桥梁粉碎性拆除爆破技术的应用

马浩MA Hao

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概况

待拆立交桥为14+27+14m 钢筋混凝土无台斜腿刚构桥梁，桥长55m，宽11.8m，距高速路面高6m，桥梁采用C30 混凝土浇筑。立交桥中间为变截面空心箱梁，箱梁宽度8.8m，高度1.05～1.7m；箱梁并排布置9 个直径0.75m 的圆形空心箱，空心箱间隔混凝土厚度0.203m，箱顶厚度0.15m，箱底厚度0.15～0.73m。箱梁两侧为板梁，分别宽1.5m，厚0.1～0.35m。立交桥两端为实心梁，分别长2.3m；斜腿支撑位置也为实心梁，分别长3.25m。桥面有4～18cm 厚的混凝土铺装。斜腿长6.5m，为实心钢筋混凝土板，底部宽7.7m、厚0.8m，上部宽8.8m、厚1.2m。桥梁和斜腿纵向面筋和底筋均为φ28 钢筋，侧筋主要为φ14 和φ12 钢筋，横筋和护栏主要为φ8 钢筋，钢筋间距0.15～0.2m。混凝土标号C30。整桥计算重量约9.5t。（图1、图2）

图1

图2 斜腿剖面图（单位：cm）

待拆除苏桥互通式立交桥横跨G72 泉州至南宁高速公路，现桂林往柳州方向半幅已经封闭改道；拆除立交桥东侧为高速公路，东侧179m 有一跨高速路天桥，227m 有厂区厂房；南东侧101m 有厂区厂房，177m 有村庄民房；南侧225m 为苏桥收费站，174m 有民房；南西侧112m 有某设备有限公司厂区厂房；西侧277m 有一跨高速路天桥，332m 有高压线塔；西北侧147m 有永福福兴砖厂厂房，203m 有项目部搅拌站，408m 有一变电站；北侧303m和313m 有高压线塔。平面布置见图3，桥梁图片见图4。

图4 待拆桥梁图片

2 爆破技术设计

2.1 方案选择

待拆桥梁下部为运行中的高速公路，必须保护好道路结构防止桥梁落地砸坏下部道路和周围保护对象，并能快速恢复交通。方案选择粉碎性拆除爆破，粉碎性爆破打眼多工程量大，但打眼不影响交通通行；粉碎性爆破机械破碎时间段，桥体解体垮落，不会对高速路面造成强烈冲击。

2.2 爆破参数设计

2.2.1主梁、护栏炮孔参数

护栏高0.85m，上宽0.2m，下宽0.43m；箱梁空心段含铺装高1.16～1.8m，两端桥头实心段高1.1～1.2m，斜腿支撑处实心段高1.7～1.88m。各部分厚度不一，最小抵抗线W=0.1～0.94m。

因主梁、护栏各处厚度不一，且箱梁中有9 个并排的0.75m 直径空心箱，在横向断面上根据混凝土位置布置炮孔，横断面上炮孔间距取a=0.25～0.953m。

以横断面作为排，根据以往类似项目经验，且为了整齐布孔，纵向排距取b=0.45m。

在剖面上分①～⑤五种类型，各类炮孔深度、单孔炸药量不相同。

各部分高度H 不等，炮孔深度L=H×2/3。

①类炮孔孔深L1=0.13m；

②类炮孔孔深L2=0.3m；

③类炮孔孔深L3=0.2m；

④、⑤类炮孔因箱梁高度变化，且有圆形空心箱影响，使上下较厚中间较薄，为了使炸药能布置在混凝土较厚位置，④、⑤类炮孔应加深，但应确保空心箱段炮孔与箱梁底保持不小于0.1～0.2m 的厚度，斜腿位置梁实心段炮孔与梁底保持不小于0.35m的厚度。

④类炮孔孔深L4=0.95～1.55m，实心段仅布置在上层，取L4=0.3m。

⑤类炮孔空心箱段孔深L5=1.05～1.6m，斜腿处实心段孔深L5=1.45m 和1.7m，桥头实心段L5=1.2m，见图5。

图5 爆破炮孔参数示意图

2.2.2斜腿炮孔参数

斜腿底宽7.7m、厚0.8m，上宽8.8m、厚1.2m，布孔位置厚B=0.84～1.1m 由下至上按排布置炮孔。

斜腿厚度B 从下至上逐步增加，炮孔深度随厚度增加而增加，L=B×2/3=0.56～0.72m。

最小抵抗线W=B/2=0.42～0.55m。

炮孔间距a=（1～1.3）W，为便于布孔，取a=0.5～0.54m。

炮孔间距b=（0.6～1）a，为便于布孔，取a=0.5m。

见图6。

图6 斜腿炮孔布置图

2.2.3药量计算

2.2.3.1主梁、护栏药量计算

因混凝土厚度不一，则用截面积和排距a=0.45m 计算一个截面上的所有炮孔装药量，由下式：

式中：

q—单位炸药消耗量，取0.65～1kg/m3，实心段偏小值，空心段偏大值；

S—截面面积，空心段7.6～12.7m2、斜腿处实心段17.3m2、桥头实心段11.6 m2；

a—孔距，0.45m。

根据炮孔截面计算装药量，空心段Q截=2.2～5.7kg，斜腿处实心段Q截=5～7.8kg，桥头实心段Q截=3.4～5.2kg，为便于装药，按50g 作为单孔装药量增减数量。

