復(fù)雜結(jié)構(gòu)局部混凝土拆除施工技術(shù)

徐申飛 石源源

（中國水利水電第十一工程局有限公司 鄭州市 450001）

1 工程概述

涔天河水庫擴建工程位于湘水支流瀟水上游涔天河峽谷出口處，永州市江華瑤族自治縣東田鎮(zhèn)境內(nèi)，下距江華縣城12 km。工程是以灌溉、防洪、向湘江下游長株潭河段補水為主，兼顧發(fā)電、航運等綜合利用的大型水利水電工程。水庫正常蓄水位為313.0m，總庫容為15.1億m3。涔天河水庫擴建工程為Ⅰ等大（Ⅰ）型水利水電樞紐工程，大壩、泄洪建筑物等為1級建筑物，電站廠房為3級建筑物。

本工程導(dǎo)流洞與永久泄洪建筑物2#泄洪洞相結(jié)合，全長921m，縱坡2%，采用出口挑流鼻坎消能。2014年5月11日水庫水位達到250.5m（黃海、下同）時，導(dǎo)流洞出口流態(tài)出現(xiàn)異常，導(dǎo)流洞出口形成壓力流，出現(xiàn)氣爆現(xiàn)象，水庫水位達到251.3m時，導(dǎo)流洞明渠側(cè)墻頂部開始溢流。這將給導(dǎo)流洞運行帶來安全隱患，需要采取有效的措施加以解決。

2 挑流鼻坎降坎設(shè)計

出口挑流鼻坎長28.76m，寬17.5m，溢流面高差7.5m，由兩個1∶2.567反坡漸變?nèi)求w，中間夾個半徑55m的漸變反弧段，橫斷面成“凹”字型，結(jié)構(gòu)體系非常復(fù)雜。原挑流鼻坎結(jié)構(gòu)見圖1。為了徹底解決導(dǎo)流洞出口流態(tài)異常問題，設(shè)計開展了導(dǎo)流洞補充模型試驗，對多個改造方案的洞口流態(tài)及下游沖刷情況進行了大量的分析研究工作，最終推薦“導(dǎo)流期降低挑流鼻坎”的處理方案，即：拆除挑坎部分混凝土，將挑流主鼻坎及左側(cè)貼坎頂高程均降低至EL 227m。局部拆除后的挑流鼻坎體型見圖2。

圖1 原挑流鼻坎體型

圖2 局部拆除后挑流鼻坎體型

導(dǎo)流洞挑坎拆除只進行中間反弧段和左側(cè)三角體局部拆除，從EL 234.5高程拆除至EL 227.0。右側(cè)為直立坡，左側(cè)為1∶0.5坡度，底板為平面。拆除部位為鋼筋混凝土，垂直水流面鋼筋為Φ20的螺紋鋼，順水流方向為Φ16的螺紋鋼，鋼筋間排距均為20 cm，混凝土保護層厚10 cm，混凝土為C40HF抗沖耐磨混凝土，本次拆除的鋼筋混凝土約為280m3，拆除部分與母體的接觸面積約為150m2。

3 挑流鼻坎降坎拆除方案比選

3.1 施工重點和難點

（1）根據(jù)業(yè)主和設(shè)計提供的挑流鼻坎拆除窗口時間為2014年10月16日至2014年10月30日，即老壩放水時段，只有15天時間，工期緊，任務(wù)重。

（2）挑流鼻坎體型多變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋密集，混凝土標號高，且母體進行局部拆除后要作為永久結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用，施工難度大，質(zhì)量要求高。

（3）導(dǎo)流洞施工期的最大流速為15m/s，挑流鼻坎進行降坎拆除后，接觸面將作為過流面使用，對接觸面平整度要求較高。

3.2 挑流鼻坎降坎拆除方案比選

根據(jù)挑流鼻坎降坎拆除施工的重點和難度，結(jié)本工程實際情況，擬定了3個方案進行比選。

（1）靜態(tài)爆破劑拆除方案。

該方案首先采用混凝土切割機沿設(shè)計拆除線將母體和拆除體的連接鋼筋割斷，同時在拆除體表面采用混凝土切割機按50 cm間距進行縱橫切割，將鋼筋割斷。然后采用手風(fēng)鉆按30 cm間排距，梅花形鉆豎直孔，清孔后填入靜態(tài)爆破劑進行爆破。該方案的優(yōu)點就是無飛石、無振動、無噪音，對母體損害小。缺點是靜態(tài)爆破劑受外界環(huán)境影響大，爆破效果不穩(wěn)定，目前國內(nèi)成功對大體積鋼筋混凝土拆除的案例還沒有，成功的把握不大，同時施工工期長，成本費用高。

