126 m长水闸和交通桥控制拆除爆破

2022-01-26徐传忠孙跃光张春玉卢英明魏冰方

工程爆破 2021年6期

关键词：楼梯间炮孔水闸

徐传忠，孙跃光，张春玉，卢英明，魏冰方

(1.济南兴鲁爆破有限公司，济南 250014；2.济南黄河爆破工程有限责任公司，济南 250015；3.山东大展工程有限公司，济南 250001)

1 工程概况

济南市徒骇河营子水闸分为水闸、交通桥和楼梯间3部分。该处水闸已经使用近40年，经结构鉴定无维修价值，计划采用爆破方式拆除后建设新的水闸。

1.1 结构特点

水闸全长126 m，共19跨，跨径6.6 m，闸基础为钢筋混凝土现浇结构，高度7.0 m，厚度0.8 m，上宽2.5 m，下宽5.4 m。每道闸基础内有26根竖向钢筋和环形筋，竖向钢筋为Φ22螺纹钢，间距0.25 m，横向环形钢筋为Φ10圆钢，间距0.2 m。水闸基础底部东侧为台阶式，西侧为坡脚式，中间有一道竖向的闸板槽，宽度0.6 m，深度0.25 m。水闸基础之上为2根0.5 m×0.5 m的钢筋混凝土现浇立柱，高度6.0 m。立柱之上0.7 m×0.6 m的横梁和简支梁，简支梁上为联系梁，中间是钢筋混凝土提升机底座。水闸两端是钢筋混凝土联系墙。交通桥全长152 m，桥面总宽5.1 m，共23跨，跨径6.6 m，桥梁两端为桥台，中间为柱式桥墩。每跨桥墩底部为钢筋混凝土条形承台，高1.0 m，宽0.8 m。柱式桥墩之上为0.5 m×0.6 m的钢筋混凝土横梁，横梁之上为纵向3条钢筋混凝土槽型预制板，槽型板之上为0.1 m厚的混凝土桥面，桥面距离河床底距离7.0 m。水闸北端是3层楼梯间，长6.5 m，宽3.9 m，高12 m，墙壁厚度0.28 m，水泥浆砌砖结构。水闸与交通桥整体结构及截面尺寸如图1、图2所示。

图1 水闸与交通桥结构Fig.1 Structure of sluice and traffic bridge

图2 水闸与交通桥截面Fig.2 Cross section of sluice and traffic bridge

1.2 周边环境

待拆除水闸位于济南市商河县白桥镇小营子村西南300 m、大侯家村东南的徒骇河上。爆破区域北侧为乡村道路；东北方向30 m为水利工程项目办公区域；东侧为河道；东南方向30 m为农田，300 m为大营子村民房；南侧为乡村道路；西南方向30 m为农田和菜园，150 m为民房；西侧为河道；西北方向100 m为民房，280 m为大侯家村民房。爆破环境相对较好。具体环境如图3所示。

图3 周围环境Fig.3 Surrounding environment

2 爆破方案设计

根据待拆除建筑物的具体情况，水闸、交通桥、楼梯间相互独立，爆破时可以单独设计倒塌方向。交通桥可采用向东定向倒塌、楼梯间可采用向南定向倒塌的爆破方案。

水闸的拆除方案较复杂，主要原因一是该拆除任务施工时间短，闸基上部立柱无法钻孔，爆破部位只能设置在闸基下部；二是闸基为下大上小的变截面结构(见图2)，而且整个水闸上部质量较小，建筑物重心很低；三是水闸顶部是简支梁和一道联系梁将各跨连成一个整体，由于联系梁较小，造成上部整体性不强。

在进行水闸爆破设计时，将单跨的水闸基础作为设计对象，即在单跨水闸基础上布置爆破切口，采用逐跨向东定向跨塌的爆破方式[1]。为防止在水闸纵向方向上因顶部联系梁的牵拉作用，导致后部各跨垮塌不彻底，故采用倒梯形切口。首先起爆的一组基础爆破切口高度比其它基础提高50%，确保倒塌时产生足够的拉力，以达到定向倒塌的目的。

因南侧第一道闸基与联系墙联接，牵拉作用较强，故确定从南侧第二道闸开始起爆，后续各跨闸基依次延时起爆，形成向东倒塌的切口后，使水闸在重力和侧向拉力作用下形成大偏心受压而向东定向倒塌。

水闸爆破受力分析如图4所示。图4a表示首先起爆形成爆破切口，图4b表示切口上部A部分在重力作用下先下落，与底部保留部分接触后，由于重力的作用A部分继续向东倾倒。A部分在下落过程中，对邻跨爆破切口B部分形成拉力F，随着A部分向东倾倒，带动B部分向东倾倒，从而使水闸依次逐跨向东倒塌。

