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 長沙 410012；2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 湖南 長沙 410012)

1 工程概況

永安大橋為雙曲拱橋，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820 cm，寬300 cm；2號橋墩為制動墩，河床以上高度約10.5 m，上端面為長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，距慈利長途汽車站約100 m。周邊建筑物較多，本項爆破工程為復(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，對橋墩實施深孔爆破，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) 對拱肋、腹拱的立柱和橫梁實施淺孔爆破，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

3.1 工程難點

(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，對鉆孔精度要求高，如偏差1°，將會導(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)致飛石過遠(yuǎn)，因此對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，爆破振動和飛石控制要求高,須合理設(shè)計爆破參數(shù)和起爆順序。

(3) 橋梁兩側(cè)橋臺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，控制爆破振動和塌落振動極為重要，也是橋梁爆破是否成功的重要標(biāo)志，因此，要通過合理的設(shè)計和必要的工程措施控制振動。

3.2 爆破部位

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點和建設(shè)方對爆破拆除的要求，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，對該橋的爆破遵循的原則為“既要炸毀，又要炸碎”。因此對該橋梁的爆破部位確定如下：

(1) 橋墩爆破：對1#、2#、3#橋墩河床以上部分全部實施深孔爆破，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：對墩帽的鋼筋混凝土全體積實施爆破破碎，使用手風(fēng)鉆鉆38 mm孔，微差起爆。

(3) 拱肋爆破：對拱肋全長度上實施爆破破碎，將混凝土與鋼筋分離。

(4) 腹拱爆破：對腹拱結(jié)構(gòu)中的36根蓋梁從橋面鉆孔，全部炸碎；對104根立柱鉆水平孔全部炸斷；對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)堅固，整體性好，在橋體垮塌后，會保持整體的連續(xù)狀態(tài)，考慮到爆破后清碴的難度，爆破時要將拱肋盡可能的炸碎，便于后續(xù)清碴工作的實施。

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

(1) 拱圈上鉆孔參數(shù)。在每個腹拱間的拱肋上鉆4個垂直孔。每跨鉆孔數(shù)為128個，全橋在拱圈上鉆孔512個。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，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，長度為820 cm。全橋一共有蓋梁36個，在每個立柱間鉆3個水平孔(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，每個蓋梁下4個立柱，全橋立柱共104個。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820 cm。全橋共有36個。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。

(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。

3.4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

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程中的自重起拉、剪破壞作用，同時控制橋梁在塌落過程中的塌落振動，在起爆網(wǎng)路設(shè)計上采用分區(qū)段延時起爆技術(shù)，將整個橋梁的爆破部位劃分成11個大區(qū)段，在每個橋墩上又劃分了3～5個小區(qū)段，從橋梁的南側(cè)向北側(cè)依次起爆(見圖1)。

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

4 爆破安全及防范措施

4.1 爆破及塌落振動控制

為控制爆破產(chǎn)生的振動，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)生的振動按公式V=K(Q1/3/R)α計算，對于橋體上部結(jié)構(gòu)K值取32.1，α值取1.57；對于橋墩K值取116；α值取1.74。

圖1起爆網(wǎng)路

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

依據(jù)上述公式計算，不同爆破部位最大同段藥量對最近建筑物可產(chǎn)生的振動速度以及橋體塌落產(chǎn)生的振動計算結(jié)果見表1。

表1 最近距離建筑物的振動速度

4.2 安全防范措施

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

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

(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

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)計的倒塌順序從南側(cè)向北側(cè)逐跨垮塌(見圖2)，經(jīng)1500 ms大橋整體塌落至水中，水面上未見任何橋梁殘體。爆破后現(xiàn)場查驗，爆破振動和飛石未對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)置的測振儀，測得最大的振動峰值為0.82 cm/s，測震結(jié)果證明了爆破產(chǎn)生的振動符合設(shè)計要求。在清碴階段通過水下清碴驗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 幾點體會

(1) 使用潛孔鉆可以滿足鉆孔精度要求。對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)本工程的實踐，使用履帶鉆車，通過精確設(shè)定開孔位置及角度，精心施工，并在鉆孔結(jié)束后嚴(yán)格驗孔，是可以保證鉆孔精度的。

(2) 合理確定爆破時差，有利于橋體的解體。本次爆破采取每跨450 ms的時差，從橋體南側(cè)向北側(cè)逐跨起爆，在每跨間又劃分了3個150 ms的起爆時差，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) 通過爆破安全設(shè)計和工程手段，可以有效控制爆破產(chǎn)生的振動和橋體塌落時產(chǎn)生的振動，振動監(jiān)測結(jié)果和爆破后對周邊建筑物的檢查都表明振動得到了有效的控制。爆破飛石未對周邊的建筑物造成任何損壞。

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