鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長沙 410205)

鋼筋混凝土剛架拱橋爆破拆除技術

劉士兵，鄭永澤，賀 攀，程賽珍

(湖南南嶺民爆工程有限公司，湖南長沙 410205)

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，長334 m，主跨為鋼筋混凝土剛架拱橋，引橋為圓柱形橋墩簡支梁橋，大橋位于繁華街區。對圓柱形橋墩、拱肋合理確定了爆破缺口高度及參數，采用了孔內高段延時、孔外毫秒延時、單元毫秒延時接力、雙回路起爆網絡，逐跨延時起爆；采用多層防護措施。通過精心設計和施工獲得了橋梁完全塌落、有效控制爆破危害效應的良好爆破效果。

剛架拱橋；圓柱橋墩；爆破拆除

湖天大橋位于湖南省懷化市湖天大道，起于湖天路K0＋82，止于K0＋416，橋型為(鋼筋混凝土剛架拱橋)＋17×16 m(預應力混凝土空心板)，橋梁全長334 m，由北向南單向0.7%的上坡。橋面凈寬20 m，上部結構主橋采用單孔L＝50 m、主拱矢跨比f/L＝1/8的混凝土剛架拱，由6片拱片組成，拱片之間采用橫系梁連接。主橋的下部采用重力式橋臺(見圖1)。根據相關機構的鑒定和考察，確定湖天大橋的主體結構承載能力不能滿足現行要求，出于對安全的考慮，政府部門決定對該橋進行拆除重建。

圖1 橋梁基本構造

1 環境與結構情況

1.1 周邊環境

橋梁呈南北走向橫跨太平溪，橋梁全長334 m，其中主橋(拱橋)部分50 m，其余為引橋部分，河內水位較淺，水流比較平穩。北側引橋正東面1～2 m處是待拆除的廢棄倉庫，北側橋臺東北方向40 m處為商業高層建筑；北側引橋正西面7 m處為待拆除的二手市場門面，北側橋臺西北方向50 m處為懷化市建筑工程公司；南側引橋正東面13 m處有一雜貨店、28 m處分別是世紀花園小區和都市寶貝幼兒園，南側橋臺正東方向13 m處有一高層建筑居民樓；南側引橋正西面27 m處是湘州酒店、26 m處為新興苑小區，南側橋臺西南方向50 m處是新時代廣場；其中有一條市區次干道(花溪路)垂直從南側引橋穿過。大橋周邊行人、非機動車和機動車的流量比較大(見圖2)。

圖2 周邊環境示意

另外，在太平溪北岸、大橋西側4 m處有一條市政供水管道，50 m處有橫跨太平溪的高壓線路。

1.2 橋梁結構

南、北引橋分別采用10孔和7孔16 m的預應力鋼筋混凝土空心板拼接而成，每孔橫向由18塊板組成，引橋靠近兩側橋臺四孔橋面連續，余下引橋采

用三孔橋面連續。

主拱橋南北兩端各有6根拱肋和斜撐，材料為C30混凝土，拱肋的寬度為53 cm，厚度為105 cm，長13.50 m，其中上下表面4 cm以內等間隔分布Φ18 mm縱向鋼筋5根，縱向每間隔25 cm布置一道Φ22 mm環向鋼筋1根；斜撐寬35 cm，厚度為53 cm，長6.3 m，其中上下表面4 cm以內間隔30 cm分布Φ12 mm縱向鋼筋2根，縱向每間隔35 cm布置一道Φ20 mm環向鋼筋1根(見圖3)。

圖3 斜撐、拱肋剖面

引橋的墩柱直徑為120 cm，每跨橋墩之間的間隔為14.2 m，跨與跨之間相隔18 m。墩柱共17排34根，高度在4～5.5 m范圍內；墩柱材料為C25混凝土，表面凈保護層5.2 cm以內等間距13.9 cm分布27根Φ20 mm豎向配筋(見圖4)。

