爆破拆除钢筋混凝土双曲拱桥综合技术应用探讨

2023-01-29王升易理辉李猛

采矿技术 2023年1期

王升,易理辉,李猛

(1.湖南长工工程建设有限公司, 湖南长沙 410003;2.衡阳市永合盛爆破服务有限公司, 湖南衡阳市 421000)

二十世纪六七十年代,受限于建设资金的缺乏及技术力量的落后,钢筋混凝土双曲拱桥作为我国独创的桥型,共计建造了约4000余座[1],成为我国的主力桥型,为国家交通运输事业做出了巨大贡献。随着社会经济的发展及国力的增强,钢筋混凝土双曲拱桥由于承载力低、通行能力差,已不能适应现代交通的要求,逐步被结构更加坚固、通行能力大、承载力高的新型桥梁所取代。据不完全统计,自1990年以来,全国各地采用爆破法成功拆除了多座钢筋混凝土双曲拱桥,积累了丰富的工程经验。通过一座钢筋混凝土双拱桥的爆破拆除,可探讨、总结钢筋混凝土双曲拱桥的爆破拆除技术。

1 工程概况

1.1 工程概况

长沙市洪山庙大桥于1970年修建,为4 m×42.5 m跨径的等截面悬链线钢筋混凝土双曲拱桥,全桥长225.38 m,主桥长193.08 m,跨线桥长32.30 m,桥宽12.6 m,矢跨比为1/8,沿桥横向布置7片变截面拱肋。拱上建筑采用半空腹拱式结构。该桥第二跨部分主拱圈受船舶撞击后断裂,加之存在其他病害,需爆破拆除。

1.2 周边环境

洪山庙大桥呈南北向布置,东侧为新建东二环浏阳河大桥,其为单塔斜拉索钢结构大桥。东北侧距离新桥仅13 m,东南侧距离38 m,东北侧距洪山商贸城建筑133 m。大桥北侧为东二环上下立交匝道,交通繁忙,车流量大;大桥南侧为栖凤路,距南侧世方水岸居民区住宅165 m;西北侧距双凤路67 m。大桥附属各种电力、通信等管线已拆除迁移。

1.3 工程要求

除保留北桥台及跨线桥外,将洪山庙大桥全部炸塌,充分解体破碎,桥墩从河床表面以上破碎。爆破后应进行水下破碎打捞,废渣运出现场,满足河道通航要求,不得影响汛期行洪。确保浏阳河大堤安全,不得损坏邻近新桥和周边建筑物,确保人员车辆安全。

2 爆破方案的确定

根据桥梁结构特点、周边环境及安全技术要求、确定采用爆破法与机械法相结合的方法拆除。

主桥采用控制爆破技术,自南向北逐跨、逐墩一次性倒塌并解体破碎。严格控制爆破有害效应,确保周边环境安全。采用深孔爆破拆除技术一次性爆破拆除桥墩和基础,爆破至河床。采用全节点浅孔爆破技术对拱肋、拱上立柱、立柱底梁、盖梁实施爆破。采用长延时分区孔外延时起爆技术,实现逐墩、逐跨坍塌。

3 深孔爆破拆除技术

桥梁下部结构为3个浆砌片石重力式桥墩,桥墩基础为200#细石混凝土,墩帽为200#钢筋混凝土。桥墩结构参数见表1。

表1 桥墩结构参数

3.1 河床标高及钻孔深度

根据桥梁施工竣工图,经复测行车道标高40.198 m,墩顶标高34.238 m,施工期水位为29.60 m。经测量1#墩处河床标高22.10 m,水深7.50 m。2#墩处河床标高24.10 m,水深6.10 m。

3#墩处河床标高22.60 m,水深4.90 m。1#墩钻孔深度13.25 m,2#墩钻孔深度11.25 m,3#墩钻孔深度12.75 m。相关爆破参数见表2。

表2 爆破参数

3.2 装药结构

1#桥墩布置2排深孔,孔数14个。北侧1-7号为Ⅱ型装药,南侧为Ⅰ型装药。Ⅰ型装药33.2 kg为正常装药,Ⅱ型装药32.2 kg为减弱装药,墩帽集中装药减少1 kg,为减弱装药。基础部分装药直径为90 mm,墩身部分装药直径为70 mm,装药间隔为卷筒状塑料编织袋,间隔装药用2根导爆索串联起爆。墩帽部分为集中装药,所有装药均为不耦合装药结构。每孔内放置2个起爆体,上下各1个。1#桥墩装药法见图1。

图1 1#桥墩装药结构(单位:mm)

2#桥墩布置4排深孔,孔数26个。中间8号～12号、15号～19号为Ⅰ型装药,其余周边深孔为Ⅱ型装药。Ⅰ型装药42 kg为正常装药,Ⅱ型装药40 kg,基础部分装药直径90 mm,装药结构为连续装药,基础炸药单耗为1.2 kg/m3。墩身部分装药直径为70 mm,装药间隔为卷筒状塑料编织袋,间隔装药用2根导爆索串联起爆,墩身炸药单耗为1.0 kg/m3。墩帽部分为集中装药。每孔内放置2个起爆体,上下各1个。2#桥墩装药结构见图2。

图2 2#桥墩装药结构(单位:mm)

