廣西河池市拔貢電站薄壁攔水壩及公路橋爆破方案選擇

鄒言明

【摘要】水電站攔水壩一般為實體結(jié)構(gòu)，施工及爆破方法簡便易行。薄壁結(jié)構(gòu)攔水壩則給施工和爆破網(wǎng)路等帶來較大的技術難度。本案例中，通過采用淺孔微差爆破方法，一次性成功爆破拆除攔水壩，完好控制爆破振動。正確采取了薄壁攔水壩和橋梁拆除相關爆破技術的施工方案。

【關鍵詞】：薄壁攔水壩；公路橋，爆破方案

一、工程概況

廣西河池市拔貢電站位于金城江市拔貢鎮(zhèn)，與鎮(zhèn)距離約2公里。電站建于上個世紀70年代，決定對其進行拆除并在其下游200m處重建，新電站的建設需要拆除原有老電站的攔水壩和拔貢河大橋。

老電站攔水壩體總長107m，外觀看由非封閉區(qū)和封閉區(qū)兩部分組成。非封閉部分為鋼筋混凝土板形結(jié) 構(gòu)壩體，由10條橫隔墻支撐，每條橫墻直通壩頂。在標高220.5 m處，橫墻厚0.8m，長25 m，到頂高3至10m；橫墻上游是擋水板，其厚度為0.9m～0.6m。橫墻上面是頂板即溢流面板，溢流面板鋼筋混凝土厚0.6m～0.9m，其頂面標高為230m，壩頂至水面（標高217m左右）高差約13m。橫墻與擋水板和頂板的連接處有牛腿，斷面尺寸為1.3×1.8m，長約35 m。橫墻下游有挑流坎，外立面尺寸為54mx 4m。封閉區(qū)部分與非封閉區(qū)結(jié)構(gòu)大致相似，只是左岸1#-4#墩間和下游面有些區(qū)別?，F(xiàn)決定拆除標高220.5m以上非封閉區(qū)這一段攔水壩。攔水壩環(huán)境下圖1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

拔貢大橋是一座上承式三跨曲拱橋，總長93m，寬度5m。大橋從右岸往左岸，每跨拱橋跨度分別為30m，32m，31m橋。橋面至現(xiàn)水面高約17米，其中橋墩高10m，拱高7m。橋體為鋼筋混凝土雙曲拱橋，拱圈由拱肋和拱波組成，拱肋4條，截面為0.2×0.8m，間距1.2m；拱波為砌塊，寬0.55m，厚0.2m；肋間有系梁相互連接加固，系梁截面0.2×0.2m。橋面結(jié)構(gòu)與拱圈間由橫隔墻支撐，墻體截面為5×0.8m，高度2～7m，橋面為預制構(gòu)件，面層有一8～10cm的鋼筋混凝土表層。橋墩、橋臺為漿砌片石結(jié)構(gòu)，橋墩承臺為鋼筋混凝土。大橋環(huán)境下圖3所示：

大橋為西南走向，大橋右岸與廠房距離約10m，與在建電站距離約117m。其他方向均為山體。大壩也為西南走向，右岸與廠房距離約11m，與待拆大橋距離83m，與新建大壩距離200m，其它方向均為山體或水庫。

大橋所處的水域深度4～6m。攔水壩下游所處水域水深4～8m。設計標高220.5m，即要求爆破攤平構(gòu)筑物至標高220.5m或以下，壩體下游一側(cè)現(xiàn)有水面標高約217m。項目要求的施工順序是，先拆除攔水壩，后拆除拔貢大橋。拆除爆破要求不能造成電站兩邊的山體塌方，不能對廠房造成結(jié)構(gòu)性損壞。

由于橋、壩的始建年代久遠，布筋結(jié)構(gòu)不是非常詳細，但根據(jù)以往爆破橋體經(jīng)驗，爆破一般按加密鋼混結(jié)構(gòu)計算藥量。

二、爆破方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場地形及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)特點和業(yè)主要求，攔水壩和大橋分別采用以下爆破方案進行爆破拆除。

2.1 攔水壩爆破拆除方案

2.1.1 攔水壩施工特點

攔水壩爆破拆除有如下特點和難點：

a、由于壩體為板殼結(jié)構(gòu)，爆破最小抵抗線小，只能采用密集打眼，單孔少裝藥的爆破方法，這樣需要打的炮眼數(shù)量將非常龐大。

b、壩體內(nèi)大量的鉆眼將對其結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生無法估量的影響，畢竟該壩從修建到現(xiàn)在已有40多年，所以在電站邊蓄水發(fā)電邊鉆眼施工時，將對工人和設備的安全造成威脅，嚴重時會造成潰壩情況。