圖4 墩柱截面圖

2 施工要求

由于待拆的湖天大橋位于城區中心繁華地帶，且周邊交通網路較多，車流和人流量較大，因此拆除時應滿足以下要求。

(1)控制坍塌范圍。根據現場實際情況，合理設計大橋的爆破切口位置、高度，使大橋的爆破坍塌在安全范圍內。

(2)控制爆破振動。爆破產生的振動以及橋體觸地振動的速度要小于各保護目標安全允許的振動要求。

(3)控制飛散物。爆破飛石及橋體塌落后產生的二次飛濺物不得損壞周邊的建筑設施、人員。

(4)確保施工安全。高空作業、水上作業采取安全措施，嚴密組織，確保爆破施工中人員安全。

(5)市政供水管道和高壓線路在爆破施工過程中需正常使用，不能受到任何影響。

3 爆破設計

3.1 方案選擇

湖天大橋周圍環境較為復雜，與周邊需要保護的居民樓距離只有13 m，因此爆破時要嚴格控制爆破飛石和爆破振動。該橋的主橋部分為鋼筋混凝土鋼架拱橋，引橋部分為預應力混凝土空心板結構，橋體設置有多條伸縮縫，整體的抗拉強度較低，方案設計時可以利用其坍塌后自身的重力作用進行解體。根據待拆橋梁的結構特點和環境條件，采取“自北向南逐跨倒塌，每跨橋體整體向西定向傾倒”的爆破方案。具體的爆破拆除方案如下。

(1)為了控制爆破振動和塌落振動，采用導爆管雷管孔內和孔外相結合的延時起爆技術。

(2)由于待拆橋梁跨度較長(全長334 m)，為了保證橋梁在爆破作用下能夠充分倒塌，將主拱橋的每個拱肋和斜撐都設置一個分別長3 m和2 m的爆破切口(切口的位置以施工方便為宜)，引橋的所有墩柱布置高3 m的爆破切口(見圖5)。

3.2 預拆除

(1)將湖天大橋南側的人行便道、天橋進行切割處理，保證橋體的倒塌不受附屬建筑的影響。

(2)對橋面兩邊的路燈進行預拆除，對安裝在大橋兩側的電纜及通信光纜進行切割處理，切斷所有的水電氣、供暖、通信等管線。確保大橋在解體倒地后不會造成周邊居民停水停電的狀況發生。

(3)將周邊與大橋兩側毗鄰及3 m范圍內的所有建筑物預拆除。

3.3 爆破參數

3.3.1 爆破切口設計

主拱橋的拱肋和斜撐上均設置一個長分別為3 m和2 m的爆破切口，考慮到鉆孔施工的可操作性，拱肋和斜撐上的切口分別布置在橋臺連接點附近，以利于鉆孔作業。

圖5 爆破切口設計

引橋部分總計有17跨墩柱，墩柱的爆破切口高度計算如下：

式中，B＝1.2 m，d＝2.0 cm，K＝1.5～2.0，Hmin＝(30～50)d＝60～100 cm，取80 cm。

由上得出，H＝3.0～4.0 m。

同樣是考慮到施工的方便，爆破切口的位置距地面約0.5 m左右。

3.3.2 爆破參數設計

(1)主拱橋爆破參數設計(見圖6)。拱肋(105 cm×53 cm)切口參數設計：

圖6 拱肋、斜撐炮孔位置及裝藥結構

根據經驗，q值取1.8 kg/m3(外側的拱肋適當減小單耗到1.5 kg/m3)。按Q＝a·s·q式計算，其中a為孔距，m；s為拱肋截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q內＝400.68 g，取400 g；Q外＝333.39 g，取300 g。

斜撐(53 cm×35 cm)切口參數設計：

根據經驗，q值取1.8 kg/m3(外側的斜撐適當減小單耗到1.5 kg/m3)。同樣，按Q＝a·s·q式計算得出Q內＝100.17 g，取100 g；Q外＝83.5 g，取80 g。

(2)南、北引橋墩柱爆破參數設計。南、北引橋只需將橋體下部的墩柱進行爆破解體，橋體的自重即可讓自身失穩，從而達到解體塌落的結果。

W＝45 cm(炮孔沿橋墩軸線分布并偏離中心軸15 cm一左一右布置兩個炮孔，見圖7)；L＝85 cm；a＝50 cm，根據經驗，底孔q值取為1.5 kg/m3，底部第二排按底孔系數0.85取值，依次向上排孔按底孔系數0.7取值，最上一排孔按底孔系數0.6取值。

圖7 墩柱炮孔布置

按Q＝1/2·a·S·q式計算，其中a為孔距，m；s為橋墩截面積，m2；q為單位炸藥消耗量，kg/m3。得出：Q底孔＝424 g，取400 g；Q底二排＝360 g，取350 g；Q中間孔＝296.8 g，取300 g；Q最上孔＝254.4 g，取250 g。

