復(fù)雜環(huán)境下鋼筋混凝土箱形拱橋的拆除爆破技術(shù)研究

王守偉

（重慶市公安局，重慶 401147）

1 工程概況

巫溪大橋位于重慶市省道S102巫溪縣渝巫路K488+237處，跨越大寧河，是一座懸鏈線混凝土雙曲拱橋，實(shí)測(cè)橋梁全長(zhǎng)133.20m，該橋設(shè)12孔腹孔，主拱圈線形為懸鏈線，混凝土雙曲拱橋，凈跨110m，矢跨比1/8，拱軸系數(shù)為4.328，橋面凈寬7+2×0.75m。

大橋主跨由六片拱肋組成，拱肋間設(shè)有鋼筋混凝土橫聯(lián)。橋面分三段，分別為空心板段（長(zhǎng)39.55m），Π型梁段（長(zhǎng)34m），空心板段（長(zhǎng)53.75m），大橋左岸有14m引橋，右岸有3.65m橋臺(tái)。待拆除橋梁如圖1所示。

大橋右岸橋頭兩側(cè)與房屋緊鄰，均為磚混結(jié)構(gòu)，最近處相隔僅1.8m。右岸橋頭東側(cè)20m為交通局路政大隊(duì)，橋臺(tái)基礎(chǔ)與路政大隊(duì)房屋基礎(chǔ)位于同一基巖上。大橋上游平行5m遠(yuǎn)處，有架空過江污水管，管徑為20cm，與橋面垂直高差8m。爆破要求周邊建構(gòu)筑物不受損壞，且垮塌后不得影響阻斷水流，形成堰塞湖。

圖1 待拆除橋梁

2 爆破拆除方案

2.1 爆破技術(shù)難點(diǎn)

待拆大橋最近僅1.8m處為磚混結(jié)構(gòu)房屋，上游5m處為平行于待拆大橋的污水管道及其便橋，如何確保不對(duì)房屋和污水

待拆大橋中間Π形梁段橋面位于河道上方，如何有效控制爆渣塊度、實(shí)現(xiàn)粉碎性爆破拆除，避免垮塌后爆堆，阻斷河道形成堰塞湖，是難點(diǎn)二；

巫溪側(cè)橋臺(tái)基礎(chǔ)與旁邊路政大隊(duì)房屋基礎(chǔ)位于同一基巖上，如何保證主拱拱腳爆破及坍塌時(shí)不對(duì)基巖產(chǎn)生影響，是難點(diǎn)三。

2.2 爆破總體方案

大橋拱肋和橋面等均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用淺孔爆破方式。

爆破拆除部分為主拱及大橋中間Π形梁段橋面，其中Π形梁段橋面爆破拆除實(shí)心部分由橋面直接鉆孔至拱肋內(nèi)部，空心部分采用水壓爆破[1-2]。

由于巫溪側(cè)橋臺(tái)基礎(chǔ)與旁邊路政大隊(duì)房屋基礎(chǔ)位于同一基巖上，大橋右岸拱腳爆破分兩部分，首先在拱腳根部采用弱松動(dòng)爆破（混凝土破碎未脫籠，避免損傷拱腳基巖），形成1m寬力學(xué)鉸（類似櫥柜門的“鉸鏈”），在大橋中間段爆破后，使得剩余結(jié)構(gòu)有圍繞“鉸鏈”向中部?jī)A倒的趨勢(shì)；在“鉸鏈”上，沿拱肋5～10m位置，再采用完全爆破方式（混凝土粉碎，脫離鋼筋籠）布孔，在“鉸鏈”位置起爆750ms后，最后起爆。

大橋左岸拱腳采用粉碎爆破方式拆除第一腹孔和第二腹孔橋拱。

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）橋面、拱肋

①鉆孔直徑D=42mm；②最小抵抗線W=B/2（B為拱肋厚度）；③孔間距a=0.9B；④孔深：橋面：主要是Π形梁部分，由橋面直接鉆至拱肋內(nèi)部，拱肋底部保留0.3m，炮孔深度在2.1～2.8m；拱肋：主要分布于主拱拱腳，孔深1.62m。⑤拱肋主要采用間隔裝藥，炸藥單耗2.2kg/m3，單藥包藥量100g。拱腳“鉸鏈”位置，炸藥單耗1.0kg/m3，單藥包藥量50g。

