水壓爆破技術(shù)在潼南涪江大橋拆除施工中的應(yīng)用

汪小艷，宋磊，張建仁

（1重慶市爆破工程建設(shè)有限責任公司，重慶400020；2陜西紅旗民爆集團股份有限公司，陜西寶雞721013；3晉西集團技術(shù)中心四所，山西太原030041）

水壓爆破技術(shù)在潼南涪江大橋拆除施工中的應(yīng)用

汪小艷1，宋磊2，張建仁3

（1重慶市爆破工程建設(shè)有限責任公司，重慶400020；2陜西紅旗民爆集團股份有限公司，陜西寶雞721013；3晉西集團技術(shù)中心四所，山西太原030041）

該文介紹了采用水壓爆破技術(shù)爆破拆除裝配式拱橋的一整套工藝技術(shù)。由于裝配式拱橋在爆破拆除施工中存在空心拱圈、構(gòu)件壁薄等困難，使得鉆孔施工工程量大、施工困難。采用在構(gòu)件中預(yù)先注水，然后再安裝藥包爆破的方法能使各鋼筋混凝土構(gòu)件在爆炸沖擊波的作用下充分解體，從而達到快速拆除危舊橋梁的目的。

水壓爆破；裝配式拱橋；爆破拆除；混凝土；沖擊波

0 前言

隨著人們對安全和環(huán)保意識的日益增長，在橋梁爆破方面對飛石、粉塵污染等有害效應(yīng)的控制要求越來越高。由于裝配式拱橋的各個拱橋及構(gòu)件都是空心有薄壁體，如采用一般的鉆眼施工爆破，存在鉆眼難度大，鉆孔數(shù)量多，飛石及粉塵等有害效應(yīng)不易控制等特點，針對以上特點，在裝配式拱橋爆破拆除方面采用水壓爆破可以利用不可壓縮的特點將爆轟能量均衡分配，控制爆破飛石。同時水壓爆破后形成水霧可以有效地控制爆破產(chǎn)生的粉塵噪聲等有害效應(yīng)[1]。

潼南涪江大橋位于嘉陵江右岸第一大支流涪江下游河段，北橋頭左側(cè)距居民樓60m，右側(cè)80m外有廠房，均為鋼混結(jié)構(gòu)，岸邊有餐飲漁船，南橋頭下方有濱江路，車輛較少，左側(cè)200m有高層樓房，右側(cè)100m有未交房高層，南橋頭橋下方地面有水管、埋深1m燃氣管以及新橋鋼圍堰。大橋為混凝土箱型拱橋，總長573.87m，混凝土及鋼筋混凝土共21000m3。橋面凈寬9m+2×2.5m人行道，大橋橋跨布置為：4×60m+2×120m+40m的等截面懸鏈線鋼筋混凝土無鉸箱形拱，如圖1。

1 工藝原理和特點

水壓爆破是利用水的不可壓縮性質(zhì)，能量傳播損失小。炸藥爆炸瞬間水傳播沖擊波到容器壁使其位移，并產(chǎn)生反射作用形成二次加載，加劇容器壁的破壞，遂使容器均勻解體破碎。此法簡便易行，效果良好[2]。

圖1 待拆大橋周邊環(huán)境示意圖

“裝配式拱橋水壓爆破”技術(shù)正是針對這一情況，采用在拱橋各空心構(gòu)件中先“注水”后用“炮泥”等材料回填堵塞的新技術(shù)，來變革拱橋爆破拆除技術(shù)的。它利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過水傳遞到拱橋構(gòu)建各壁面中幾乎無損失，十分有利于混凝土與鋼筋破碎脫離。同時，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)有利于構(gòu)件壁面混凝土進一步破碎，炮眼中有水可以起到霧化降塵作用，大大降低粉塵對環(huán)境的污染。

