靜態爆破技術在四女寺樞紐北進洪閘除險加固工程中的應用

劉恩杰，魏玉濤

（四女寺樞紐北進洪閘除險加固工程建設管理局，山東 德州 253009）

1 工程概述

四女寺樞紐位于山東省德州市德城區、武城縣和河北省故城縣的兩省三縣（區）交界處，是漳衛河流域重要的防洪控制樞紐。該樞紐主要建筑物為南進洪閘、北進洪閘、節制閘和船閘。北進洪閘設計流量為2 000 m3/s，共12孔，每孔凈寬10 m，總凈寬120 m。其中，中間8孔采用反拱底板，兩側采用二孔一聯整體式底板，反拱底板與整體式底板間用縫墩分開。閘底板、閘墩頂高程分別為15.27、27.77 m（黃海56高程）。本次除險加固主要建設內容為中8 孔一聯反拱底板段閘室及上部結構拆除重建和邊4孔閘室維修加固等。

2 靜態爆破原理和相關技術參數

2.1 靜態爆破原理

靜態爆破的核心是無聲破碎劑的應用，無聲破碎劑（即HSCA）是一種具有高膨脹性能的粉狀無機材料，經回轉窯煅燒，以氧化鈣為主體，加入適量外加劑共同粉磨制成。其工作原理是利用裝在鉆孔中的氧化鈣及化合物加水后發生水化反應，產生體積膨脹，從而緩慢地將膨脹壓力施加給孔壁，并逐漸增大，最終在安靜的狀態下使巖石、混凝土構筑物等堅硬的物體破碎。它可廣泛應用于工程施工過程中不允許使用常規炸藥的特殊條件下，達到安全將巖石挖除和混凝土構筑物拆除的目的，是一種目前國內外流行的施工工藝[1-4]。

2.2 相關技術參數

HSCA水化反應速度快，膨脹壓力大。根據溫度條件，HSCA分4個型號，各型號膨脹壓力詳見表1。

表1 無聲破碎劑類型及應用氣溫范圍

混凝土的破碎根據被破碎物體的抗拉強度和截面尺寸等因素設計孔徑、孔距、孔深。一般孔徑d 30～50 mm，孔距150～300 mm，孔深0.8～1.05 m，最小抵抗線150～250 mm。無聲破碎劑工程應用的技術參數，詳見表2。

3 拆除方案設計

由于本次除險加固是對中間8 孔進行拆除重建和對邊4孔進行維修加固，中8孔反拱底板與邊4孔整體式底板間分別用2 個縫墩分開，每個縫墩厚1.20 m、高12.5 m，兩縫墩間距5 cm，如何保證安全地拆除反拱底板上的縫墩同時保證另一個縫墩的安全，從而保證邊4 孔閘室的安全是拆除重建工程的重點和難點。

表2 孔徑、孔距、孔深、使用量參數

中墩、機架橋、交通橋等部位鋼筋混凝土拆除采用振動液壓錘與鋼筋混凝土切割施工相結合的施工方法，為了減少拆除對邊4孔閘室的影響，設計要求對中8孔兩端縫墩鋼筋混凝土拆除盡量采用人工拆除，同時要對保留的邊4孔的閘墩增加保護措施，并在閘墩和底板上埋設沉降觀測點。

北進洪閘除險加固工程拆除、重建整個過程必須在主汛期后和次年主汛期前完成，工期緊、任務重，單純使用人工拆除效率低，工程進度無法滿足工期要求。為了提高拆除效率，又要保證拆除安全，計劃采用靜態爆破與人工拆除相結合的方法。在縫墩靜態爆破拆除前，先在7號墩進行靜態爆破試驗。

4 靜態爆破試驗

根據工程現場實際情況，爆破分層進行，分層厚度為1.0 m，拆除前先將縫墩施工分層處豎向鋼筋切斷，然后在縫墩裸露側面布設水平靜態爆破炮孔。爆破預裂后的部位采用人工及時拆除清理，盡量減少拆除對保留縫墩的影響。拆除過程中暴露出的鋼筋及時割除，拆除廢料及時清除以保證充足的施工作業場地。

4.1 試驗準備

安排充足的人員檢查無聲破碎劑包裝是否破損，確定潔凈拌合水、水桶、拌合盒、水瓢、攪拌棍、防護鏡、橡膠手套、備用潔凈水和毛巾等材料物品。確定鉆孔位置并標識準確，邊墩的拆除是在9月，該地區9 月晝夜溫差大，歷史平均最高氣溫27℃，平均最低氣溫17℃。閘墩混凝土溫度比氣溫略高，根據進度要求和廠家說明書，選用HSCA-Ⅰ型高效無聲破碎劑。

