大跨度中承式鋼筋混凝土橋梁爆破拆除

周曉光,周明安

(湖南鐵軍工程建設有限公司， 湖南 長沙 412100)

1 項目概況

1.1 項目背景

安仁大橋位于湖南省郴州市安仁縣縣城永樂江中游，并處在河道兩道轉彎處中部，距永樂江老橋（雙曲拱橋）下游1 km處，往北與安仁大道、七一路相通，往南與 S212線相接。該橋被鑒定為四類危橋，嚴重影響了兩岸交通的正常運行以及當地人民的生命財產安全，同時在兩岸沿河各規劃一條濱江大道，老橋的跨徑已經不能滿足城市發展的需要，因此急需將安仁大橋拆除。

由于安仁大橋為四類危橋，同時橋梁結構復雜，屬于下沉式拱橋，不適合采用人工或者機械方案進行拆除。橋兩岸有居民樓，下游43 m處有鋼便橋，人員車流量較大，為確保周圍居民、行人、車輛的安全，受當地政府的委托，我公司對安仁大橋進行爆破拆除。

1.2 工程概況

安仁大橋全長201 m，橋寬18 m。通航孔主跨（2#橋跨）跨徑為80 m，從河床至主拱圈頂的最大高度27 m，橋面無風撐；邊跨（1#橋跨和3#橋跨）為2 m × 44 m的箱肋拱，主跨80 m中承式拱采用上下并列2根直徑80 cm（2 × 80 cm）鋼管拱做勁性骨架；在主梁中加設橫梁。如圖1所示。

周邊環境復雜，西北距神龍國際小區樓房最近處60 m，距離施工板房36 m；東北距美術館118 m，距濱江新城小區最近處128 m；東南距離在水一方小區最近處76 m；西向距離新建鋼便橋43 m。

圖1 橋梁結構

（1）施工難點。安仁大橋為四類危橋，橋梁結構安全問題突出，炮眼的布置、施工及大橋預拆除工作難度大。橋梁下游43 m處新建一座鋼便橋，處于個別爆破飛石最大飛散距離范圍內，需要重點保護。中承式鋼管拱無法鉆孔爆破，為保護下游鋼便橋，應采用控制爆破的方式使鋼管拱定向倒塌。安仁大橋是 S212的交通干道，處于城區，人員車輛的流動性較大，安全要求高。

（2）爆破總體方案。采用淺孔與深孔相結合的控制爆破、孔內半秒延期配合孔外毫秒延期多段起爆技術，重點拆除橋臺、橋墩、邊拱（箱肋拱）拱腳等主要承載結構，使橋體由南向北逐跨塌落，鋼管拱向上游定向倒塌。

（3）爆破效果。2016年10月17日16時16分對該橋進行爆破拆除，整個過程取得了成功，實現了預期的目標。經過實測，優化后的爆破振動和塌落振動都被控制在安全允許范圍內；多重防護下爆破飛散物得到良好控制，未對臨近建筑和人員造成傷害；鋼管拱實現向上游定向倒塌，確保了下游鋼便橋的安全；河床以上的橋墩實現徹底破壞，失去承載能力，橋面炸成數節向下坍塌，為河床清渣創造了良好條件。

2 主要研究成果

2.1 PVC管裝藥技術

橋墩炮孔裝填質量的控制是關系到橋墩爆破效果好壞、橋梁爆破成功與否的重要環節。采用XDL-5B全液壓動力頭巖芯鉆機鉆孔，成孔后，因橋墩部分墩身和承臺處于水面以下，有水滲入炮孔，炮孔內水位較高。補給水源較為充足，現場采用人工壓力式抽水器排水可以降低孔內水位，但不能將孔內水排凈。由于孔內積水的存在，直接裝藥時的話，會出現藥卷裝不到底、卡孔的現象，將直接影響爆破效果，甚至出現安全問題。

為解決上述問題，本工程采用Φ80 mm的PVC管進行裝藥。具體裝藥過程：將4 m長PVC管（管底部密封）從橋面炮孔位置放下，底部落在對應橋墩鉆孔位置上方1.4 m的支撐體上，在橋面將炸藥逐卷向 PVC管內裝填，安放起爆體。然后接長剩余的2.6 m PVC管，移除支撐體，在橋面將剩余炸藥裝入 PVC管內，最后由爆破員在橋面上將整個PVC管放入對應的炮孔內，整個過程通過上部繩索懸吊（在上部第一節 PVC管的端部系上長繩）保證PVC管下放速度，確保PVC管沉到孔底，再進行炮孔的填塞（如圖2所示）。

圖2 PVC管裝藥結構示意

2.2 橋墩成孔技術

橋墩是橋梁的重要受力構件，是爆破的重點部位。橋墩由2.4 m高的墩帽、4.39 m高的墩身和2 m高的承臺組成，截面直徑為5 m，鋼筋粗而密，特別是墩帽處的鋼筋更密，對鉆孔設備的性能要求較高，需要采用特殊的鉆孔設備。

由于工程特點限制，本工程若采用傳統的鑿巖機和沖擊式潛孔鉆機鉆孔，則難度大，速度慢，成孔率低，安全性差，若采用淺孔爆破，水平淺孔鉆孔數量多，工期持續時間長，裝藥填塞工作量大；同時需要在水中搭設腳手架和作業平臺進行高空作業，鉆孔作業安全性差，且腳手架和作業平臺必須在裝藥填塞、起爆網路連接完成后才能進行拆除，嚴重影響爆破網路的安全和爆破施工進度；此外，由于鉆孔數量多，爆破器材消耗量大，起爆網路復雜，容易出現故障，無法保證準爆性。若采用垂直淺孔爆破鉆孔，無法實現橋墩一次性鉆孔作業，需要二次爆破。若采用深孔爆破，垂直深孔炮孔數量少，利于保證工期，裝藥填塞工作量小；鉆孔作業在橋面完成，不需要高空作業，可有效保障作業人員的安全；起爆網路簡單，可以保證準爆性。