①类炮孔单孔装药量Q1=50g；

②类炮孔单孔装药量Q2=100g；

③类炮孔单孔装药量Q3=100g；

④类炮孔间隔装药，因侧边较薄，底部减弱装药，单孔装药量Q4=底部药量+上部药量=（100～150）g+100g，实心段连续装药Q4=100g。

⑤类炮孔间隔装药，单孔装药量Q5=底部药量+上部药量=（150～300）g+100g，实心段连续装药，斜腿段Q5=600g，桥头段Q5=350g。

2.2.3.2斜腿药量计算

单位炸药消耗量取q=0.95～1kg/m3；

单孔装药量Q=qabB=0.2～0.3kg，为便于装药，从下至上每3 排按50g 递增。

2.2.3.3最大单段药量计算

最大单段药量位于主梁炮孔最深位置位于实心段位置，共5 排，每排⑤类炮孔8 个（实心段）、④类炮孔2 个（实心段）、③类炮孔2 个、②类炮孔2 个、①类炮孔2 个，则最大单段药量Q单=600g×8 个+150g×2 个+100g×2 个+100g×2 个+50g×2 个=28kg。

2.2.4装药结构与填塞

护栏、板梁和实心梁采用连续装药结构，在药柱中间位置装置1 发数码电子雷管进行起爆；空心梁段采用间隔装药结构，在底部药包装置1 发数码电子雷管，中间采用炮泥间隔，同时采用导爆索将底部药包和上部药包连接进行起爆。

采用炮泥进行间隔和填塞，全部填塞至炮孔口。装药结构与填塞详见图7。

图7 装药结构与填塞示意图

2.2.5起爆网路

采用数码电子雷管起爆网路，主梁每5 排炮孔作为一段，每个斜腿分2 个段，从南桥一侧开始向北逐段起爆，段间延期时间30 毫秒（ms）。

因炮孔数较多，采用多台起爆器联合起爆，将全桥分6 个区域，每台起爆器分别控制1 个区域，每台起爆器控制的雷管数在400 发左右，每台起爆器控制的雷管单独夹入其独立的起爆母线线路，将所有线路引出至起爆点，并分别接入对应的起爆器，然后将所有起爆器采用专用联合起爆线连接，再采用1 台起爆器进行总控制，形成该次爆破的数码电子雷管起爆网路。

共需7 台起爆器，其中6 台进行起爆控制，1 台作为总控制。（图8、图9）

图8 起爆顺序示意图（ms 为毫秒）

图9 联合起爆网路示意图

2.3 爆破安全检算

2.3.1爆破震动

爆破震动经验公式：

式中，R 为爆破振动安全距离（m）；Q 为单段起爆最大药量（kg）；ν 为保护对象安全允许质点振速（cm/s）；K、α 为爆破点至保护对象间的地形、地质等条件有关的系数和衰减系数，可以通过现场试验确定；在无试验数据的条件下，可参考爆区类似岩性取值。根据上述《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定、周边地形地质和类似工程经验，K取150，α 取1.5。

居民房属一般民用建筑，爆破振动允许值为V=2.0～3.0cm/s，厂房、高压线塔属工业和商业建筑，为V=3.0～5.0cm/s，本工程根据最不利条件下按民房的最小值2.0cm/s进行验算。

炸药是分散在各个炮孔中，且爆破对象临空面较多，且最大单段药量在桥中间位置，当桥头炸断后，实际产生的爆破振动比验算的要小。

最大单段药量28kg 的爆破振动安全距离为54m，周边最近的民房174m，最近的厂房101m，按设计进行施工时，产生的爆破振动不对周边民房、厂房等造成损伤。

2.3.2塌落震动

根据塌落震动速度计算公式：

式中，Vt为桥梁塌落引起的地面震动速度（cm/s）；M为桥梁塌落的质量（t）；g 为桥梁塌落重力加速度（m/s2）；H为桥梁中心高度（m）；σ 为地面介质破坏强度（一般取10 MPa）；R 为保护对象至冲击地面中心的距离（m）；Kt、β 均为衰减系数（Kt=3.37～4.09，β=-1.66～-1.80）。

选取最近的安全要求最高的民房计算，民房距桥梁倒塌距离位置R 取174 m；Kt取4；β 取-1.7；M 为桥梁质量9.5t；H 取6.0m；g 取9.8m/s2时，求得Vt=0.006cm/s。

