钢筋混凝土刚架拱桥爆破拆除技术

刘士兵，郑永泽，贺 攀，程赛珍

(湖南南岭民爆工程有限公司，湖南长沙 410205)

钢筋混凝土刚架拱桥爆破拆除技术

刘士兵，郑永泽，贺 攀，程赛珍

(湖南南岭民爆工程有限公司，湖南长沙 410205)

湖天大桥位于湖南省怀化市湖天大道，长334 m，主跨为钢筋混凝土刚架拱桥，引桥为圆柱形桥墩简支梁桥，大桥位于繁华街区。对圆柱形桥墩、拱肋合理确定了爆破缺口高度及参数，采用了孔内高段延时、孔外毫秒延时、单元毫秒延时接力、双回路起爆网络，逐跨延时起爆；采用多层防护措施。通过精心设计和施工获得了桥梁完全塌落、有效控制爆破危害效应的良好爆破效果。

刚架拱桥；圆柱桥墩；爆破拆除

湖天大桥位于湖南省怀化市湖天大道，起于湖天路K0＋82，止于K0＋416，桥型为(钢筋混凝土刚架拱桥)＋17×16 m(预应力混凝土空心板)，桥梁全长334 m，由北向南单向0.7%的上坡。桥面净宽20 m，上部结构主桥采用单孔L＝50 m、主拱矢跨比f/L＝1/8的混凝土刚架拱，由6片拱片组成，拱片之间采用横系梁连接。主桥的下部采用重力式桥台(见图1)。根据相关机构的鉴定和考察，确定湖天大桥的主体结构承载能力不能满足现行要求，出于对安全的考虑，政府部门决定对该桥进行拆除重建。

图1 桥梁基本构造

1 环境与结构情况

1.1 周边环境

桥梁呈南北走向横跨太平溪，桥梁全长334 m，其中主桥(拱桥)部分50 m，其余为引桥部分，河内水位较浅，水流比较平稳。北侧引桥正东面1～2 m处是待拆除的废弃仓库，北侧桥台东北方向40 m处为商业高层建筑；北侧引桥正西面7 m处为待拆除的二手市场门面，北侧桥台西北方向50 m处为怀化市建筑工程公司；南侧引桥正东面13 m处有一杂货店、28 m处分别是世纪花园小区和都市宝贝幼儿园，南侧桥台正东方向13 m处有一高层建筑居民楼；南侧引桥正西面27 m处是湘州酒店、26 m处为新兴苑小区，南侧桥台西南方向50 m处是新时代广场；其中有一条市区次干道(花溪路)垂直从南侧引桥穿过。大桥周边行人、非机动车和机动车的流量比较大(见图2)。

图2 周边环境示意

另外，在太平溪北岸、大桥西侧4 m处有一条市政供水管道，50 m处有横跨太平溪的高压线路。

1.2 桥梁结构

南、北引桥分别采用10孔和7孔16 m的预应力钢筋混凝土空心板拼接而成，每孔横向由18块板组成，引桥靠近两侧桥台四孔桥面连续，余下引桥采

用三孔桥面连续。

主拱桥南北两端各有6根拱肋和斜撑，材料为C30混凝土，拱肋的宽度为53 cm，厚度为105 cm，长13.50 m，其中上下表面4 cm以内等间隔分布Φ18 mm纵向钢筋5根，纵向每间隔25 cm布置一道Φ22 mm环向钢筋1根；斜撑宽35 cm，厚度为53 cm，长6.3 m，其中上下表面4 cm以内间隔30 cm分布Φ12 mm纵向钢筋2根，纵向每间隔35 cm布置一道Φ20 mm环向钢筋1根(见图3)。

图3 斜撑、拱肋剖面

引桥的墩柱直径为120 cm，每跨桥墩之间的间隔为14.2 m，跨与跨之间相隔18 m。墩柱共17排34根，高度在4～5.5 m范围内；墩柱材料为C25混凝土，表面净保护层5.2 cm以内等间距13.9 cm分布27根Φ20 mm竖向配筋(见图4)。

