500 kV高壓線下預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋拆除爆破

劉貴軍，汪海波，宗 琦

(1. 中冶(貴州)建設(shè)投資發(fā)展有限公司，貴陽(yáng) 550003；2. 安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 工程概況

貴州省天(柱)黃(平)高速公路鎮(zhèn)遠(yuǎn)北互通匝A跨主線橋因線路改變，需拆除。橋梁長(zhǎng)94 m，上部結(jié)構(gòu)為(23+35+23)m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁；橋墩為鋼筋混凝土三柱墩，高6.484 m，直徑1.4 m；橋臺(tái)為素混凝土重力式U臺(tái)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線已張拉、灌漿。橋梁位于斜坡地帶，周圍有自建料場(chǎng)、拌合站及配套設(shè)施距橋梁起點(diǎn)40～50 m，橋梁上方30 m有500 kV高壓線斜穿，橋梁結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境如圖1所示。

圖1 待拆橋梁及周邊環(huán)境Fig.1 The bridge to be demolished and surrounding environment

2 工程特點(diǎn)及對(duì)策

待拆橋梁位于野外，周圍環(huán)境較為簡(jiǎn)單，橋梁上方30 m有500 kV高壓線斜穿，要求嚴(yán)格控制飛石。同時(shí)，該橋梁為新建橋梁，混凝土強(qiáng)度高，其中箱梁共有4道腹板，每道腹板設(shè)計(jì)了2排，每排3根預(yù)應(yīng)力鋼絞線，所有鋼絞線均已張拉、灌漿，使得箱梁整體性好。針對(duì)上述特點(diǎn)，采用相應(yīng)對(duì)策。

1)先起爆橋墩炮孔。由上覆箱梁遮擋飛石，減少向上飛石，這樣就不會(huì)危及高壓線。

2)爆破折斷箱梁。設(shè)計(jì)2個(gè)爆破區(qū)，為避免鋼絞線的拉應(yīng)力造成箱梁不垮落，增大箱梁爆破區(qū)域范圍至1.5 m，并控制箱梁炮孔的裝藥量，加強(qiáng)填塞?？卓诓捎蒙炒演d，抑制向上的飛石。

3 技術(shù)方案

根據(jù)待拆橋梁特點(diǎn)和周圍環(huán)境情況，參考相關(guān)橋梁拆除爆破經(jīng)驗(yàn)[1-3]確定總體方案。

1)采用定向控制爆破技術(shù)，破壞箱梁、墩柱和橋臺(tái)，利用箱梁自重整體垮落。箱梁、墩柱采用淺孔爆破，橋臺(tái)采用深孔松動(dòng)爆破。

2)墩柱支座中心線兩邊1.5 m范圍內(nèi)箱梁為實(shí)體，為了箱梁順利垮落，對(duì)1、2號(hào)墩柱向跨中方向進(jìn)行爆破，箱梁僅破斷，落地后采用冷開解體，減少飛石危害。

3)嚴(yán)密防護(hù)，將飛石、空氣沖擊波等控制在安全范圍內(nèi)。

根據(jù)工程特點(diǎn)和相關(guān)橋梁拆除爆破經(jīng)驗(yàn)[4-6]，將爆破區(qū)域劃分為6塊(見圖2)。

圖2 爆破區(qū)域劃分Fig.2 Blasting area division

4 爆破設(shè)計(jì)

4.1 鉆孔爆破器材

1)箱梁、墩柱、橋臺(tái)采用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，鉆頭直徑40 mm。

2)采用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格φ32 mm×200 mm×200 g；MS1～ MS3段延時(shí)導(dǎo)爆管雷管。

4.2 墩柱與箱梁腹板爆破參數(shù)

1)孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)。墩柱直徑1.4 m，墩柱總高6.484 m，兩道系梁間距5.4 m，且系梁與墩柱連接處鋼筋密集，因此只爆破系梁間的1、2號(hào)墩柱，炸高取5.4 m。每個(gè)墩柱各布置10排炮孔，1個(gè)墩柱炮孔總數(shù)30個(gè)，炮孔間距0.3 m。為了充分破碎、保證橋面下沉及爆后殘?bào)w清理，每排布置3個(gè)炮孔，最小抵抗線設(shè)計(jì)為0.4 m。炮孔均垂直于墩身(即沿徑向鉆孔)，具體布孔參數(shù)如圖3所示。