（2）橋拱

橋拱桁式構(gòu)件的形狀為長(zhǎng)方形柱體，其內(nèi)腔為長(zhǎng)方體空腔，其壁厚10～18cm，根據(jù)實(shí)際條件，炸藥放在方形空腔內(nèi)，如圖2所示，采用水壓爆破[3-6]。

圖2 水壓爆破模型示意圖

考慮長(zhǎng)筒形結(jié)構(gòu)物形狀尺寸，可按下列公式計(jì)算：

式中：Q為裝藥量，kg；Kb為與爆破方式有關(guān)的系數(shù)，敞口爆破時(shí)，Kb=0.9～1.2，閉口爆破時(shí)，Kb=0.7～1.0，取1.0；Kc為結(jié)構(gòu)物材質(zhì)系數(shù)，對(duì)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(duì)于矩形截面，Kd=0.85～1.0，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(zhǎng)（矩形），m；L為結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)度或高度，m。

由于空心部分寬1.05m，最高1.09m，最低0.28m，所以裝藥藥包間隔1m，以中間線為起點(diǎn)，0～6m裝藥200g，6～12m，裝藥300g，12～17m，裝藥400g。

橋面、拱肋布孔及裝藥結(jié)構(gòu)如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 Π形梁段橋面布孔剖面圖（cm）

圖4 炮孔分布圖（cm）

圖5 拱肋布孔圖（cm）

圖6 拱肋裝藥圖（拱上，cm）

2.4 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)橋梁按照設(shè)計(jì)方式安全垮塌，同時(shí)控制爆破產(chǎn)生的震動(dòng)、飛石等的不利影響，采取一次點(diǎn)火、分段起爆的總體起爆方案，橋上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)同時(shí)起爆。起爆順序由橋中間向橋兩端起爆，段別從低到高。起爆網(wǎng)路系統(tǒng)前端的導(dǎo)爆管雷管分兩級(jí)簇聯(lián)，簇聯(lián)的引爆雷管用瞬發(fā)電雷管起爆，孔深超過1m的炮孔，采用間隔裝藥，藥包間用導(dǎo)爆索連接[2-6]。

該項(xiàng)目采用的毫秒導(dǎo)爆管雷管為：MS1、MS3、MS5、MS7、MS13段（圖7）。

圖7 段別分布圖

3 爆破安全校核與防護(hù)

3.1 爆破地震有害效應(yīng)安全驗(yàn)算

《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）[6]規(guī)定，評(píng)價(jià)爆破對(duì)不同類型建（構(gòu)）筑物和其它保護(hù)對(duì)象的振動(dòng)影響，應(yīng)采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為判別標(biāo)準(zhǔn)。爆破時(shí)引起的建筑物地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度V可按下式計(jì)算：

式中：Q為單段最大藥量，kg；R為爆心距，m；K、a為受地形、地質(zhì)條件影響的系數(shù)，對(duì)于本拆除爆破取K=50，a=1.5。

該工程重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象為左岸兩側(cè)民房，該工程最大齊爆藥量位于橋中間，齊爆藥量456kg，與最近民房直線距離約70m，計(jì)算得V1=1.8cm/s；左岸拱腳MS5段先起爆，齊爆炮孔6個(gè)，單孔藥量120g，齊爆藥量0.72kg，爆破中心點(diǎn)與最近民房直線距離約8m，計(jì)算得V2=1.8cm/s；右岸拱腳MS5段齊爆藥量6kg，該位置爆破中心點(diǎn)距離路政大隊(duì)房屋直線30m，計(jì)算得V3=0.7cm/s；以上數(shù)據(jù)均滿足一般民用建筑抗震要求，且對(duì)于拆除爆破，爆破體與被保護(hù)對(duì)象非直接接觸，振動(dòng)波經(jīng)地面?zhèn)鞑ズ?，?huì)有很大的衰減，所以爆破引起的民房位置振動(dòng)實(shí)際會(huì)遠(yuǎn)小于1.8cm/s。