图4 墩柱截面图

2 施工要求

由于待拆的湖天大桥位于城区中心繁华地带，且周边交通网路较多，车流和人流量较大，因此拆除时应满足以下要求。

(1)控制坍塌范围。根据现场实际情况，合理设计大桥的爆破切口位置、高度，使大桥的爆破坍塌在安全范围内。

(2)控制爆破振动。爆破产生的振动以及桥体触地振动的速度要小于各保护目标安全允许的振动要求。

(3)控制飞散物。爆破飞石及桥体塌落后产生的二次飞溅物不得损坏周边的建筑设施、人员。

(4)确保施工安全。高空作业、水上作业采取安全措施，严密组织，确保爆破施工中人员安全。

(5)市政供水管道和高压线路在爆破施工过程中需正常使用，不能受到任何影响。

3 爆破设计

3.1 方案选择

湖天大桥周围环境较为复杂，与周边需要保护的居民楼距离只有13 m，因此爆破时要严格控制爆破飞石和爆破振动。该桥的主桥部分为钢筋混凝土钢架拱桥，引桥部分为预应力混凝土空心板结构，桥体设置有多条伸缩缝，整体的抗拉强度较低，方案设计时可以利用其坍塌后自身的重力作用进行解体。根据待拆桥梁的结构特点和环境条件，采取“自北向南逐跨倒塌，每跨桥体整体向西定向倾倒”的爆破方案。具体的爆破拆除方案如下。

(1)为了控制爆破振动和塌落振动，采用导爆管雷管孔内和孔外相结合的延时起爆技术。

(2)由于待拆桥梁跨度较长(全长334 m)，为了保证桥梁在爆破作用下能够充分倒塌，将主拱桥的每个拱肋和斜撑都设置一个分别长3 m和2 m的爆破切口(切口的位置以施工方便为宜)，引桥的所有墩柱布置高3 m的爆破切口(见图5)。

3.2 预拆除

(1)将湖天大桥南侧的人行便道、天桥进行切割处理，保证桥体的倒塌不受附属建筑的影响。

(2)对桥面两边的路灯进行预拆除，对安装在大桥两侧的电缆及通信光缆进行切割处理，切断所有的水电气、供暖、通信等管线。确保大桥在解体倒地后不会造成周边居民停水停电的状况发生。

(3)将周边与大桥两侧毗邻及3 m范围内的所有建筑物预拆除。

3.3 爆破参数

3.3.1 爆破切口设计

主拱桥的拱肋和斜撑上均设置一个长分别为3 m和2 m的爆破切口，考虑到钻孔施工的可操作性，拱肋和斜撑上的切口分别布置在桥台连接点附近，以利于钻孔作业。

图5 爆破切口设计

引桥部分总计有17跨墩柱，墩柱的爆破切口高度计算如下：

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。

同样是考虑到施工的方便，爆破切口的位置距地面约0.5 m左右。

3.3.2 爆破参数设计

(1)主拱桥爆破参数设计(见图6)。拱肋(105 cm×53 cm)切口参数设计：

图6 拱肋、斜撑炮孔位置及装药结构

根据经验，q值取1.8 kg/m3(外侧的拱肋适当减小单耗到1.5 kg/m3)。按Q＝a·s·q式计算，其中a为孔距，m；s为拱肋截面积，m2；q为单位炸药消耗量，kg/m3。得出：Q内＝400.68 g，取400 g；Q外＝333.39 g，取300 g。

斜撑(53 cm×35 cm)切口参数设计：

根据经验，q值取1.8 kg/m3(外侧的斜撑适当减小单耗到1.5 kg/m3)。同样，按Q＝a·s·q式计算得出Q内＝100.17 g，取100 g；Q外＝83.5 g，取80 g。

(2)南、北引桥墩柱爆破参数设计。南、北引桥只需将桥体下部的墩柱进行爆破解体，桥体的自重即可让自身失稳，从而达到解体塌落的结果。

W＝45 cm(炮孔沿桥墩轴线分布并偏离中心轴15 cm一左一右布置两个炮孔，见图7)；L＝85 cm；a＝50 cm，根据经验，底孔q值取为1.5 kg/m3，底部第二排按底孔系数0.85取值，依次向上排孔按底孔系数0.7取值，最上一排孔按底孔系数0.6取值。

图7 墩柱炮孔布置

按Q＝1/2·a·S·q式计算，其中a为孔距，m；s为桥墩截面积，m2；q为单位炸药消耗量，kg/m3。得出：Q底孔＝424 g，取400 g；Q底二排＝360 g，取350 g；Q中间孔＝296.8 g，取300 g；Q最上孔＝254.4 g，取250 g。