圖3 墩柱炮孔布置(平面)Fig.3 Blastholes layout of pier

箱梁共設(shè)置4道高200 cm的腹板，距墩柱支座中心線1.5 ～ 3.5 m范圍內(nèi)，箱梁腹板厚70 cm；距支座中心線1.5 m范圍內(nèi)，箱梁為實(shí)心鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為保證箱梁順利塌落，從距支座中心線1.5 m起布置炮孔，炮孔由墩柱向跨中布置，間距50 cm；為避免飛石，按松動(dòng)爆破設(shè)計(jì)，中間腹板兩邊減小裝藥量；為保證爆破效果，采用分段間隔裝藥，具體劃分如圖4所示。

圖4 箱梁腹板炮孔布置Fig.4 Blastholes layout of box girder webs

2)裝藥量計(jì)算。炸藥量按體積藥量公式[3]計(jì)算(Q=qV，其中Q為單孔裝藥量，q為炸藥單耗，V為單個(gè)炮孔負(fù)擔(dān)的爆破體積)，腹板爆破后會(huì)產(chǎn)生向上的飛石，危及高壓線，故裝藥量以松動(dòng)爆破計(jì)量，具體爆破參數(shù)如表1所示。為確保爆破效果，每個(gè)墩柱底部3排(從地面往上數(shù)的第1、2、3排)中間炮孔增加1卷炸藥，即裝藥0.8 kg。

表1 墩柱與箱梁腹板爆破參數(shù)

注：L1為墩柱沿徑向中間炮孔深度；L2為墩柱沿徑向兩側(cè)炮孔深度；Q1為墩柱沿徑向中間炮孔單孔裝藥量；Q2為墩柱沿徑向兩側(cè)炮孔單孔裝藥量。

4.3 橋臺(tái)爆破參數(shù)

橋臺(tái)截面為梯形，0#橋臺(tái)長(zhǎng)16.50 m，上部壁寬0.8 m，下部壁寬4.681 m，高7.662 m；側(cè)墻長(zhǎng)7.0 m，上部壁寬0.50 m，下部壁寬3.055 m，高6.462 m。3#橋臺(tái)長(zhǎng)16.5 m，上部壁寬0.8 m，下部壁寬3.68 m，高4.62 m；側(cè)墻長(zhǎng)6.0 m，上部壁寬0.50 m，下部壁寬2.041 m，高4.62 m。

1)孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)。橋臺(tái)采用松動(dòng)爆破，鉆頭直徑40 mm，鉆機(jī)一次鉆全深爆破。在橋臺(tái)與側(cè)墻上各布置2排炮孔，其中，橋臺(tái)炮孔孔口間距1.0 m，側(cè)墻炮孔孔口間距0.7 m。

2)裝藥量計(jì)算。因?yàn)闃蚺_(tái)拆除按松動(dòng)爆破設(shè)計(jì)，所以炸藥單耗取0.7 kg/m3。由于橋臺(tái)下部尺寸最大，裝藥量適當(dāng)增強(qiáng)，從而保證橋臺(tái)的破壞失穩(wěn)。0#橋臺(tái)的高度較大，分3段間隔裝藥，采用下部加強(qiáng)裝藥、中部常規(guī)裝藥、上部減弱裝藥的方式；3#橋臺(tái)尺寸相比較小，分2段間隔裝藥，橋臺(tái)的具體爆破參數(shù)如表2所示。

表2 橋臺(tái)爆破參數(shù)

4.4 裝藥結(jié)構(gòu)

墩柱炮孔采用正向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥后剩余炮孔長(zhǎng)度用炮泥填塞密實(shí)(見圖3)。

橋臺(tái)、腹板采用空氣間隔分段裝藥，每段1個(gè)起爆藥包，起爆藥包和藥卷按設(shè)計(jì)裝藥量和間隔長(zhǎng)度綁扎在竹片上，放入炮孔中，再用黃泥填塞密實(shí)炮孔，其中橋臺(tái)炮孔填塞長(zhǎng)度不小于2 m(見圖4)。