（2）控制爆破拆除方案。

該方案首先采用混凝土切割機沿設(shè)計拆除線將母體和拆除體的連接鋼筋割斷。然后沿切割線布置豎直和水平預(yù)留孔進行預(yù)留爆破，最后在拆除體表面梅花形鉆豎直孔，按控制爆破進行拆除。該方案的優(yōu)點是施工工期短，成本較低，控制爆破拆除技術(shù)已是一項成熟施工工藝，可以進行有效的拆除。缺點是該工程只進行局部拆除，母體還將作為永久建筑物使用，爆破震動對母體的損害程度很難預(yù)測，接觸面的平整很難滿足過流面的質(zhì)量要求。

（3）繩鋸切割和控制爆破相結(jié)合拆除方案。

首先采用取芯鉆在切割面設(shè)計特征點鉆設(shè)威也孔，然后采用液壓繩鋸按照設(shè)計拆除面進行切割，最后在拆除體表面梅花形鉆豎直孔，按控制爆破進行拆除。該方案的優(yōu)點是繩鋸切割后的接觸面光滑、平整，能滿足過流面的質(zhì)量要求；先采用繩鋸切割將拆除體與母體脫離后，再進行控制爆破可以大幅度降低爆破震動對母體損傷；工期能滿足要求。缺點是施工成本較高。

經(jīng)過進度、安全、質(zhì)量和經(jīng)濟綜合比較后，挑流鼻坎降坎拆除決定采用繩鋸切割和控制爆破相結(jié)合的方法進行拆除。

4 混凝土拆除施工

4.1 施工程序

導(dǎo)流洞出口挑流鼻坎降坎施工程序見圖3。

圖3 挑流鼻坎降坎施工程序框圖

4.2 施工準備

（1）施工供風(fēng)。

在現(xiàn)場配置2臺20m3移動油動空壓機，供鉆爆用風(fēng)。

（2）施工供水。

在下游河道布置1臺1吋潛水泵直接抽取河水，供繩鋸設(shè)備冷卻使用。

（3）施工用電。

切割設(shè)備、鉆孔設(shè)備和供、排水設(shè)備和照明等，用電負荷約160 kW。從施工支洞出口處1 000 kVA變壓器接線。

（4）施工道路布置。

利用導(dǎo)流洞挑流鼻坎施工道路，作為降坎施工拆除施工道路，同時利用石渣在挑流鼻坎下游出口回填一個4.0m寬的作業(yè)平臺。

（5）導(dǎo)流洞內(nèi)積水排除。

4.3 混凝土切割施工

（1）切割施工工藝流程。

施工準備→測量放線→威也孔鉆設(shè)→繩鋸切割。

（2）施工準備。

①接通水電，做好照明、用水等工作。

②對施工人員進行安全技術(shù)交底，組織施工人員熟悉現(xiàn)場情況。

③向監(jiān)理部上報特種人員上崗證，并對進場設(shè)備進行報驗。

（3）測量放線。

采用全站儀將設(shè)計拆除輪廓線和將威也孔的鉆孔位置放在建筑物實體上，并用紅油漆標識。

（4）威也孔鉆孔。

根據(jù)挑流鼻坎的復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)，將拆除體切割成反弧段和反坡三角體兩塊，為便于繩鋸穿線，在分割交點位置鉆威也孔。孔徑Φ80mm，采用MOD.MQ-405B金剛石鉆機鉆孔。為確保鉆孔精度，將取芯鉆采用膨脹螺栓固定在混凝土面上，開鉆前采用全站儀校正取芯鉆機架設(shè)位置和鉆設(shè)角度。鉆孔完成后再采用全站儀檢查威也孔的進口和出口偏差。威也孔的布置見圖4。

圖4 挑流鼻坎降切割分區(qū)圖

（5）繩鋸切割。

本次拆除部位為異形結(jié)構(gòu)，挑坎部位為漸變反弧，長5.9m，左側(cè)為漸變反坡三角體，長20m。根據(jù)拆除體的體型，分為5個面進行切割，切割成反弧段和反坡三角體兩塊。采用德國進口的混凝土鉆切設(shè)備“塞迪瑪WS-450H”全液壓切割機進行無損靜力切割，切割面劃分見圖4。首先進行1#和2#兩個水平面的切割，水平面切割過程中每隔2.0m插入1個鋼楔子，防止切割完成后脫離體下沉，擠壓切割繩；同時讓脫離體與母體之間形成一定的空隙，減小控制爆破對母體的沖擊。水平面切割完成后，進行3#和4#兩豎直切割面的切割。最后進行5#斜面切割。切割設(shè)備架設(shè)在混凝土面采用進行切割，滑軌、導(dǎo)向輪采用膨脹螺絲固定。

