大跨度中承式钢筋混凝土桥梁爆破拆除

周晓光,周明安

(湖南铁军工程建设有限公司， 湖南 长沙 412100)

1 项目概况

1.1 项目背景

安仁大桥位于湖南省郴州市安仁县县城永乐江中游，并处在河道两道转弯处中部，距永乐江老桥（双曲拱桥）下游1 km处，往北与安仁大道、七一路相通，往南与 S212线相接。该桥被鉴定为四类危桥，严重影响了两岸交通的正常运行以及当地人民的生命财产安全，同时在两岸沿河各规划一条滨江大道，老桥的跨径已经不能满足城市发展的需要，因此急需将安仁大桥拆除。

由于安仁大桥为四类危桥，同时桥梁结构复杂，属于下沉式拱桥，不适合采用人工或者机械方案进行拆除。桥两岸有居民楼，下游43 m处有钢便桥，人员车流量较大，为确保周围居民、行人、车辆的安全，受当地政府的委托，我公司对安仁大桥进行爆破拆除。

1.2 工程概况

安仁大桥全长201 m，桥宽18 m。通航孔主跨（2#桥跨）跨径为80 m，从河床至主拱圈顶的最大高度27 m，桥面无风撑；边跨（1#桥跨和3#桥跨）为2 m × 44 m的箱肋拱，主跨80 m中承式拱采用上下并列2根直径80 cm（2 × 80 cm）钢管拱做劲性骨架；在主梁中加设横梁。如图1所示。

周边环境复杂，西北距神龙国际小区楼房最近处60 m，距离施工板房36 m；东北距美术馆118 m，距滨江新城小区最近处128 m；东南距离在水一方小区最近处76 m；西向距离新建钢便桥43 m。

图1 桥梁结构

（1）施工难点。安仁大桥为四类危桥，桥梁结构安全问题突出，炮眼的布置、施工及大桥预拆除工作难度大。桥梁下游43 m处新建一座钢便桥，处于个别爆破飞石最大飞散距离范围内，需要重点保护。中承式钢管拱无法钻孔爆破，为保护下游钢便桥，应采用控制爆破的方式使钢管拱定向倒塌。安仁大桥是 S212的交通干道，处于城区，人员车辆的流动性较大，安全要求高。

（2）爆破总体方案。采用浅孔与深孔相结合的控制爆破、孔内半秒延期配合孔外毫秒延期多段起爆技术，重点拆除桥台、桥墩、边拱（箱肋拱）拱脚等主要承载结构，使桥体由南向北逐跨塌落，钢管拱向上游定向倒塌。

（3）爆破效果。2016年10月17日16时16分对该桥进行爆破拆除，整个过程取得了成功，实现了预期的目标。经过实测，优化后的爆破振动和塌落振动都被控制在安全允许范围内；多重防护下爆破飞散物得到良好控制，未对临近建筑和人员造成伤害；钢管拱实现向上游定向倒塌，确保了下游钢便桥的安全；河床以上的桥墩实现彻底破坏，失去承载能力，桥面炸成数节向下坍塌，为河床清渣创造了良好条件。

2 主要研究成果

2.1 PVC管装药技术

桥墩炮孔装填质量的控制是关系到桥墩爆破效果好坏、桥梁爆破成功与否的重要环节。采用XDL-5B全液压动力头岩芯钻机钻孔，成孔后，因桥墩部分墩身和承台处于水面以下，有水渗入炮孔，炮孔内水位较高。补给水源较为充足，现场采用人工压力式抽水器排水可以降低孔内水位，但不能将孔内水排净。由于孔内积水的存在，直接装药时的话，会出现药卷装不到底、卡孔的现象，将直接影响爆破效果，甚至出现安全问题。

为解决上述问题，本工程采用Φ80 mm的PVC管进行装药。具体装药过程：将4 m长PVC管（管底部密封）从桥面炮孔位置放下，底部落在对应桥墩钻孔位置上方1.4 m的支撑体上，在桥面将炸药逐卷向 PVC管内装填，安放起爆体。然后接长剩余的2.6 m PVC管，移除支撑体，在桥面将剩余炸药装入 PVC管内，最后由爆破员在桥面上将整个PVC管放入对应的炮孔内，整个过程通过上部绳索悬吊（在上部第一节 PVC管的端部系上长绳）保证PVC管下放速度，确保PVC管沉到孔底，再进行炮孔的填塞（如图2所示）。

图2 PVC管装药结构示意

2.2 桥墩成孔技术

桥墩是桥梁的重要受力构件，是爆破的重点部位。桥墩由2.4 m高的墩帽、4.39 m高的墩身和2 m高的承台组成，截面直径为5 m，钢筋粗而密，特别是墩帽处的钢筋更密，对钻孔设备的性能要求较高，需要采用特殊的钻孔设备。

由于工程特点限制，本工程若采用传统的凿岩机和冲击式潜孔钻机钻孔，则难度大，速度慢，成孔率低，安全性差，若采用浅孔爆破，水平浅孔钻孔数量多，工期持续时间长，装药填塞工作量大；同时需要在水中搭设脚手架和作业平台进行高空作业，钻孔作业安全性差，且脚手架和作业平台必须在装药填塞、起爆网路连接完成后才能进行拆除，严重影响爆破网路的安全和爆破施工进度；此外，由于钻孔数量多，爆破器材消耗量大，起爆网路复杂，容易出现故障，无法保证准爆性。若采用垂直浅孔爆破钻孔，无法实现桥墩一次性钻孔作业，需要二次爆破。若采用深孔爆破，垂直深孔炮孔数量少，利于保证工期，装药填塞工作量小；钻孔作业在桥面完成，不需要高空作业，可有效保障作业人员的安全；起爆网路简单，可以保证准爆性。