塌落震动对附近居民楼影响不大，但需要保护原有高速路面，必须采取有效的减震措施，防止桥梁塌落砸坏高速路面。

2.3.3爆破个别飞散物

根据常用爆破个别飞散物计算公式：

式中，RF为计算的个别飞散物的安全距离（m）；n 为最大药包的爆破作用指数，取1.0；w 为最小抵抗线0.94m；kF为安全系数，取1.5。

由上式计算得个别爆破飞散物的安全距离为28.2m，爆破拆除过程中应把人员和重要设备设施撤离危险区域。

3 爆破安全设计

3.1 近体防护

对桥梁的炮孔部位，主要采用覆盖防护。具体做法是用2 层炮被覆盖炮孔，防止炮渣冲飞过远。

3.2 塌落防护

为防止桥梁倒塌时砸坏高速路面，必须对高速路面进行防护，防护区域为超车道、行车道、应急车道、中心隔离墩、水沟，水沟位置提前用钢板覆盖，再铺设沙袋；防护区域超出桥两侧1m（即高速路纵向14m），底部先铺一层旧地毯，上部铺沙袋，沙袋铺设厚度为0.9m，因中心有高1.2m 的隔离墩，墩位置沙袋加高至1.8m。（图10、图11）

图11 高速公路路面防护立面图

3.3 安全警戒

根据《爆破安全规程》GB6722-2014 和现场爆破拆除环境确定，以桥梁2 端往外侧200m 范围和桥梁2 侧高速公路300m 范围内为警戒点，区内人员全部撤离，高速公路与交通管理部门联系临时截停交通。见图12。

图12 警戒防护警戒图

4 爆破实施

4.1 拆除爆破施工工艺流程

布置炮孔→钻眼→装药→堵塞炮孔→网路连接→安全防护→安全警戒→起爆→爆后检查→解除警戒→清理炮渣→恢复交通。

4.2 拆除施工前准备阶段

4.2.1高速公路临时改道

与高速公路交通管理部门协商，高速公路桂林往柳州方向半幅可提前改道，柳州往桂林方向可临时截停，期间可经苏桥收费站附近绕行。

4.2.2布设炮孔

根据设计方案将炮孔位置用油漆准确地标准在钻孔位置。

4.2.3掌握天气情况

在拆除施工前2 天准确掌握天气情况，避免在5 级及以上大风和下雨天气施工。

4.2.4按设计要求，在桥梁下部提前1 天布设好塌落减震措施。

4.3 钻孔装药

4.3.1钻孔

钻孔时，钻杆应指向桥梁混凝土面并垂直于混凝土表面，不得上下左右偏斜，要严格按设计要求钻孔，钻孔开口允许偏离水平距离不大于1～2cm，倾斜角度允许偏差不大于12°。孔深允许偏差-1～+2cm；对于钻好的炮孔，需用风机清除孔内的粉尘，并逐个检查验收，做好验收记录，对孔深不符合要求的炮孔，应采取补救措施。

4.3.2装药

装药前对炸药进行检查，对雷管进行检测，保证火工品材料为合格产品。炸药装药用量按设计用量，起爆药包计量准确。药包加工要在安全地点，避开爆破器材存放处、民房、爆破作业地点等。装药和堵塞炮孔要用木棍推送，并用炮泥严密堵塞，达到设计长度，堵塞中注意不能破坏起爆网路，导致盲炮产生。

4.4 起爆网路联网

采用数码电子雷管起爆，网路采用分段微差毫秒起爆，网路连接在工作面的全部炮孔装填完毕，无关人员全部撤至安全地点和近体防护之后进行，网路连接完毕必须检查，避免有错接、漏接、假接现象。

4.5 警戒

起爆前30 分钟所有警戒人员到达警戒位置。

4.6 实施爆破

线路经过检查完毕后，所有人员和重要机械设备撤出危险区，经安全防护人员再三确认安全后，由现场指挥员下达起爆令，方可起爆。

4.7 爆后检查

桥梁爆破拆除应等到倒塌的桥梁和桥台后部结构物或路基稳定后，方可进入现场检查。

4.8 清理现场恢复交通

爆破结束并检查完成后，及时清理炮渣，移除防护设施恢复交通。

5 爆破拆除效果

爆破塌落的炮渣大部份呈粉碎状，对既有高速公路路面破坏小，在清理炮渣时不用二次解小，加快了炮渣的清理，为高速公路的恢复争取了宝贵的时间。

6 结束语

①桥梁结构重，为避免拆除塌落震动对周围建筑和高速路面的破坏，尽量减小塌落的块度。②高速公路需要尽快恢复交通，减小炮渣清理的时间是恢复路面的关键，爆破时需要避免炮渣二次解小。③拆除爆破减小爆破块度的关键是布设密集炮孔，巧妙设计起爆网路。