深度12.5 m。在橋墩750 cm寬度上鉆5排炮孔。單位炸藥平均消耗量為800 g/m3。

        3.3.2 拱肋爆破參數(shù)

        該橋的拱肋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,整體性好,在橋體垮塌后,會(huì)保持整體的連續(xù)狀態(tài),考慮到爆破后清碴的難度,爆破時(shí)要將拱肋盡可能的炸碎,便于后續(xù)清碴工作的實(shí)施。

        拱肋爆破采用在拱圈上和橋面上鉆垂直孔(Φ38 mm),對(duì)每根拱肋全長(zhǎng)度上鉆孔爆破。

        (1) 拱圈上鉆孔參數(shù)。在每個(gè)腹拱間的拱肋上鉆4個(gè)垂直孔。每跨鉆孔數(shù)為128個(gè),全橋在拱圈上鉆孔512個(gè)。炸藥單耗取1000 g/m3。

        (2) 橋面上鉆孔參數(shù)。由于鉆孔位置受限,只能在拱頂部位10 m左右范圍的橋面上鉆孔。全橋鉆孔數(shù)量為338個(gè),鉆孔深度為120~140 cm。炸藥單耗取1000 g/m3。

        3.3.3 腹拱結(jié)構(gòu)爆破參數(shù)

        (1) 蓋梁。蓋梁為現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單梁厚度為40 cm,高度35~60 cm,長(zhǎng)度為820 cm。全橋一共有蓋梁36個(gè),在每個(gè)立柱間鉆3個(gè)水平孔(Φ38 mm),將蓋梁爆破成4段。

        (2) 立柱。立柱橫斷面尺寸為40 cm×40 cm,高度為1.5、3、4、6 m,每個(gè)蓋梁下4個(gè)立柱,全橋立柱共104個(gè)。鉆水平孔(Φ38 mm)。

        (3) 底梁。底梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),位于立柱下面,斷面尺寸厚50 cm,高60 cm,長(zhǎng)820 cm。全橋共有36個(gè)。在底梁上鉆(Φ38 mm)垂直孔。

        3.3.4 墩帽爆破參數(shù)

        (1) 1#、3#橋墩爆破參數(shù)。墩帽為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),1#、3#墩帽的頂橫斷面尺寸為820 cm×190 cm,底斷面尺寸為820 cm×300 cm,高度為154 cm。在墩帽上使用手風(fēng)鉆鉆38 mm炮孔。炮孔布置3排,每排8個(gè)。

        (2) 2#橋墩爆破參數(shù)。2#墩帽的頂橫斷面尺寸為820 cm×650 cm,底橫斷面尺寸為820 cm×750 cm,高度為174 cm。在墩帽上使用手風(fēng)鉆鉆Φ38 mm炮孔。炮孔布置9排,每排7個(gè)。

        3.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

        為了保證橋梁的上部結(jié)構(gòu)充分解體,最大限度地利用橋梁下沉過(guò)程中的自重起拉、剪破壞作用,同時(shí)控制橋梁在塌落過(guò)程中的塌落振動(dòng),在起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)上采用分區(qū)段延時(shí)起爆技術(shù),將整個(gè)橋梁的爆破部位劃分成11個(gè)大區(qū)段,在每個(gè)橋墩上又劃分了3~5個(gè)小區(qū)段,從橋梁的南側(cè)向北側(cè)依次起爆(見(jiàn)圖1)。

        起爆采取接力式起爆網(wǎng)路,孔內(nèi)統(tǒng)一使用MS15(延遲時(shí)間880 ms)導(dǎo)爆管雷管做起爆元件,孔外使用MS6(延遲時(shí)間150 ms)、MS3(延時(shí)50 ms)段別導(dǎo)爆管雷管做傳爆元件實(shí)施接力式起爆。