c、壩體內(nèi)為半封閉空間，沒有空氣對流，水鉆由于天氣太冷無法作業(yè)，只能采用干式鉆。這樣，鉆眼時產(chǎn)生的大量粉塵無法自然排走，不僅影響工人的身體健康，也影響工作視線，導致效率下降。

d、支撐擋水板的豎墻頂面高程為230m，至人行道有10米高差，相當于三層多樓高，對該墻和牛腿都只能沿墻面水平進行鉆眼施工，必需搭鋼管腳手架平臺上來才能施工，同時壩體內(nèi)空間狹小，給鋼管的搬運和搭設帶來很多困難。這樣將消耗大量的人力和物力，大大延長了施工時間，增加了勞動強度，減緩了鉆孔速度。

e、壩體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，復雜的配筋給鉆孔帶來很大麻煩，會經(jīng)常出現(xiàn)鉆到一半?yún)s因遇到鋼筋鉆不進去而廢孔現(xiàn)象，降低了成孔率，增加工人的工作量，還容易打擊工人的積極性。

f、施工期間剛好跨過春節(jié)，考慮大壩安全運行和正常供電，春節(jié)前不能對大壩實施太多的鉆眼施工和預處理，以避免對大壩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。給節(jié)后留下了較大的工程量，而業(yè)主要求在2013年3月5日前完成施工，因而工期安排非常緊張，也給施工帶來很大困難。

g、鉆眼是在壩體內(nèi)9個寬約5.2米，長約25米的半封閉式空間內(nèi)施工，場地狹小，人員設備騰挪不便，大量增加人員和設備方式用不上，效率低下。又加壩頂是弧形的，上下落差9米多，需搭架才能施工。

h、河道兩岸懸崖峭壁，施工人員的出入工作非常困難；還要防止山上滾石和兩岸塌方。

I、大壩高度低，強度大，爆破后下塌的高度平均為5米，自然破碎能力十分有限。且板殼爆破后很多鋼筋會支撐在原位，難以塌落，必須要二次清除才能到設計標高。

J、爆破所處位置山體陡峭，易于產(chǎn)生山體滑坡；廠房、橋梁等設施較近；爆破藥量大，必須嚴格控制爆破單響藥量，防止爆破振動造成對山體滑坡和建筑、設備設施的損壞。這樣，同時對爆破網(wǎng)路連接技術要求高，工作量大。

2.1.2爆破拆除方案的確定

通過以上分析，提出以下拆除方案：1）方案一：大壩全部布眼裝藥，一次爆破完成，輔以人工切割處理。2）方案二：采用爆破與機械相結(jié)合的方法進行施工，分跨次爆破和輔以機械清理?？偟脑瓌t是：爆破要求多打眼，少裝藥，混凝土充分破碎。爆后如有部分塌落物或鋼筋砼塊處于標高220.5m以上時，采用機械破碎錘破碎攤平至220.5m高程以下。3）方案三：首先爆破、切割壩體頂板，然后鉆豎直孔爆破處理壩體內(nèi)的牛腿和橫隔墻。三個方案的優(yōu)缺點如下：

2.1.2.1 方案一優(yōu)缺點分析

優(yōu)點是爆破次數(shù)少，避免爆炸物品的多次運輸和爆破組織。缺點是：1）一次爆破藥量大，爆破網(wǎng)路復雜，技術要求高，實施難度大；2）爆破振動對周邊的建筑、設施、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等構(gòu)成較大威脅，安全系數(shù)較低；2）爆破后大量鋼筋或混凝土可能高于設計標高，有的甚至高出10m，而機械無法到達河中施工（如填土則不但工作量大增，且耗時較長），爆破后的人工清理則需要至少1個月時間，且受到高處物體隨時落下的威脅。

2.1.2.2 方案二優(yōu)缺點分析

優(yōu)點是：1）每次爆破藥量較小，爆破網(wǎng)路較簡單，可操作性很強；2）爆破振動較小，對周邊的建筑、設施、地質(zhì)結(jié)構(gòu)不會構(gòu)成較大威脅，安全系數(shù)較高；3）可根據(jù)壩體情況采用靈活的布孔方式，減少鉆爆工作量；4）爆破后，機械處理安全、快捷，從爆破到完成拆除10至12天即可完成，能保證在業(yè)主要求的期限內(nèi)完成施工。

2.1.2.3 方案三優(yōu)缺點分析

優(yōu)點是爆破處理簡單，不用搭設腳手架。缺點是頂板拆除后，施工人員上橫隔墻和擋水板難度大，影響施工，效率低。爆破后至少45天方可把所有擋水板和橫隔墻拆除處理至標高220.5m處，這期間水庫不能蓄水。