水壓爆破應(yīng)用在裝配式拱橋拆除施工中具有施工速度快有效地減少薄壁鋼筋混凝土構(gòu)件鉆孔工作量，易操作；爆轟壓力均勻能使混凝土與鋼筋籠充分脫離，混凝土塊破碎均勻，易于回收鋼筋施工；爆破過程中對爆破飛石、粉塵、噪音、沖擊波等有害效應(yīng)控制得當；能避免大量鉆孔壞橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障施工過程中施工人員、機具的安全等特點。

2 拆除方案及水壓爆破參數(shù)

橋梁拆除爆破應(yīng)遵循的原則是：根據(jù)其結(jié)構(gòu)的受力情況結(jié)合環(huán)境條件采用失穩(wěn)原理確定爆破拆除總體方案，根據(jù)結(jié)構(gòu)及用料特征確定施工工藝。

大橋的橋拱均鋼筋混凝土空箱薄壁結(jié)構(gòu)，壁厚為10～18cm，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，采用水壓爆破進行爆破拆除；橋面、拱上立柱和橋墩為實心結(jié)構(gòu)，采用淺孔控制爆破。

2.1 橋面、拱上立柱、橋墩爆破參數(shù)的確定

橋面、拱上立柱、橋墩均鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，需要進行淺孔鉆孔爆破拆除。

（1）鉆孔直徑（D）：采用手持式風動鑿巖機進行鉆孔，故鉆孔直徑為D=42mm。

（2）鉆孔深度（L）：橋面、拱上立柱、橋墩厚B1，鉆孔深度取其3/4，L1=27 B1。

（3）最小抵抗線：W1=B1/2。

（4）孔間距（a）：橋面、拱上立柱、橋墩部分：a1=0.9B1，橋墩部分：a2=0.6B1。

（5）孔排距：b=a。

（6）單孔裝藥量Q=qv(q為單位炸藥消耗量橋面部分取3.0kg/m3，拱上立柱和橋墩部分取1.8kg/m3，v為體積)。

2.2 橋拱桁式構(gòu)件爆破拆除方案

根據(jù)橋拱桁式構(gòu)件的形狀為長方形柱體，如圖2所示，其內(nèi)腔為長方體空腔，其壁厚10～18cm。實測混凝土的抗壓強度為25MPa，抗拉強度為6.0MPa。根據(jù)實際條件，炸藥放在方形空腔內(nèi)，采用水壓爆破。

圖2 爆破模型示意圖

藥量設(shè)計考慮結(jié)構(gòu)物形狀尺寸，可按下列經(jīng)驗公式計算：

Q=（kbkckdδBL）

式中：Q為裝藥量，kg；kb為爆破方式系數(shù)，敞口爆破時，kb= 0.9～1.2，閉口爆破時，kb=0.7～1.0，取1.0；kc為結(jié)構(gòu)物材質(zhì)系數(shù)，對于鋼筋混凝土，kc=0.5～1.0，取1.0；kd為結(jié)構(gòu)調(diào)整系數(shù)，對于矩形截面，kd=0.85～1.00，取1.0；δ為結(jié)構(gòu)物壁厚，m；B為結(jié)構(gòu)物內(nèi)徑(圓形)或邊長(矩形)，m；L為結(jié)構(gòu)物的長度或高度，m。如表1。

表1 水壓爆破藥包藥量計算表

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→測量布孔→搭設(shè)施工作業(yè)平臺→鉆孔施工→注水→裝藥→連線→起爆→水下清渣。

3.2 操作要點

3.2.1 測量布孔

在裝配式拱橋水壓爆破拆除中各構(gòu)件開孔位置由設(shè)計方案確定，結(jié)合原始橋梁竣工資料和現(xiàn)場實際位置確定測量定位出各構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸等技術(shù)參數(shù)，然后計算設(shè)計出最佳的鉆孔裝藥位置，并用油漆等材料標記清楚。

3.2.2 搭設(shè)施工作業(yè)平臺

拱橋拱圈都是以一定弧度安裝在兩端拱座之上，且拱圈上有許多傾斜構(gòu)件連接橋面將橋面荷載傳遞到拱圈之上，要成功拆除這類裝配式拱橋必須在這些傾斜構(gòu)件及拱圈上鉆孔施工。

