500 kV高压线下预应力钢筋混凝土桥拆除爆破

刘贵军，汪海波，宗 琦

(1. 中冶(贵州)建设投资发展有限公司，贵阳 550003；2. 安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

1 工程概况

贵州省天(柱)黄(平)高速公路镇远北互通匝A跨主线桥因线路改变，需拆除。桥梁长94 m，上部结构为(23+35+23)m预应力钢筋混凝土现浇连续箱梁；桥墩为钢筋混凝土三柱墩，高6.484 m，直径1.4 m；桥台为素混凝土重力式U台，预应力钢绞线已张拉、灌浆。桥梁位于斜坡地带，周围有自建料场、拌合站及配套设施距桥梁起点40～50 m，桥梁上方30 m有500 kV高压线斜穿，桥梁结构及周围环境如图1所示。

图1 待拆桥梁及周边环境Fig.1 The bridge to be demolished and surrounding environment

2 工程特点及对策

待拆桥梁位于野外，周围环境较为简单，桥梁上方30 m有500 kV高压线斜穿，要求严格控制飞石。同时，该桥梁为新建桥梁，混凝土强度高，其中箱梁共有4道腹板，每道腹板设计了2排，每排3根预应力钢绞线，所有钢绞线均已张拉、灌浆，使得箱梁整体性好。针对上述特点，采用相应对策。

1)先起爆桥墩炮孔。由上覆箱梁遮挡飞石，减少向上飞石，这样就不会危及高压线。

2)爆破折断箱梁。设计2个爆破区，为避免钢绞线的拉应力造成箱梁不垮落，增大箱梁爆破区域范围至1.5 m，并控制箱梁炮孔的装药量，加强填塞。孔口采用沙袋堆载，抑制向上的飞石。

3 技术方案

根据待拆桥梁特点和周围环境情况，参考相关桥梁拆除爆破经验[1-3]确定总体方案。

1)采用定向控制爆破技术，破坏箱梁、墩柱和桥台，利用箱梁自重整体垮落。箱梁、墩柱采用浅孔爆破，桥台采用深孔松动爆破。

2)墩柱支座中心线两边1.5 m范围内箱梁为实体，为了箱梁顺利垮落，对1、2号墩柱向跨中方向进行爆破，箱梁仅破断，落地后采用冷开解体，减少飞石危害。

3)严密防护，将飞石、空气冲击波等控制在安全范围内。

根据工程特点和相关桥梁拆除爆破经验[4-6]，将爆破区域划分为6块(见图2)。

图2 爆破区域划分Fig.2 Blasting area division

4 爆破设计

4.1 钻孔爆破器材

1)箱梁、墩柱、桥台采用气腿式凿岩机钻孔，钻头直径40 mm。

2)采用2#岩石乳化炸药，规格φ32 mm×200 mm×200 g；MS1～ MS3段延时导爆管雷管。

4.2 墩柱与箱梁腹板爆破参数

1)孔网参数设计。墩柱直径1.4 m，墩柱总高6.484 m，两道系梁间距5.4 m，且系梁与墩柱连接处钢筋密集，因此只爆破系梁间的1、2号墩柱，炸高取5.4 m。每个墩柱各布置10排炮孔，1个墩柱炮孔总数30个，炮孔间距0.3 m。为了充分破碎、保证桥面下沉及爆后残体清理，每排布置3个炮孔，最小抵抗线设计为0.4 m。炮孔均垂直于墩身(即沿径向钻孔)，具体布孔参数如图3所示。

图3 墩柱炮孔布置(平面)Fig.3 Blastholes layout of pier

箱梁共设置4道高200 cm的腹板，距墩柱支座中心线1.5 ～ 3.5 m范围内，箱梁腹板厚70 cm；距支座中心线1.5 m范围内，箱梁为实心钢筋混凝土结构。为保证箱梁顺利塌落，从距支座中心线1.5 m起布置炮孔，炮孔由墩柱向跨中布置，间距50 cm；为避免飞石，按松动爆破设计，中间腹板两边减小装药量；为保证爆破效果，采用分段间隔装药，具体划分如图4所示。

图4 箱梁腹板炮孔布置Fig.4 Blastholes layout of box girder webs

2)装药量计算。炸药量按体积药量公式[3]计算(Q=qV，其中Q为单孔装药量，q为炸药单耗，V为单个炮孔负担的爆破体积)，腹板爆破后会产生向上的飞石，危及高压线，故装药量以松动爆破计量，具体爆破参数如表1所示。为确保爆破效果，每个墩柱底部3排(从地面往上数的第1、2、3排)中间炮孔增加1卷炸药，即装药0.8 kg。