        4 爆破安全及防范措施

        4.1 爆破及塌落振動(dòng)控制

        為控制爆破產(chǎn)生的振動(dòng),嚴(yán)格控制一次齊爆的最大藥量。本次爆破一次齊爆的最大藥量約95 kg。爆破產(chǎn)生的振動(dòng)按公式V=K(Q1/3/R)α計(jì)算,對(duì)于橋體上部結(jié)構(gòu)K值取32.1,α值取1.57;對(duì)于橋墩K值取116;α值取1.74。

        圖1起爆網(wǎng)路

        塌落振動(dòng)速度按中科院力學(xué)研究所提出的拆除爆破經(jīng)驗(yàn)公式Vt=Kt[(MgH/σ)1/3/R]β計(jì)算。

        依據(jù)上述公式計(jì)算,不同爆破部位最大同段藥量對(duì)最近建筑物可產(chǎn)生的振動(dòng)速度以及橋體塌落產(chǎn)生的振動(dòng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 最近距離建筑物的振動(dòng)速度

        4.2 安全防范措施

        (1) 控制單響藥量,最大不超過(guò)100 kg,減少爆破產(chǎn)生的振動(dòng)。

        (2) 每跨間隔450 ms起爆時(shí)差,減小橋體落地產(chǎn)生的塌落振動(dòng)。

        (3) 在拱圈上覆蓋2層,在外圈拱肋爆破部位覆蓋3層草簾,在立柱上包裹2層草簾,減小爆破飛石飛散距離。

        5 爆破效果與體會(huì)

        5.1 爆破效果

        2013年9月10日下午15∶00慈利永安大橋爆破起爆,大橋按設(shè)計(jì)的倒塌順序從南側(cè)向北側(cè)逐跨垮塌(見(jiàn)圖2),經(jīng)1500 ms大橋整體塌落至水中,水面上未見(jiàn)任何橋梁殘?bào)w。爆破后現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn),爆破振動(dòng)和飛石未對(duì)周邊的建筑物造成任何有害影響,距橋體最近的建筑旁設(shè)置的測(cè)振儀,測(cè)得最大的振動(dòng)峰值為0.82 cm/s,測(cè)震結(jié)果證明了爆破產(chǎn)生的振動(dòng)符合設(shè)計(jì)要求。在清碴階段通過(guò)水下清碴驗(yàn)證了河床以上的橋墩部分爆破后爆碴達(dá)到了清碴的要求。

        圖2 爆破效果

        5.2 幾點(diǎn)體會(huì)

        (1) 使用潛孔鉆可以滿足鉆孔精度要求。對(duì)于高大體積的橋墩采取深孔爆破方式,難度最大、要求最高的就是精確的鉆孔施工,根據(jù)本工程的實(shí)踐,使用履帶鉆車,通過(guò)精確設(shè)定開(kāi)孔位置及角度,精心施工,并在鉆孔結(jié)束后嚴(yán)格驗(yàn)孔,是可以保證鉆孔精度的。

        (2) 合理確定爆破時(shí)差,有利于橋體的解體。本次爆破采取每跨450 ms的時(shí)差,從橋體南側(cè)向北側(cè)逐跨起爆,在每跨間又劃分了3個(gè)150 ms的起爆時(shí)差,起爆后橋梁的上部結(jié)構(gòu)在自重的作用下產(chǎn)生剪切,使上部結(jié)構(gòu)得到充分的解體。

        (3) 通過(guò)爆破安全設(shè)計(jì)和工程手段,可以有效控制爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和橋體塌落時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng),振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果和爆破后對(duì)周邊建筑物的檢查都表明振動(dòng)得到了有效的控制。爆破飛石未對(duì)周邊的建筑物造成任何損壞。

        參考文獻(xiàn):

        [1]汪旭光,于亞倫.拆除爆破理論與工程實(shí)例[M].北京:人民交通出版社,2008.

        [2]史家堉,程貴海,鄭長(zhǎng)青.建筑物爆破拆除理論與實(shí)踐[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

        [3]謝先啟.精細(xì)爆破[M].北京:華中科技大學(xué)出版社,2010..

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