4.5 起爆網(wǎng)路

采用導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)，為保證箱梁塌落，先爆破橋臺(tái)，再爆破墩柱和腹板。為減小先爆區(qū)域?qū)蟊瑓^(qū)域網(wǎng)路、防護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，采用孔內(nèi)短延時(shí)爆破。橋臺(tái)炮孔采用MS1段導(dǎo)爆管雷管，墩柱和腹板炮孔采用MS3段導(dǎo)爆管雷管；分段裝藥炮孔采用同一段別雷管。所有炮孔采用“大把抓”連接，接力雷管采用MS2段導(dǎo)爆管雷管。

5 防護(hù)設(shè)計(jì)與爆破安全校核

5.1 防護(hù)設(shè)計(jì)

爆區(qū)周圍有拌合站、500 kV高壓線等重要結(jié)構(gòu)設(shè)施，必須避免飛石、沖擊波造成危害[7]。

1)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)藥量、間隔長(zhǎng)度和填塞長(zhǎng)度裝藥。裝藥前，復(fù)核每個(gè)炮孔深度，因?yàn)樯疃炔蛔慊騼A角差異導(dǎo)致最小抵抗線變化時(shí)減小裝藥量。

2)采用黃泥填塞密實(shí)，不能夾雜碎石。

3)墩柱裝藥段包裹多層草袋、竹笆。箱梁爆破區(qū)和橋臺(tái)炮孔孔口壓土袋。

4)爆破區(qū)域搭設(shè)帶斜撐的鋼管腳手架，腳手架上掛建筑模板遮擋。

5)清理橋面碎石等雜物，避免形成飛石。

5.2 爆破安全校核

1)爆破振動(dòng)。爆破總藥量小，且分散在眾多炮孔中，周圍無(wú)重要建(構(gòu))筑物，爆破振動(dòng)不會(huì)造成危害。

場(chǎng)地為開挖的土層、松軟，爆破后的箱梁塌落在墩柱爆堆上，不會(huì)直接沖擊地面，塌落振動(dòng)強(qiáng)度能夠滿足要求[8]。

2)飛石和沖擊波。爆破采用分散裝藥，有覆蓋物防護(hù)，可降低爆破碎塊飛散、沖擊波的作用強(qiáng)度，不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成危害。

3)爆破噪音控制。國(guó)內(nèi)外眾多的拆除控制爆破經(jīng)驗(yàn)表明，拆除爆破時(shí)的噪音在距爆源10 m以外不會(huì)超過(guò)100 dB，故不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來(lái)有害影響。

6 爆破效果與體會(huì)

爆破過(guò)程與效果如圖5～圖6所示。

圖5 橋梁爆破拆除倒塌過(guò)程Fig.5 Collapse process of the bridge blasting

圖6 墩柱和橋臺(tái)破碎情況Fig.6 Fragmentation of pier and abutment

爆破后，橋梁上方的500 kV高壓線和周圍的拌合站及配套設(shè)施完好無(wú)損。從圖5～圖6的爆破過(guò)程和破碎程度可以看出，墩柱炸高范圍內(nèi)鋼筋混凝土已破壞、解體，箱梁腹板切割整齊，說(shuō)明爆破參數(shù)設(shè)計(jì)充分合理。該預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋拆除爆破體會(huì)如下。

1)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁橋結(jié)構(gòu)完整性好，配筋密、混凝土強(qiáng)度高，爆破時(shí)墩柱應(yīng)保證足夠的炸高和合理的炸藥單耗，使混凝土破碎飛出，鋼筋屈服。

2)箱梁不同位置處內(nèi)部結(jié)構(gòu)和腹板厚度差異很大，可選擇薄弱處鉆孔爆破解體；多道腹板時(shí)，中間腹板和兩側(cè)腹板應(yīng)分別設(shè)計(jì)。腹板厚度較薄時(shí)可采用水壓爆破，減少二次破碎工作量。

3)橋臺(tái)采用松動(dòng)爆破，可使用潛孔鉆機(jī)鉆鑿50 mm以上的鉆孔，減少鉆孔數(shù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度。