表1 墩柱与箱梁腹板爆破参数

注：L1为墩柱沿径向中间炮孔深度；L2为墩柱沿径向两侧炮孔深度；Q1为墩柱沿径向中间炮孔单孔装药量；Q2为墩柱沿径向两侧炮孔单孔装药量。

4.3 桥台爆破参数

桥台截面为梯形，0#桥台长16.50 m，上部壁宽0.8 m，下部壁宽4.681 m，高7.662 m；侧墙长7.0 m，上部壁宽0.50 m，下部壁宽3.055 m，高6.462 m。3#桥台长16.5 m，上部壁宽0.8 m，下部壁宽3.68 m，高4.62 m；侧墙长6.0 m，上部壁宽0.50 m，下部壁宽2.041 m，高4.62 m。

1)孔网参数设计。桥台采用松动爆破，钻头直径40 mm，钻机一次钻全深爆破。在桥台与侧墙上各布置2排炮孔，其中，桥台炮孔孔口间距1.0 m，侧墙炮孔孔口间距0.7 m。

2)装药量计算。因为桥台拆除按松动爆破设计，所以炸药单耗取0.7 kg/m3。由于桥台下部尺寸最大，装药量适当增强，从而保证桥台的破坏失稳。0#桥台的高度较大，分3段间隔装药，采用下部加强装药、中部常规装药、上部减弱装药的方式；3#桥台尺寸相比较小，分2段间隔装药，桥台的具体爆破参数如表2所示。

表2 桥台爆破参数

4.4 装药结构

墩柱炮孔采用正向连续装药结构，装药后剩余炮孔长度用炮泥填塞密实(见图3)。

桥台、腹板采用空气间隔分段装药，每段1个起爆药包，起爆药包和药卷按设计装药量和间隔长度绑扎在竹片上，放入炮孔中，再用黄泥填塞密实炮孔，其中桥台炮孔填塞长度不小于2 m(见图4)。

4.5 起爆网路

采用导爆管雷管起爆系统，为保证箱梁塌落，先爆破桥台，再爆破墩柱和腹板。为减小先爆区域对后爆区域网路、防护结构的影响，采用孔内短延时爆破。桥台炮孔采用MS1段导爆管雷管，墩柱和腹板炮孔采用MS3段导爆管雷管；分段装药炮孔采用同一段别雷管。所有炮孔采用“大把抓”连接，接力雷管采用MS2段导爆管雷管。

5 防护设计与爆破安全校核

5.1 防护设计

爆区周围有拌合站、500 kV高压线等重要结构设施，必须避免飞石、冲击波造成危害[7]。

1)严格按设计药量、间隔长度和填塞长度装药。装药前，复核每个炮孔深度，因为深度不足或倾角差异导致最小抵抗线变化时减小装药量。

2)采用黄泥填塞密实，不能夹杂碎石。

3)墩柱装药段包裹多层草袋、竹笆。箱梁爆破区和桥台炮孔孔口压土袋。

4)爆破区域搭设带斜撑的钢管脚手架，脚手架上挂建筑模板遮挡。

5)清理桥面碎石等杂物，避免形成飞石。

5.2 爆破安全校核

1)爆破振动。爆破总药量小，且分散在众多炮孔中，周围无重要建(构)筑物，爆破振动不会造成危害。

场地为开挖的土层、松软，爆破后的箱梁塌落在墩柱爆堆上，不会直接冲击地面，塌落振动强度能够满足要求[8]。

2)飞石和冲击波。爆破采用分散装药，有覆盖物防护，可降低爆破碎块飞散、冲击波的作用强度，不会对周围建筑物造成危害。

3)爆破噪音控制。国内外众多的拆除控制爆破经验表明，拆除爆破时的噪音在距爆源10 m以外不会超过100 dB，故不会对周围环境带来有害影响。

6 爆破效果与体会

爆破过程与效果如图5～图6所示。

图5 桥梁爆破拆除倒塌过程Fig.5 Collapse process of the bridge blasting

图6 墩柱和桥台破碎情况Fig.6 Fragmentation of pier and abutment

爆破后，桥梁上方的500 kV高压线和周围的拌合站及配套设施完好无损。从图5～图6的爆破过程和破碎程度可以看出，墩柱炸高范围内钢筋混凝土已破坏、解体，箱梁腹板切割整齐，说明爆破参数设计充分合理。该预应力钢筋混凝土桥拆除爆破体会如下。

1)预应力钢筋混凝土箱梁桥结构完整性好，配筋密、混凝土强度高，爆破时墩柱应保证足够的炸高和合理的炸药单耗，使混凝土破碎飞出，钢筋屈服。

2)箱梁不同位置处内部结构和腹板厚度差异很大，可选择薄弱处钻孔爆破解体；多道腹板时，中间腹板和两侧腹板应分别设计。腹板厚度较薄时可采用水压爆破，减少二次破碎工作量。

3)桥台采用松动爆破，可使用潜孔钻机钻凿50 mm以上的钻孔，减少钻孔数量和劳动强度。