為保證成孔質量，消除水面高空作業風險，本工程中橋墩的炮孔采用XDL-5B全液壓巖芯鉆機在橋面打垂直深孔，取得了良好的效果。

2.3 鉆孔精確定位技術

炮孔位置的選擇不僅直接影響爆破效果，而且關系到爆破安全。本工程在橋面上對橋墩進行鉆孔，定位以及定位的精度直接影響炮孔的位置，橋面鉆孔微小的偏差將導致孔底抵抗線發生很大變化，因此提高深孔爆破鉆孔精度對于本工程爆破拆除的安全實施有著重要意義。

橋面鉆孔位置標定就是在橋面平面坐標系統中標定鉆孔中心坐標P（X，Y）的過程，垂直鉆孔的橋面平面坐標 P（X，Y）與橋墩炮孔設計坐標D（X，Y）相等，將橋墩中心標定在橋面上，利用已知的幾何關系，標定出鉆孔中心位置。

橋墩中心的定位采用“任意三點確定一個圓心”的原理：在橋墩同一水平面任意選相距一定距離的三點貼反光片，測量三點坐標，依據三點確定一個圓心得出橋墩中心坐標。由于 P（X，Y）=D（X，Y），利用全站儀在橋面上標定出橋墩中心位置。利用橋墩中心與鉆孔中心已知的幾何關系，在橋面上準確標定出鉆孔中心位置。

2.4 爆破技術的優化

該橋為鋼筋混凝土中承式拱橋，中間主拱為鋼管（2根直徑為800 mm的鋼管上下疊置），無法進行鉆孔爆破，但又要保證鋼管拱定向倒塌；兩邊拱為上承式鋼筋混凝土空腹箱肋拱；兩岸為鋼筋混凝土橋臺；兩組中間橋腳為鋼筋混凝土柱式橋墩。根據橋梁的結構特點、穩定性以及安全要求，為確保橋梁順利爆破，對爆破設計進行再優化：

（1）對于位處河中的4根鋼筋混凝土橋墩柱，使墩帽、墩身、承臺破碎塌落，失去承載能力；

（2）對兩岸鋼筋混凝土橋臺，主要爆破拱腳結合部和橫墻，使其徹底解體破碎，失去承載能力；

（3）對 4根箱肋拱兩端拱腳（實腹）部位，爆破一個長3 m的切口，爆破后使其失去承載能力；

（4）鋼管結構拱材料特殊，無法鉆孔，控制其倒塌方向尤為重要，為確保安全，采用半秒延期控制起爆技術，實現鋼管結構拱的定向倒塌；

（5）鋼便橋為本工程的重點防護對象，為防止飛石對其造成損傷，將炮孔布置在與橋墩軸線成45°角的方向上，避免炮孔的最小抵抗線指向鋼便橋的最近部位，如圖3所示；

（6）起爆網路：采用淺孔與深孔相結合的控制爆破、孔內半秒延期配合孔外毫秒延期多段起爆技術，使橋體由南向北逐跨倒塌，鋼管結構拱向上游定向倒塌。

圖3 炮孔布置的優化

3 實踐體會

本項目中采用 PVC管裝藥技術，順利解決了炮孔中水對裝藥以及爆破效果的影響，同時，采用PVC管裝藥在安全區域進行，裝藥質量得以保證，此外，鉆孔避免了水上作業，保證了作業人員的安全。

據有關文獻報道，渾河老橋控制爆破施工中使用液壓巖石鉆機對橋墩和基礎進行鉆孔；張家界鷺鷥灣大橋的爆破僅在蓋梁鋼筋密集區處采用地質巖芯鉆機鉆孔，穿過鋼筋密集區后仍采用普通潛孔鉆機進行鉆孔。本項目中，在橋墩處完全采用地質巖芯鉆機施工，有效保證了成孔質量（孔位、孔徑、孔深、垂直度），提高了鉆孔速度，可供類似工程參考。

對于炮孔的精確定位，較多的文獻報道是在鑿巖設備上安裝精密儀器，通過控制鉆臂實現炮孔的精確定位。還有文獻報道，利用計算機的成圖軟件建立三維立體坐標系統，計算出鉆孔中心坐標，通過放樣標定出坐標位置。本項目中鉆孔定位技術原理簡單，便于操作，工作量小，不僅成功解決了在橋面對橋墩炮孔定位的問題，且可以確保定位的精度，有著重要的工程實踐意義。

本項目雖然已經成功完成爆破拆除，但有些方面后仍需加強研究，主要有兩個方面：

（1）橋梁倒塌的數值模擬，應結合高速攝影技術保存大橋倒塌的完整過程，為后期研究提供客觀資料，建立模型，進行數值模擬，充分研究大橋倒塌的過程，為橋梁倒塌的理論研究和類似工程項目研究提供參考依據；

（2）PVC管對炸藥的影響，PVC管裝藥技術在本項目的應用產生了良好的效益，成功解決施工中水對裝藥的影響以及水對炸藥的影響，但是PVC管對爆破效果的影響有待進一步研究，比如：PVC管管徑、材質、硬度對爆破效果的影響，PVC管管徑與藥卷直徑的比值對爆破效果的影響等。