为保证成孔质量，消除水面高空作业风险，本工程中桥墩的炮孔采用XDL-5B全液压岩芯钻机在桥面打垂直深孔，取得了良好的效果。

2.3 钻孔精确定位技术

炮孔位置的选择不仅直接影响爆破效果，而且关系到爆破安全。本工程在桥面上对桥墩进行钻孔，定位以及定位的精度直接影响炮孔的位置，桥面钻孔微小的偏差将导致孔底抵抗线发生很大变化，因此提高深孔爆破钻孔精度对于本工程爆破拆除的安全实施有着重要意义。

桥面钻孔位置标定就是在桥面平面坐标系统中标定钻孔中心坐标P（X，Y）的过程，垂直钻孔的桥面平面坐标 P（X，Y）与桥墩炮孔设计坐标D（X，Y）相等，将桥墩中心标定在桥面上，利用已知的几何关系，标定出钻孔中心位置。

桥墩中心的定位采用“任意三点确定一个圆心”的原理：在桥墩同一水平面任意选相距一定距离的三点贴反光片，测量三点坐标，依据三点确定一个圆心得出桥墩中心坐标。由于 P（X，Y）=D（X，Y），利用全站仪在桥面上标定出桥墩中心位置。利用桥墩中心与钻孔中心已知的几何关系，在桥面上准确标定出钻孔中心位置。

2.4 爆破技术的优化

该桥为钢筋混凝土中承式拱桥，中间主拱为钢管（2根直径为800 mm的钢管上下叠置），无法进行钻孔爆破，但又要保证钢管拱定向倒塌；两边拱为上承式钢筋混凝土空腹箱肋拱；两岸为钢筋混凝土桥台；两组中间桥脚为钢筋混凝土柱式桥墩。根据桥梁的结构特点、稳定性以及安全要求，为确保桥梁顺利爆破，对爆破设计进行再优化：

（1）对于位处河中的4根钢筋混凝土桥墩柱，使墩帽、墩身、承台破碎塌落，失去承载能力；

（2）对两岸钢筋混凝土桥台，主要爆破拱脚结合部和横墙，使其彻底解体破碎，失去承载能力；

（3）对 4根箱肋拱两端拱脚（实腹）部位，爆破一个长3 m的切口，爆破后使其失去承载能力；

（4）钢管结构拱材料特殊，无法钻孔，控制其倒塌方向尤为重要，为确保安全，采用半秒延期控制起爆技术，实现钢管结构拱的定向倒塌；

（5）钢便桥为本工程的重点防护对象，为防止飞石对其造成损伤，将炮孔布置在与桥墩轴线成45°角的方向上，避免炮孔的最小抵抗线指向钢便桥的最近部位，如图3所示；

（6）起爆网路：采用浅孔与深孔相结合的控制爆破、孔内半秒延期配合孔外毫秒延期多段起爆技术，使桥体由南向北逐跨倒塌，钢管结构拱向上游定向倒塌。

图3 炮孔布置的优化

3 实践体会

本项目中采用 PVC管装药技术，顺利解决了炮孔中水对装药以及爆破效果的影响，同时，采用PVC管装药在安全区域进行，装药质量得以保证，此外，钻孔避免了水上作业，保证了作业人员的安全。

据有关文献报道，浑河老桥控制爆破施工中使用液压岩石钻机对桥墩和基础进行钻孔；张家界鹭鸶湾大桥的爆破仅在盖梁钢筋密集区处采用地质岩芯钻机钻孔，穿过钢筋密集区后仍采用普通潜孔钻机进行钻孔。本项目中，在桥墩处完全采用地质岩芯钻机施工，有效保证了成孔质量（孔位、孔径、孔深、垂直度），提高了钻孔速度，可供类似工程参考。

对于炮孔的精确定位，较多的文献报道是在凿岩设备上安装精密仪器，通过控制钻臂实现炮孔的精确定位。还有文献报道，利用计算机的成图软件建立三维立体坐标系统，计算出钻孔中心坐标，通过放样标定出坐标位置。本项目中钻孔定位技术原理简单，便于操作，工作量小，不仅成功解决了在桥面对桥墩炮孔定位的问题，且可以确保定位的精度，有着重要的工程实践意义。

本项目虽然已经成功完成爆破拆除，但有些方面后仍需加强研究，主要有两个方面：

（1）桥梁倒塌的数值模拟，应结合高速摄影技术保存大桥倒塌的完整过程，为后期研究提供客观资料，建立模型，进行数值模拟，充分研究大桥倒塌的过程，为桥梁倒塌的理论研究和类似工程项目研究提供参考依据；

（2）PVC管对炸药的影响，PVC管装药技术在本项目的应用产生了良好的效益，成功解决施工中水对装药的影响以及水对炸药的影响，但是PVC管对爆破效果的影响有待进一步研究，比如：PVC管管径、材质、硬度对爆破效果的影响，PVC管管径与药卷直径的比值对爆破效果的影响等。