3.2 飛石對(duì)人員的安全距離

爆破飛石距離（L）與單耗（q）的關(guān)系為

依照爆破大橋最大所需炸藥單耗q=2.2kg/m3，可以計(jì)算得L=110m。

3.3 觸地震動(dòng)安全校核

大橋塌落觸地沖擊震動(dòng)速度由下式計(jì)算[7]：

式中：Vt為塌落引起的地面振動(dòng)速度，cm/s；M為下落構(gòu)件的質(zhì)量，該工程中為主拱及其上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，M≈2000t；g為重力加速度，取為9.8m/s2；H為構(gòu)件的高度，該工程中H=15m；σ為地面介質(zhì)的破壞強(qiáng)度，取為10MPa；R為觀測(cè)點(diǎn)至沖擊地面中心的距離，該工程R＝50m；Kt為塌落振動(dòng)速度衰減系數(shù)，參考類似工程，Kt=1.1；β為塌落振動(dòng)速度衰減指數(shù)，一般取-1.66～1.80，參考類似工程，該工程中β=-1.66。

由公式（4）計(jì)算得大橋垮塌后造成的爆破振速為Vt=0.5cm/s。該值小于《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）[6]規(guī)定的磚混結(jié)構(gòu)建筑的安全振動(dòng)速度最小允許值2.0cm/s（主振頻率＜10Hz）。

3.4 安全防護(hù)措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破特點(diǎn)及爆破安全控制要求，現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)措施如下：

（1）在橋體裝藥部位采用竹跳板+鋼絲網(wǎng)包裹，橋面和橋拱裝藥部位鋪沙袋[3-4]；（2）污水管道用竹跳板覆蓋，支撐立柱下部堆渣，與原墩座持平，并鋪輪胎；（3）大橋左岸上游方向民房爆破前將違章建筑部分和人行道拆除，下游方向民房在底部支撐柱間修建鋼筋混凝土剪力墻，并在外圍搭設(shè)防護(hù)架；（4）左岸第一腹孔拱腳兩側(cè)與緊臨的民房之間采取減震孔[5-6]，盡量降低爆破對(duì)民房的擾動(dòng)。

圖8 橋梁爆破過程及爆破效果

4 爆破效果

該橋梁于2017年5月24日上午10時(shí)起爆。爆破后，大橋按照設(shè)計(jì)完全垮塌，主要爆破點(diǎn)均按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)爆，“鉸鏈”的設(shè)置起到了較好的作用，爆破過程及效果如圖8所示。飛石得到了有效控制，爆堆落地飛濺最大距離5m，保證了相鄰房屋的安全，跨江部分爆渣未阻礙航道。在兩橋頭兩側(cè)房屋、污水管道等位置布設(shè)了8個(gè)測(cè)振點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)距爆源最近距離為1.2～20m，測(cè)得最大振動(dòng)速度幅值為1.59cm/s，小于規(guī)范中規(guī)定的安全振速值2.0cm/s。

5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）通過水壓爆破和淺孔控制爆破相結(jié)合，有效控制了爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)，避免了對(duì)周邊的建構(gòu)筑物和設(shè)施設(shè)備造成危害；實(shí)現(xiàn)了粉碎性爆破拆除，避免爆渣堵塞河道；

（2）創(chuàng)造性地采用了“力學(xué)鉸”的設(shè)計(jì)原理，避免大橋爆破及坍塌過程中，對(duì)其位于同一基巖的房屋基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動(dòng)和破壞。

該爆破拆除技術(shù)可廣泛應(yīng)用于通航航道、城市市區(qū)等復(fù)雜環(huán)境下的橋梁爆破拆除，為類似項(xiàng)目提供了可靠的爆破設(shè)計(jì)和施工參考。