通過以上三個方案優(yōu)缺點的分析，認為：方案一工作量大，安全性較低，但可通過細致的施工組織和嚴格的爆破網(wǎng)路設計，達到控制爆破振動和爆破拆除至設計標高，技術要求很高。方案三 則不能按時完成施工任務。方案二雖然較可靠，減少了一定的鉆爆工作量，但設備在弧形拱面施工易于滑脫，不易掌握，一旦不能實施，影響當?shù)厝罕婏嬎蜕a(chǎn)，將造成社會問題。故選擇方案一作為本工程的施工方案。

2.1.3爆破拆除具體方案

爆破拆除具體方案如下：

（1）在舊壩下游從開始左岸修建一條頂寬約6m，長約140m的臨時便道，填土石方約14000方，通往大壩供施工機械、材料搬運和人員出入。

（2） 在板式壩體內(nèi)部搭設鋼管架，鋼管架從標高220.5m處的加筋梁處開始搭設，一直架設到流水板。鋼管架通道上鋪滿竹跳板，以供施工人員進行鉆爆施工。同時在左岸搭設一條通往壩體頂部的鋼管架通道，方便人員上下出入和施工。腳手架是鉆眼裝藥等施工的唯一通道，為防備一些特殊情況出現(xiàn)，在引爆成功前不能拆除；又加施工時間緊，如果再拆缷則時間上也等不及，所以，不考慮爆破前再拆缷回收。

（3）鉆眼施工時從安全方面考慮，壩體上游水位高必須不能超過施工面標高3m，如超過則要通過發(fā)電或下閘放水處理，以減小上游水對大壩的壓力，保證施工安全，防止出現(xiàn)因鉆眼施工破壞了壩體部分結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生潰壩情況發(fā)生。

（4）鉆眼施工時用電量較大，為保證能加班趕工，在自備柴油機應急的預案下，主要采用依靠電站或附近電源供電方案，施工電源直接到壩體上。

（5）鉆眼施工分兩組進行，一組在壩體內(nèi)鉆眼；另一組在壩頂上鉆眼。所有的鋼筋混凝土墻體、梁等均鉆滿炮眼。

（6）采用微差爆破法，對攔水壩采用一次爆破拆除法。

2.2拔貢大橋拆除方案

2.2.1 工程特點及方案選擇

雙曲拱橋的受力特點是：上部荷載通過立柱（橫隔墻）傳送給拱圈，在拱圈上產(chǎn)生與拱軸線相重合的軸向力，荷載通過拱圈傳遞給橋臺或橋墩。拱圈是一種受壓結(jié)構(gòu)，橋墩由于受雙向壓力制約而保持平衡。通過對拱橋結(jié)構(gòu)受力分析可知，只要破壞橋體的關鍵受力點，就可以使橋體失去平衡，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。但是，落到河道的橋體塌落物不能高于高程220.5m。

根據(jù)此情況，為避免產(chǎn)生在深水位置破碎、攤平爆破塌落物的情況，分析了兩套施工方案。方案一是首先拆除所有橋面結(jié)構(gòu)，然后對拱圈和橋墩一次全部爆破。方案二是在拱圈、拱頂關鍵部位和橋墩布置炮眼爆破，使大橋在重力作用下坍塌至設計標高以下。

方案1工作量大、工期長、費用大，可以保證橋體完全處理至設計標高以下。方案2的優(yōu)點是工作量少、工期短、費用低，能保證處理至設計標高以下。

根據(jù)上述分析，決定采用方案二進行施工。

2.2.2爆破拆除具體方案

爆破拆除具體方案如下：

在大橋拱圈拱腳、拱頂和橋墩布置藥包，采用粉碎性爆破，使橋體在重力作用下塌落、破碎。從而達到爆破塌落物不高于設計標高的目的[1]。具體施工方法是：

a.首先采用小規(guī)模爆破和風鎬破碎相結(jié)合的方法預先拆除大橋橋墩上方、兩拱間的橋面結(jié)構(gòu)和橫墻。

b.對拱圈的拱腳、拱頂部位打密集炮眼。為保證降低塌落物高度，布眼長度不小于2m。

c.在中間橋墩上部打垂直炮眼。

d.采用毫秒微差爆破，拱頂首先起爆，然后拱腳和橋墩同時起爆。

三.結(jié)束語

要想做好工程的爆破拆除工作，在選擇爆破方案的問題上也是非常關鍵的，必須分析好每個方案的優(yōu)缺點，進行多加比較后，才能采取最合適的爆破方案，為人力、物力、財力以及時間和安全上也得到了相應的保障。望在今后的爆破拆除工作中都能擇優(yōu)選取最佳方案。

參考文獻

[1]馮叔瑜：城市控制爆破[M] 北京：中國鐵道出版社 1985.

[2]于亞倫：工程爆破理論與技術[M] 北京：冶金工業(yè)出版社 2004.

[3]劉殿中：工程爆破實用手冊[M] 北京：冶金工業(yè)出版社 1989.

[4]郭進平 聶興信主編：新編爆破工程實用技術大全 北京：光明日報出版社 2002.