深水位爆破拆除雙曲拱橋

文輝軍，朱金華，謝續文

(1.湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410012；2.國防科學技術大學， 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 工程結構

永安大橋全長258 m，橋面寬9.4 m。大橋整體結構為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構，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。

橋墩為漿砌塊石結構，其中1、3號橋墩為普通墩，結構尺寸一致，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門面，其中：南側橋臺距民房最近約10 m；北側橋頭距商業門面最近約15 m，距慈利長途汽車站約100 m。周邊建筑物較多，本項爆破工程為復雜環境下的拆除爆破。

2 拆除方案的確定

永安大橋的結構為雙曲拱橋，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，清碴作業受限，綜合考慮大橋拆除的總體要求、周邊環境、橋梁結構現狀以及水文等因素，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，設置較多的爆破部位，以保證橋梁上部結構解體充分。

(3) 采取微差起爆技術，使橋梁的支撐結構受到破壞后，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行清除。

3 爆破設計

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，使用潛孔鉆機鉆19～20 m的孔深，對鉆孔精度要求高，如偏差1°，將會導致孔底產生橫向偏差35 cm，從而使抵抗線發生較大改變，有可能導致飛石過遠，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,須合理設計爆破參數和起爆順序。

(3) 橋梁兩側橋臺附近有較多的建筑物，大部分為磚結構平房，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志，因此，要通過合理的設計和必要的工程措施控制振動。

3.2 爆破部位

根據該橋的結構特點和建設方對爆破拆除的要求，橋體爆破后上部結構要充分解體，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：對腹拱結構中的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 爆破參數選擇

3.3.1 橋墩爆破參數

(1) 1#、3#橋墩爆破參數。橋墩頂部(▽91.5標高)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；水面以下根據水深q取800～1100 g/m3。

(2) 2#橋墩爆破參數。橋墩頂部(▽91.5標高)斷面尺寸為820 cm×750 cm , ▽84.45標高處的斷面尺寸為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

該橋的拱肋為鋼筋混凝土結構，其結構堅固，整體性好，在橋體垮塌后，會保持整體的連續狀態，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。在每個腹拱間的拱肋上鉆4個垂直孔。每跨鉆孔數為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。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 腹拱結構爆破參數

(1) 蓋梁。蓋梁為現澆的鋼筋混凝土結構，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。底梁為現澆鋼筋混凝土結構，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

(1) 1#、3#橋墩爆破參數。墩帽為鋼筋混凝土結構，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。在墩帽上使用手風鉆鉆38 mm炮孔。炮孔布置3排，每排8個。

(2) 2#橋墩爆破參數。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。在墩帽上使用手風鉆鉆Φ38 mm炮孔。炮孔布置9排，每排7個。

3.4 起爆網路設計

為了保證橋梁的上部結構充分解體，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，在起爆網路設計上采用分區段延時起爆技術，將整個橋梁的爆破部位劃分成11個大區段，在每個橋墩上又劃分了3～5個小區段，從橋梁的南側向北側依次起爆(見圖1)。

起爆采取接力式起爆網路，孔內統一使用MS15(延遲時間880 ms)導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

為控制爆破產生的振動，嚴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。爆破產生的振動按公式V=K(Q1/3/R)α計算，對于橋體上部結構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起爆網路

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

依據上述公式計算，不同爆破部位最大同段藥量對最近建筑物可產生的振動速度以及橋體塌落產生的振動計算結果見表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，減少爆破產生的振動。

(2) 每跨間隔450 ms起爆時差，減小橋體落地產生的塌落振動。

(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，大橋按設計的倒塌順序從南側向北側逐跨垮塌(見圖2)，經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置的測振儀，測得最大的振動峰值為0.82 cm/s，測震結果證明了爆破產生的振動符合設計要求。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，根據本工程的實踐，使用履帶鉆車，通過精確設定開孔位置及角度，精心施工，并在鉆孔結束后嚴格驗孔，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，從橋體南側向北側逐跨起爆，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構在自重的作用下產生剪切，使上部結構得到充分的解體。

(3) 通過爆破安全設計和工程手段，可以有效控制爆破產生的振動和橋體塌落時產生的振動，振動監測結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。

參考文獻：

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