为确保立柱爆破效果，在底部三排孔之间两个中心点各加一个辅助孔，孔深为75 cm，装药量为150 g，见图8。

图8 墩柱炮孔结构

3.4 装药结构

炮孔直径为40 mm，选用Φ32 mm乳化炸药。

(1)墩柱全部采用连续装药方式。

(2)斜撑采取空气间隔分段装药，将单孔装药等分二份，用胶布缠绕在竹片上固定，两个药包间距为7 cm。

(3)两侧拱肋分段装药，方式如上，两个药包间距为15 cm，中间4根拱肋连续装药。

(4)孔口全部用炮泥充填密实。

3.5 起爆方式

(1)起爆器材选择。为避免在施工过程中外来电流的作用导致误爆、早爆事故，因此本工程起爆器材全部采用导爆管起爆网络。炮孔内使用半秒延期导爆管雷管(HS-5)，传爆雷管使用毫秒延期导爆管雷管(西侧MS-3和东侧MS-5)，MS-5导爆管雷管进行单元接力传爆。使用高能起爆器(CHA-2000)起爆。

(2)起爆延时分段设计。起爆采取孔内延时和孔外延时相结合的起爆网路，大桥每的西侧桥墩相比于北侧桥墩提前60 ms起爆；为了控制爆破振动对周围建筑的损害，每跨的起爆时间差110 ms。

(3)起爆网路连接形式和起爆方法。每个桥墩、拱肋、斜撑分为一组，用“簇连”方法将炮孔中导爆管雷管抓为一把，用2发同一段别(西侧MS-3和东侧MS-5)的导爆管雷管传爆。然后用导爆管、四通将各组传爆雷管连接，相邻跨之间再用2发MS-5导爆管雷管进行单元接力传爆，成自北向南的复式起爆网路。用一个高能起爆器(另备用一个)作起爆源，激发最北端的传爆网路，自北向南逐跨起爆。起爆网络如图9所示。

图9 起爆网络示意

4 安全措施

(1)爆破切口近体防护措施。对装药的墩柱等爆破切口使用一层厚12 mm橡胶皮和一层厚10 mm的地毯将爆破部位完全包裹，然后用铁丝在外捆紧(5匝)；拱肋、斜撑外用橡胶皮、地毯等防护材料进行3层以上包裹。通过上述方式，达到控制爆破切口部位产生的飞石扩散。

(2)对重要保护建筑及设施的防护措施。在大桥和被保护建筑之间架设建筑脚手架，用一层钢丝网和一层彩条布进行防护，原则上脚手架架设距离为距大桥外檐的3～6 m范围内。通过该防护措施防止爆破飞石及桥体塌落产生飞溅物对被保护建筑产生破坏。另外，采用自桥面边缘向下悬挂双层钢丝网和一层彩条布的方式，完全遮挡住拱肋、斜撑部位，防止爆破飞石对高压线路造成影响。市政供水管路从河岸延伸至河底，外露部分有6 m长，高于河底3.5 m左右。为了防止桥面塌落后解体构件会砸到水管，采用自然土填充覆盖方式进行对水管进行保护。其中覆土高度不低于水管表面1 m，并在水管位置上方敷设一定厚缓冲材料加强保护。

(3)塌落振动防护措施。为了减小桥体塌落时触地振动，防止桥体解体后直接撞击地面而引起周围泥土及杂物飞溅，爆前应对大桥倒塌范围内的碎渣清理干净，在大桥每一跨之间堆设两道1 m后的减震土堤。

(4)安全警戒。爆破区域周边150 m范围内为警戒区域，迎丰路、花溪路进行交通管制，警戒区域内的居民全部撤离。

5 爆破施工及效果

整个爆破工程历时15d，炮孔总数705个，使用乳化炸药总量196.4 kg、雷管1009发。

爆破后，墩柱充分解体，桥面、拱桥失重塌落，爆破效果符合设计要求；施工过程中未出现任何安全事故，周边建筑未受飞石影响，最近建筑物处的质点振速为0.36 cm/s，对周边建筑物没有任何影响。

[1] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2013：393-394.

2016-10-17)

刘士兵(1982-)，男，安徽来安县人，工程师，工学学士，主要从事民用爆破器材生产、使用及爆破技术方面的研究，Email：1069452004＠qq.com。