3.2.3 周邊建筑防護施工

根據(jù)被拆除橋梁兩端建筑物分布情況，在建構(gòu)筑物前搭設(shè)獨立腳手架，腳手架的高度由拆除橋梁與被保護建構(gòu)筑物的相對高度以及所承受荷載和爆破沖擊波計算確定。

3.2.4 鉆孔施工

拱橋各構(gòu)件箱體鉆孔的大小由設(shè)計藥包的直徑大小、注水管路、鉆孔設(shè)備的型號等因素綜合確定，施工中的具體要求有如下幾點：

圖3 箱體藥包布置圖

（1）確保施工現(xiàn)場電通、水通，在鉆孔過程中冷卻水具有對切割設(shè)備本身進行降溫及避免揚塵的作用；

（2）在鉆孔區(qū)域周圍砌筑排水設(shè)施，有序組織排水，防止施工用水污染周圍環(huán)境；

（3）依據(jù)設(shè)計方案圖紙及現(xiàn)場實地勘測，工程技術(shù)人員將水鉆鉆孔施工圖分發(fā)給現(xiàn)場施工人員，并在各施工構(gòu)件上準確繪制出鉆孔的位置并加以保護；

（4）根據(jù)鉆孔孔位選擇合理的位置，用膨脹螺栓緊固設(shè)備底座的方法固定水鉆設(shè)備，并將水鉆供電線路、供水管安裝到位；

（5）水鉆鉆孔施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況（特別是鉆鑿到鋼筋和混凝土不同介質(zhì)時）及時調(diào)整鉆頭壓力，以防卡鉆；

（6）對于墩柱、豎桿等豎向長度較長的桿件宜采用地質(zhì)鉆孔的方式施工，將豎向桿件的每一個箱體都打通，最后將加工完成的套管插入豎向桿件內(nèi)，以便各箱體注水后能準確地將藥包安裝在預(yù)定位置。

3.2.5 安裝注水系統(tǒng)進行注水

水壓爆破拆除的橋梁大多是年久失修或已經(jīng)成為危橋，其承載能力已不能滿足原設(shè)計荷載。因此，在施工過程中須避免各箱體注水量還未達到橋梁的承載能力時發(fā)生垮塌，所以盛水裝藥前進行注水實驗是十分必要的，通過注水實驗還可以檢驗橋梁各個箱體是否漏水。

3.2.6 藥包安裝與網(wǎng)路連接

（1）準確計算出各構(gòu)件箱體水壓爆破藥包的藥量，并加工成近似球形藥包，用竹板等材料輔助將藥包準確安裝到各箱體的中心位置（箱體藥包布置如圖3所示）。

（2）起爆網(wǎng)路采用兩套非電網(wǎng)路起爆。一路采用塑料導爆管雷管分區(qū)起爆；另一路采用導爆索起爆，每個分區(qū)再用延時導爆管延時起爆。

（3）使用木塞等材料將裝藥連線后的各箱體注滿水后封堵。

（4）分別使用熟料導爆管和導爆索將兩套獨立的起爆系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)到總的起爆系統(tǒng)，最后使用電爆網(wǎng)路起爆。

3.3 監(jiān)測技術(shù)與分析

為確保大橋爆破施工安全的關(guān)鍵是橋梁關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測，主要是在各構(gòu)件箱體注水過程中橋梁各承重部位的變形值，并與分析計算值比較，及時反饋指導設(shè)計和施工。主要的監(jiān)測內(nèi)容參見表2。

表2 監(jiān)測項目匯總表

4 質(zhì)量、安全控制措施

4.1 工程質(zhì)量控制要求

水壓爆破中各構(gòu)件箱體的鉆孔位置必須開鑿在各箱體的幾何中心位置，然后在箱體中的注水高度必須保持在3/4容積以上，以保證炸藥爆炸的沖擊波能通過水的傳播均勻的作用在箱體上，最后炸藥包必須加工成近視球狀藥包，且保證安裝在箱體的幾何中心位置[3]。