3#桥墩炮孔布置于装药结构与1#桥墩基本相同,只是桥墩南侧改为Ⅱ型减弱装药,桥墩北侧为Ⅰ型正常装药。3#桥墩炮孔深度为12.75 m。Ⅰ型装药35.2 kg,Ⅱ型装药34.2 kg。孔径为110 mm,装药直径选择Φ90 mm,Φ70 mm。3#桥墩装药结构见图3。

图3 3#桥墩装药结构(单位:mm)

考虑基础及部分墩身材质不同,水深大于8 m以及对周边环境的影响,基础采用连续装药结构,墩身采用间隔装药结构。1#墩北侧、3#墩南侧及2#墩周边孔均采用减弱装药,控制桥墩综合单耗。选择不同直径装药,既要保证装药量,又要控制装药量,正常装药与减弱装药相结合。由于基础埋深较大且位于水下,机械破碎困难,爆破时要加大炸药单耗。墩身采用低单耗、高单耗与低单耗相结合,实现同一结构,以达到最优的破碎效果,有效控制爆破有害效应。

3.3 施工技术

3.3.1 炮孔位置精确放线

由于桥墩位于水中,桥墩墩帽面积有限,受腹拱结构的影响,大型钻机无法直接在墩帽顶部的有限空间内进行钻孔,小型钻机无法完成大孔深炮孔钻进。为保证钻孔效果,提高钻孔效率,采用钻机穿过桥面向下钻孔的成孔方法。钻孔前根据炮孔布置设计图自建坐标系,确定各桥墩炮孔位置坐标,用GPSRTK定位测量技术分别确定并标记在桥面上相应位置。炮孔位置确定后,用钻机钻穿桥面,钻孔至设计深度。

3.3.2 钻孔

桥梁设计荷载为汽-18级,拖-80。虽然使用时间较长,局部结构受损,经计算校核仍具有一定的承载能力。施工钻机为阿特拉斯D45 SH液压履带式钻机,自重7.6 t。可钻凿92～40 mm口径炮孔。自带发动机和液压系统提供回转、除尘动力,配套空压机(XAXS600,17 bar/16.6 m3)。钻机钻孔精度高,可以较好地控制高处钻孔时钻杆摆动幅度过大问题,保证钻孔垂直度。钻机动力强劲,可以直接打穿过墩帽钢筋层,不需要专门处理,可大幅提提高钻孔效率。钻凿浆砌片石墩身时不易发生卡钻现象。

3.3.3 装药技术

基础装药采用Φ90 mm药卷连续装药,采用牵引绳逐个装填。牵引绳头部绑扎木质弯钩,将弯钩钩入药卷包装塑料皮内,药卷下放到位后,拉动牵引绳钩破外皮,拉出牵引绳,循环装填至设计位置。

墩身采用间隔装药。基础连续装药装填完成后,按设计填入塑料间隔体。墩身间隔装药绑扎在Φ12 mm螺纹钢上,从桥面炮孔孔口向下放至桥墩炮孔孔口,桥面孔口安排专人用绳索将钢筋吊稳。桥墩上的作业人员按设计现场绑扎装药、导爆索、塑料间隔,边绑扎边下放,直至完成墩身装药。

墩帽采用集中装药。墩身装药完成后,按设计填入塑料间隔,装填墩帽集中装药,设置起爆体后用钻渣或砂对炮孔进行回填。

拱顶装药爆破。大桥拱肋为三段预制钢筋混凝土装配式拱肋,中段长14.6 m,如果不进行处理,落水后不便于破碎打捞,为此进行爆破。施工前用混凝土切割机沿桥宽方向切开1.0 m宽度,用风镐破碎沥青路面后,开挖填料,露出拱顶凹槽,开挖后沿凹槽布孔、钻孔。

4 全节点浅孔爆破拆除技术

拱桥为受水平推力结构,一般仅需爆破拱脚或桥墩,切断桥梁推力传递路径即可实现垮塌。但钢筋混凝土双曲拱桥上部有腹拱和路面结构,大多是钢筋混凝土框架结构,结构强度、刚度较好,如果不妥善处理,一但桥梁垮塌落入水中,二次破碎难度大。除个别特殊情况外,绝大多数桥梁爆破拆除后必须进行二次破碎和清渣打捞。为此,按照应炸尽炸、由大变小的原则进行全节点布孔爆破。

表3 浅孔爆破参数

5 长延时分区延期起爆技术

本次爆破药量大,且距离新大桥较近,为降低爆破振动危害,实现南向北逐跨逐段坍塌,确定采用导爆管孔外延期起爆网路。上部结构、下部结构分为两个大区。上部结构分8段起爆,下部结构分21段起爆,共29段。为避免孔内雷管段别过多易造成混乱,出现装错情况,选择孔内1个段别,孔外延期并串联复式网路。主起爆线路设置在桥面上,上、下部结构起爆网路组网后并入主起爆线路。

孔内雷管选择HS-6,上部结构孔外延期MS-5(110 ms),根据自有落体下落高度公式计算,拱肋爆破时前后段桥体下落高差0.06 m能较好地避免前段桥体下落过大对后段桥体的不利影响。下部结构孔外延期选择MS-3(50 ms),防止由于延期时间过长形成新的自由面产生飞石。上部结构、下部结构各自分区,各桥墩内再进行孔外延期,与单一孔外延期相比,减少延期段数,增加起爆网路可靠度。起爆网路分区可以保证不论上部结构、下部结构哪部分起爆,均可保证桥梁垮塌。起爆网路分区及起爆顺序如图4所示。