图4 水闸爆破受力分析Fig.4 Analysis of sluice blasting force

3 爆破参数

3.1 爆破切口高度计算

爆破切口高度

H=k(B+h)

(1)

式中：k为经验系数1.5～2.0，取k=2.0；B为爆破切口处的壁厚，本工程取闸基础壁厚B=80 cm，h为最小破坏高度，则爆破切口高度H=302.6 cm，实际取H=3 m。

交通桥柱式桥墩爆破切口高度取2.0 m；楼梯间爆破切口高度取1.5 m。

3.2 钻孔参数设计

1)柱式桥墩的钻孔设计。圆柱形桥墩，高度约6.0 m，直径0.6 m。采用垂直单排布孔。前排立柱爆破切口高2.0 m，孔距为0.35 m，每根立柱布7个炮孔，共160个炮孔。后排立柱爆破铰链支点高0.7 m。每根立柱3个炮孔，共72个炮孔。

2)条形承台的钻孔设计。承台为条形，地上部分长度4.7 m，高1.0 m，宽0.8 m。采用垂直单排布孔。孔距为0.4 m，每条承台12个炮孔，18条承台共216个炮孔。

3)水闸基础钻孔设计。水闸基础为板墙式结构，底部长5.4 m，高7.0 m，厚0.8 m。采用水平多排布孔，孔距0.45 m，排距0.4 m。倒塌方向爆破切口高度3.0 m，每道基础墙炮孔40个，18道墙共720个。后排爆破切口(铰链支点)，每道墙3排，炮孔6个，18道墙共108个。中间闸槽内炮孔12个，18道墙共216个。

4)水闸上部立柱钻孔设计。立柱为方形，截面尺寸0.5 m×0.5 m。前柱爆破切口高度1.5 m，孔距0.3 m，每柱6个炮孔，后柱爆破高度0.6 m，3个炮孔，采用垂直单排布孔。每组布孔9个，18组立柱共162个炮孔。

5)水闸两端联系墙钻孔设计。联系墙为板墙式结构，高6.0 m，厚0.8 m。采用水平多排布孔，孔距0.45 m，排距0.4 m，每道墙布孔30个，共60个炮孔。

6)两端桥台钻孔设计。桥台为板墙式结构，高度2.0 m，厚度1.2 m。采用水平多排布孔。每端桥台布孔30个，共60个炮孔。

7)楼梯间墙体钻孔设计。墙体为水泥浆砌砖结构，厚度1.2 m，爆破缺口高度0.2～1.5 m。采用水平多排布孔。三面墙体共布100个炮孔。

钻孔爆破参数如表1所示。

表1 爆破参数

3.3 爆破网路

本工程采用数码电子雷管并联起爆网路，一次点火分段延时起爆[2-4]。纵向自南向北分为24个段次逐跨(排)依次起爆，纵向每跨间延时间隔为90 ms；横向自东向西分4个段次依次起爆，横向延时间隔为500 ms，总延时3 980 ms。起爆网路如图5所示。

图5 起爆网路Fig.5 Initiation network

4 爆破振动计算

1)爆破振动安全距离计算[1]：

(2)

式中：R为爆破振动安全距离，m;K,α为爆破点至保护对象间的地形地质条件有关的系数和衰减指数；v为安全振动速度,cm/s;Q为炸药量，齐发爆破为总装药量，延时爆破为最大一段装药量,kg。

本次爆破为拆除爆破,取K=32.1，α=1.57，v=2.5 cm/s。爆破时最大一段装药量按8.0 kg计算，爆破振动安全距离R=10.2 m。

2)建筑物塌落振动安全计算。本爆破项目塌落引起地面振动主要是水闸立柱以上部分落地时，砸向地面引起振动。选用以下公式[2]：

(3)

式中：vt为塌落引起的地面振动速度，cm/s；m为下落构件的质量，本项目按水闸基础立柱以上部分计算，钢筋混凝土115 m3，折合287.5 t；g为重力加速度，9.8 m/s2；H为构件重心高度，本项目按12 m考虑；σ为地面介质的破坏强度，取10 MPa；Kt、β为衰减指数，Kt=3.37，β=1.66；R为观测点至冲击地面中心的距离，本项目取水闸管理处办公室与爆点的最近距离，R=100 m；经计算，vt=0.144 cm/s，实际爆破塌落时不是上部整体落地，而是自南向北依次塌落，并且是塌落在了交通桥的废墟上，塌落振动速度相对较小。