控制爆破技術在清河水庫溢洪道閘墩拆除中的應用

劉宏強

(中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

清河水庫除險加固工程位于遼寧省鐵嶺市清河區，是遼河流域的重要水利樞紐工程之一。該工程溢洪道控制段為6×10m開敞式不規則實用堰，溢流堰凈寬60m，堰頂高程126.00m，堰高2.00m；共5個混凝土中墩和2個邊墩，墩頂高程140.60m，中墩長27m，寬2.5m，邊墩長30m，頂寬1.5m，底寬3.1m，為重力式擋土墻結構。該工程上世紀60年代建成，經過50多年運用，閘墩混凝土存在橫向貫縫和剝蝕。本次加固設計自堰體以上拆除5個中墩，自127.00m高程以上拆除邊墩，溢流堰拆除400mm厚表層混凝土，下部堰體保留。閘墩拆除高度最大16.6m，最小13.6m，拆除混凝土方量5800m3。

2 拆除方案

溢洪道在汛期擔任調洪任務，汛末進行拆除與新建施工，次年汛前閘門安裝完成具備正常工作條件，按計劃拆除施工只有45天時間，時間緊，任務重，墩體巨大，用機械拆除困難，故選擇控制爆破拆除。方案為：①中墩拆除采用在閘墩頂部鉆孔、水平預裂、底部預留保護層的方式爆破拆除；②邊墩采用水平預裂爆破技術一次拆除；③拆除前將預留部分與拆除部分混凝土總的鋼筋網切斷，保證保留部位混凝土中的鋼筋不被破壞；④先選擇右邊墩和相鄰一個中墩進行生產性爆破試驗，以檢驗爆破參數，然后根據修正后的爆破參數爆破其他5個閘墩；⑤為了確保保留混凝土和周圍建筑物不受爆破震動波影響、損傷，爆破過程中進行爆破振動監測。

表1 邊墩預裂爆破參數表

表2 中墩預裂爆破參數表

3 生產性爆破試驗

3.1 邊墩爆破設計

3.1.1 邊墩爆破條件與方案

邊墩為重力式擋土墻結構，拆除高度13.6m，頂寬1.5m，底寬3.1m，背坡坡比1∶0.2，混凝土標號C20。控制爆破方案采用密孔、小藥量、預裂爆破，即在拆除線（127.00m高程）鉆設一排水平預裂孔，拆除線以上8m高度范圍布置水平、密孔、小藥量爆破孔，頂部5.6m高度墩體厚度1.5m，依靠底部爆破震動傾塌。爆破前用氧氣焊沿預裂面切斷鋼筋，保證保留部位鋼筋不被破壞。

3.1.2 爆破參數

（1）預裂爆破設計

孔徑：在127.00m高程布置水平預裂孔、減振孔，預裂孔與減振孔間隔布置。YT28手風鉆鉆孔孔徑42mm。

孔距：預裂孔間距宜為孔徑的8～12倍，堅硬巖石取小值。考慮減振孔不裝藥取小值，為了方便施工測量孔距定為300mm。

孔深：預裂孔位置閘墩寬度3.1m，孔底保留300mm厚保護層，預裂孔孔深2.8m，減振孔穿透閘墩。

不耦合系數：炮孔直徑與藥卷直徑的比值建議取2～4，堅硬巖石取小值。炸藥選用乳化炸藥Φ20mm藥卷，不耦合系數為2.1。

線裝藥密度:一般取250 g/m～400g/m，結合孔距等條件取300g/m，每孔裝藥840g。根據閘墩體型，不考慮孔底夾制作用，不增加孔底裝藥。

裝藥結構：將藥卷和導爆索均勻綁扎在竹片上，藥卷間隔距離40mm，孔口用黃泥堵塞300mm。裝藥時將竹片貼住保留混凝土側，可以起到減振緩沖作用。

（2）爆破孔參數

從127.00m高程往上至135.00m高程，每400mm高差用YT28手風鉆鉆設一排水平爆破孔，共計20排孔，孔距400mm，梅花形布置，孔深根據每排孔的閘墩厚度確定，頂排孔深1.2m，底排孔深2.8m，孔底保留300mm厚保護層，孔口堵塞400mm。炸藥選用乳化炸藥Φ32mm藥卷，炸藥單耗選取0.45kg/m3，單孔藥量為86g～202g。

3.2 中墩爆破設計

3.2.1 中墩爆破條件與方案

中墩拆除高度為14.6m～16.6m，底部拆除面與堰面形狀相同，為曲線形狀。中墩采用預留保護層（1000mm）、水平預裂、垂直爆破的方法拆除，保護層分二次開挖，第一次淺孔爆破拆除600mm，第二層人工配合風鎬撬挖400mm。

3.2.2 爆破參數

（1）預裂爆破設計

孔徑：在拆除高程布置水平預裂孔減振孔，孔徑及布置同邊墩。

孔距：同邊墩。

孔深：中墩寬2.5m，孔底保留300mm厚保護層，孔深2.2m，減振孔穿透閘墩。

不耦合系數：同邊墩。

線裝藥密度:同邊墩，取300g/m，每孔裝藥660g。

裝藥結構：同邊墩。

（2）爆破孔參數

在閘墩軸線位置用100B鉆機鉆設一排垂直爆破孔，孔徑Φ90mm，孔距1250mm，孔底距預裂面500mm，孔底500mm填充柔性墊層（鋸末、木塊等），封堵長度3000mm，鉆孔深度13.1m～15.1m。選用Φ50mm藥卷直徑的乳化炸藥，每孔裝藥量按公式：