為確保立柱爆破效果，在底部三排孔之間兩個中心點各加一個輔助孔，孔深為75 cm，裝藥量為150 g，見圖8。

圖8 墩柱炮孔結構

3.4 裝藥結構

炮孔直徑為40 mm，選用Φ32 mm乳化炸藥。

(1)墩柱全部采用連續裝藥方式。

(2)斜撐采取空氣間隔分段裝藥，將單孔裝藥等分二份，用膠布纏繞在竹片上固定，兩個藥包間距為7 cm。

(3)兩側拱肋分段裝藥，方式如上，兩個藥包間距為15 cm，中間4根拱肋連續裝藥。

(4)孔口全部用炮泥充填密實。

3.5 起爆方式

(1)起爆器材選擇。為避免在施工過程中外來電流的作用導致誤爆、早爆事故，因此本工程起爆器材全部采用導爆管起爆網絡。炮孔內使用半秒延期導爆管雷管(HS-5)，傳爆雷管使用毫秒延期導爆管雷管(西側MS-3和東側MS-5)，MS-5導爆管雷管進行單元接力傳爆。使用高能起爆器(CHA-2000)起爆。

(2)起爆延時分段設計。起爆采取孔內延時和孔外延時相結合的起爆網路，大橋每的西側橋墩相比于北側橋墩提前60 ms起爆；為了控制爆破振動對周圍建筑的損害，每跨的起爆時間差110 ms。

(3)起爆網路連接形式和起爆方法。每個橋墩、拱肋、斜撐分為一組，用“簇連”方法將炮孔中導爆管雷管抓為一把，用2發同一段別(西側MS-3和東側MS-5)的導爆管雷管傳爆。然后用導爆管、四通將各組傳爆雷管連接，相鄰跨之間再用2發MS-5導爆管雷管進行單元接力傳爆，成自北向南的復式起爆網路。用一個高能起爆器(另備用一個)作起爆源，激發最北端的傳爆網路，自北向南逐跨起爆。起爆網絡如圖9所示。

圖9 起爆網絡示意

4 安全措施

(1)爆破切口近體防護措施。對裝藥的墩柱等爆破切口使用一層厚12 mm橡膠皮和一層厚10 mm的地毯將爆破部位完全包裹，然后用鐵絲在外捆緊(5匝)；拱肋、斜撐外用橡膠皮、地毯等防護材料進行3層以上包裹。通過上述方式，達到控制爆破切口部位產生的飛石擴散。

(2)對重要保護建筑及設施的防護措施。在大橋和被保護建筑之間架設建筑腳手架，用一層鋼絲網和一層彩條布進行防護，原則上腳手架架設距離為距大橋外檐的3～6 m范圍內。通過該防護措施防止爆破飛石及橋體塌落產生飛濺物對被保護建筑產生破壞。另外，采用自橋面邊緣向下懸掛雙層鋼絲網和一層彩條布的方式，完全遮擋住拱肋、斜撐部位，防止爆破飛石對高壓線路造成影響。市政供水管路從河岸延伸至河底，外露部分有6 m長，高于河底3.5 m左右。為了防止橋面塌落后解體構件會砸到水管，采用自然土填充覆蓋方式進行對水管進行保護。其中覆土高度不低于水管表面1 m，并在水管位置上方敷設一定厚緩沖材料加強保護。

(3)塌落振動防護措施。為了減小橋體塌落時觸地振動，防止橋體解體后直接撞擊地面而引起周圍泥土及雜物飛濺，爆前應對大橋倒塌范圍內的碎渣清理干凈，在大橋每一跨之間堆設兩道1 m后的減震土堤。

(4)安全警戒。爆破區域周邊150 m范圍內為警戒區域，迎豐路、花溪路進行交通管制，警戒區域內的居民全部撤離。

5 爆破施工及效果

整個爆破工程歷時15d，炮孔總數705個，使用乳化炸藥總量196.4 kg、雷管1009發。

爆破后，墩柱充分解體，橋面、拱橋失重塌落，爆破效果符合設計要求；施工過程中未出現任何安全事故，周邊建筑未受飛石影響，最近建筑物處的質點振速為0.36 cm/s，對周邊建筑物沒有任何影響。

[1] 汪旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業出版社，2013：393-394.

2016-10-17)

劉士兵(1982-)，男，安徽來安縣人，工程師，工學學士，主要從事民用爆破器材生產、使用及爆破技術方面的研究，Email：1069452004＠qq.com。