4.2 質(zhì)量保證措施

首先在實施鉆孔前必須將實物與原設(shè)計圖紙對照，用測量工具準確標記出箱體鉆孔面幾何中心，其次在各構(gòu)件鉆孔完成后將炸藥包固定綁扎在竹片上，并以下套管的方式將炸藥包固定在各構(gòu)件箱體的幾何中心位置，避免注水、連線等后續(xù)工作影響炸藥包的安裝位置，最后各箱體在注水前進行注水實驗，發(fā)現(xiàn)有滲漏水的構(gòu)件及時采用堵漏材料封堵滲漏水，對于無法堵漏的構(gòu)件采用注水后持續(xù)注水的方式，保證箱體中水壓爆破的盛水高度，如圖4。

4.3 安全措施

圖4 拱圈封堵滲水

在大橋施工前必須在施工部位搭設(shè)安全作業(yè)平臺，以便安裝施工機具和作業(yè)人員進出，并在大橋的臨空面安裝安全防護網(wǎng)。對大橋兩側(cè)被保護建（構(gòu)）筑物采用搭設(shè)獨立雙排腳手架，面向大橋側(cè)滿掛竹跳板預(yù)防飛石，被保護建（構(gòu)）筑物前滿掛彩條布預(yù)防粉塵的方式進行防護。在爆破前將兩側(cè)居民撤離至安全地點，并將建（構(gòu)）筑物的門窗打開，以防爆炸沖擊波對門窗造成損壞。在大橋爆破部位的外側(cè)采用滿掛竹笆、竹跳板等材料進行主動防護[4]，如圖5。

圖5 安全防護

5 結(jié)語

采用水壓爆破技術(shù)爆破拆除裝配式拱橋，避免了塔吊、架橋機等大型設(shè)備的使用，節(jié)約了各種大型設(shè)備的租賃、進出場及安裝費用，施工產(chǎn)生的振動、噪音、粉塵等有害效應(yīng)得到了最大限度的降低，避免了拆除過程中危橋?qū)κ┕C械及施工人員的安全造成影響。

由于采用的是水壓爆破技術(shù)拆除橋梁，爆破壓力通過水均勻的作用在鋼筋混凝土的箱體上，能夠使混凝土與鋼筋骨架很好的脫離，爆后大大的節(jié)約水下清渣的費用和提高了鋼筋的回收率，取得了良好的經(jīng)濟效益。

[1]付宏偉.水壓爆破應(yīng)力波傳播及破煤巖機制研究[D].重慶：重慶大學，2015.

[2]汪旭光，于亞倫.拆除爆破理論與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2008：132-133.

[3]顧毅成，史雅語，金驥良.工程爆破安全[M].合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2009：301-302.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB6722-2014爆破安全規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2014.

責任編輯：孫蘇,李紅

生態(tài)城市

重慶海綿城市建設(shè)順利推進

“海綿城市”是以海綿比喻城市的雨澇調(diào)蓄能力，它是“生態(tài)治水”的新方式，突破了“以排為主”的傳統(tǒng)雨水管理理念，有助于防止城市內(nèi)澇。重慶市2015年在兩江新區(qū)啟動海綿城市國家級試點以來，截至去年底，悅來新城已完成投資18億元，完工3.5萬平方米；萬州、秀山、璧山3個市級試點建設(shè)也全面啟動。

（摘自：《重慶日報》）

Application of Water Pressure Blasting Technology in Fujiang Bridge of Tongnan

This paper introduces the full technological flow of water pressure blasting to demolish fabricated arch bridges.The difficulties like hollow arch and thin-walled components existing in the blasting demolition construction of fabricated arch bridges make the drilling construction hard and time-consuming.The blasting method of"pre-pouring water into components and then placing explosive packages"can make the reinforced concrete components fully disentangled influenced by the shock wave,thus,fast demolishing dangerous or old bridges.

water pressure blasting;fabricated arch bridge;blasting demolition;concrete;shock wave

U445.6

A

1671-9107（2017）03-0055-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.055

2017-01-04

汪小艷（1985-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事工程爆破與施工管理工作。