4.2 布眼及鉆孔

根據施工經驗，利用閘墩裸露面作為臨空面，閘墩頂部混凝土厚度為1 200 mm，水平方向孔距為300 mm，豎直方向間距為1 000 mm，孔深1 050 mm，橫向、縱向布孔逐排作業。鉆孔前先將鋼筋保護層去掉，混凝土剔除深度10 cm，露出鋼筋后用乙炔氣切斷豎向鋼筋、箍筋或分布筋，解除豎向鋼筋、箍筋或分布筋的約束。采用42 mm鉆頭，距閘墩頂1 000 mm處橫向水平布孔，鉆孔俯角4°。孔內余水、余渣用高壓風吹干凈。

4.3 攪拌

由于工程特性限制鉆孔均為水平孔，水平孔的水灰比為0.20～0.23。用電動攪拌器將HSCA 和水攪拌成均勻的漿體，無結塊。一次攪拌數量不宜過多，攪拌后的HSCA 漿體要立即灌孔，不得延誤，否則流動性及破碎效果都將受到影響。

4.4 填充

填孔之前必須將孔清理干凈，將HSCA 漿液灌入孔中，人工用木棍搗壓密實、排氣。孔口預留5 cm用黃泥封堵，保證水分及無聲破碎劑不流出。

4.5 試驗結果

第一排孔充填無聲破碎劑48 h 后，鋼筋混凝土無明顯裂紋。經過對試驗過程進行復盤分析，發現無聲破碎劑沒有達到預期效果主要是由兩方面因素造成的：一是在破碎劑充填后當晚有一次明顯的降溫過程，溫度是影響混凝土開裂時間長短變化的最敏感因素，溫度下降延緩了開裂時間，影響了破碎劑效果；二是布眼間距和排距偏大，造成了混凝土無法開裂。

4.6 修正試驗參數

根據第一次試驗結果，對試驗方案改進后進行了第二次靜態爆破試驗。第二次試驗選擇HSCA-Ⅱ型無聲破碎劑（適用溫度為10～30℃），布眼的排距調整為500 mm，孔距調整為250 mm，其余參數不變；在漿液充填8 h 內，鋼筋混凝土產生了明顯的開裂，達到了預裂的目的。

5 靜態爆破施工效果

按照修正后的試驗參數對邊縫墩進行了靜態爆破，鋼筋混凝土開裂后，人工用風鎬和氣割等工具對鋼筋剝離和混凝土二次破碎，渣體利用自卸汽車運至垃圾處理廠。為防止對閘底板破壞，預留500 mm為擾動層，進行人工拆除。通過對閘墩和底板上埋設沉降觀測點的觀測，邊4 孔閘墩在拆除過程中沒有產生明顯的沉降現象，中8 孔兩端縫墩拆除未對邊4孔閘墩結構造成任何破壞。

6 靜態爆破注意事項

（1）須按施工環境溫度選擇合適的HSCA 型號，夏季型和冬季型不得隨意互用，這是破碎成功的關鍵。

（2）操作時應將藥劑慢慢倒入已經配兌好的水中，而不是將水慢慢倒入藥劑中。倒入時應不停地攪拌，直至藥劑與水的混合物變成流質糊狀。倒入和攪拌的速度要快，從藥劑加入水中至灌入鉆孔結束的時間應控制在5 min以內，否則易沖孔。

（3）水料比是影響破碎效果首要的影響因素，水料比小意味著加水量少，有效組分多，膨脹壓就高；水料比大時，流動性雖然增大但勢必降低膨脹壓，而且容易泌水，漿體中微小水泡隨水化溫度的升高增多，容易造成噴孔。因此，液體的流動度應以滿足灌注時間為標準，避免追求過大的流動度。

（4）無聲破碎劑的膨脹壓隨時間增加而增大，一般來說夏季型膨脹壓3 d后仍然在增長。因此，如果工期允許，可適當延長破碎時間，時間越長裂縫越大。

（5）無聲破碎劑灌漿到裂紋發生前，施工員必須戴防護眼鏡并不得對孔直視，以防萬一發生噴漿傷害眼睛，碰到皮膚或眼睛要立即用水沖洗，到醫院就醫，并告知被強堿性物質接觸。

7 結語

靜態爆破技術有效解決了外界因素要求高、不允許使用常規炸藥進行混凝土拆除的難題，在施工過程中既滿足了工程安全要求，又加快了施工進度。實踐證明，靜態爆破是一種高效、安全、方便的拆除技術，在除險加固工程和重要建筑物修繕方面有很好的發展前景。