4.4 控制爆破拆除

根據(jù)拆除體的體型特征，爆破拆除分兩個區(qū)進行，首先進行反弧段的爆破，然后進行反坡三角體的爆破。鉆孔采用TY28手風(fēng)鉆，炸藥選用2#巖石炸藥，非電微差毫米雷管引爆，電雷管起爆。采用孔外延時，簇并聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)。

（1）單響藥量計算。

爆破拆除在母體上進行，重點是減小爆破震動對母體的損害。查《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（SL 378-2007）表D.0.3-1爆破質(zhì)點震動安全允許標準。按照新澆大體積混凝土齡期（7~28）d，質(zhì)點振動安全允許速度值為（7.0~12.0）cm/s。取12.0 cm/s進行試算。試算公式：

式中V——質(zhì)點振動速度；

W——爆破裝藥量；

D——爆破區(qū)藥量分布的幾何中心至觀測點或建筑物、防護目標的距離；

K——與場地地質(zhì)條件、巖性特性、爆破條件以及爆破區(qū)與觀測點或建筑物、防護目標等有關(guān)的常數(shù)。

經(jīng)試算單響藥量為4.0 kg。

（2）爆破參數(shù)選擇。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》第2冊進行爆破參數(shù)選擇。

最小抵抗線W值查表4-4-97，按照大體積混凝土取值，取W=60 cm。

炮孔間距a及排距b確定，查表4-4-98，按照鋼筋混凝土取值，取a=90 cm；取b=80 cm。采用梅花型布孔。

爆破孔孔底至保留體的距離E不小于最小抵抗線W。取E=W=60 cm。

（3）單孔爆破藥量計算。

臨空面一排孔的藥量計算：q=KWaH；多排炮孔布置中間各排炮孔的藥量計算：q=KabH。

式中q——單孔裝藥量（g/孔）；

K——單位用藥量（g/m3）；

W——最小抵抗線（m）；

a——炮孔間距（m）；

b——炮孔排距（m）；

H——爆破拆除高度（m）。

（4）裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計。

根據(jù)拆除結(jié)構(gòu)形式及鋼筋的分布形式，為取得較好的爆破效果，爆破孔鉆孔方向垂直于混凝土面，根據(jù)孔深的變化采取分層裝藥，孔深在1.5m以內(nèi)裝藥不分層，孔深（1.5~3.0）m的孔分兩層裝藥，孔深（3.0~5.0）m的分三層裝藥。相鄰兩層藥包的中心間距大于0.3倍的孔深，小于1.5倍的最小抵抗線。炮孔堵塞采用黃泥，長度大于0.75的最小抵抗線。分層裝藥藥包采用導(dǎo)爆索串聯(lián)，非電毫秒雷管起爆。

5 實施效果

導(dǎo)流洞挑流鼻坎于2015年10月16日開始進行施工，10月22日完成混凝土切割任務(wù)，使拆除體與母體順利脫離。10月24日在反弧段進行生產(chǎn)性爆破實驗。震動監(jiān)測點布置見圖5，震動監(jiān)測設(shè)備顯示最大震速v=11.44 cm/s,在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。爆破最大震速見圖6，爆破后的混凝土塊體適中，便于反鏟清理；經(jīng)檢查在距離挑流鼻坎10m處的變形縫沒有發(fā)生位移；渣料清理后母體切割面光滑、平整，沒發(fā)現(xiàn)爆破損害的痕跡，滿足過流面的質(zhì)量要求。經(jīng)綜合分析所選取的爆破參數(shù)和降坎總體方案合理、實用。10月28日完成了剩余部位的拆除，比預(yù)期提前了2天。達到了預(yù)定的進度、質(zhì)量和安全等各項目標。挑流鼻坎降坎后的效果見圖7。

圖5 震動檢測點布置示意圖

圖6 爆破最大震速波形圖

圖7 挑流鼻坎降坎后效果照片

6 結(jié) 語

采用繩鋸切割和控制爆破相結(jié)合的方式進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)局部混凝土拆除，涔天河導(dǎo)流洞挑流鼻坎降坎為首例。該拆除技術(shù)不僅適應(yīng)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)局部鋼筋混凝土拆除，也適應(yīng)于簡單結(jié)構(gòu)局部鋼筋混凝土的拆除。在工程改造、擴建和結(jié)構(gòu)修繕等方面具有很強的適用性，值得類似工程借鑒和推廣。

[1]GB 6722-2011.爆破安全規(guī)程[S].

[2]GB 50010-2002.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SL 378-2007.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].