式中，q——單孔裝藥量，g/孔；

K——單位用藥量，g/m3，取450g/m3；

B——爆破體寬度或厚度，m；

a——炮孔間距，m；

H——爆破體高度，m；

經計算，單孔藥量為18.4kg～21.2kg。

3.3 爆破網絡

從安全角度考慮，同時為了便于控制單響藥量，用非電毫秒微差導爆管起爆網絡，孔內高段位，排間低段位，邊墩和中墩之間用MS5段導爆管連接。爆破孔內裝MS15段導爆管，排間接力用MS3段導爆管，每排的孔間接力用MS2段導爆管，邊墩爆破孔起爆順序由高向低按排依次起爆，單響最大藥量控制在300kg以內。

3.4 爆破振動監測

爆破地震測試儀器采用加拿大Instantel公司生產的Minimate Plus爆破地震監測系統，系統由爆破地震測試儀主機和兩個三向（垂直、徑向和橫向）標準爆破地震速度傳感器組成。

本工程爆破地震測試的目的是監測爆破地震對溢洪道控制段上游導流墻、下游泄槽混凝土邊墻和溢流堰面混凝土的影響程度，以檢驗爆破方法、爆破參數是否合適。根據爆破地震測試的目的和對需要重點保護對象的位置分析，爆破振動測試方案為：

（1）測定控制段上游導流墻上的爆破振動參數，監測爆破地震對導流墻的振動影響，在與邊墩同側的右岸上游導流墻頂部布置2個爆破地震測試點。

（2）測定控制段下游泄槽混凝土邊墻上的爆破振動參數，監測爆破地震對泄槽混凝土邊墻的振動影響，在與邊墩同側的右岸下游泄槽混凝土邊墻上布置2個爆破地震測試點。

（3）測定溢流堰堰面混凝土的爆破振動參數，監測爆破地震對堰面混凝土的振動影響，在下游溢流堰堰面上布置2個爆破地震測試點。

3.5 爆破試驗效果

（1）爆破達到拆除方案預期效果，邊墩頂部混凝土依靠下部爆破振動完全倒塌。

（2）爆破對與邊墩接觸的上下游邊墻緊鄰混凝土有輕度破壞。

（3）爆破后的混凝土塊度滿足裝車運輸，炸藥單耗、孔距等爆破設計參數合適。

（4）混凝土渣清理結束后，預裂爆破效果理想，整個預裂面平整，減振孔起到了預裂導向作用，半孔率達92%，半孔無明顯裂痕。

（5）根據爆破振動監測結果，全部測試結果小于爆破安全允許值（設計要求質點振動速度小于5cm/s），但有2個點最大值接近爆破設計限制。

4 減振措施

根據爆破試驗效果，爆破參數合適，完全能滿足本工程的閘墩拆除要求，主要是對爆破振動的控制。結合爆破試驗和以往施工經驗，在后面5個閘墩的爆破拆除施工中完善加強減振措施，監測數據滿足設計要求，爆破拆除效果非常好。

（1）爆破試驗時右邊墩爆破對與邊墩接觸的上下游邊墻緊鄰混凝土有輕度破壞，在左邊墩爆破施工時，在邊墩側設計了一排預裂孔，爆破時邊墩與邊墻分離不再產生破壞。

（2）控制單響藥量。爆破試驗有2個點振動值接近爆破設計限制，在其他閘墩的爆破施工中嚴格分段延時起爆，將單響最大藥量降低控制在200kg以內，從而降低爆破沖擊波和質點振動速度。

（3）鉆設減振孔。減振孔既可起到減振作用，又可作為預裂孔（切割孔）的誘導孔，確保預裂爆破效果。

（4）設置柔性墊層。在中墩爆破孔孔底500mm長度內填充柔性材料時嚴格執行，消減爆破沖擊波對孔底混凝土的沖擊力，從而達到保護保留部分混凝土的目的。

（5）設置保護層。中墩混凝土爆破拆除時底部預留1000mm厚保護層，加上500mm的柔性墊層等保護措施，有效降低了對保留混凝土的影響。

（6）裝藥結構采用不耦合間隔裝藥結構和Φ20mm小直徑預裂藥卷，增大不耦合系數，消減爆破沖擊波對混凝土的沖擊力峰值，減小破裂區范圍，減弱爆破對基礎混凝土的破壞作用。

（7）采用微差起爆方式。起爆延時差比較合理，減小最大振幅和質點振動速度，控制質點振動速度在設計允許值5cm/s范圍內。

（8）堰面混凝土回填保護層。為避免爆破后的混凝土塊對堰面的破壞（重力沖擊），爆破前在堰面先覆蓋一層100mm厚草墊，然后回填1000mm厚砂礫料，確保堰面混凝土不被砸壞。

5 結語

清河水庫溢洪道閘墩混凝土控制爆破拆除任務提前完成，保留混凝土完好無破壞，拆除面平整，達到預期目的。方案中的生產線爆破試驗、爆破振動測試以及減震措施等都是成功的關鍵，施工時結合爆破施工特點提前在汛期進行鉆孔作業，為后續施工節省了大量時間。施工證明拆除方案是成功的，為類似工程施工提供了借鑒及經驗，適合除險加固等工期緊、工程量大的工程施工，值得應用推廣。陜西水利