钢筋砼桥墩的联合爆破法拆除
摘 要: 一座桥梁需要拆除,对桥面板及大桥纵梁采用机械吊离,对二组桥墩采用联合爆破法拆除:桥墩横梁用浅孔爆破炸断,桥墩的主柱用深孔爆破从底部破碎,桥墩的方形桩用水下外敷药包爆破切断,爆破后机械吊起方便。重点介绍了方形桩水下外敷药包爆破的情况,给出了外敷药包药量和装药结构。
关键词: 组合桥墩; 拆除爆破; 水下外敷药包; 炸药量
1 工程概况
江苏省泰州市西港区口岸镇原西口岸大桥,因不适于航运决定予以拆除。该大桥东西走向,横跨于上官河上。大桥周围环境复杂:桥东马路两侧均
为密集的砖混民宅,民宅与桥墩的最近距离为30m;桥西侧为工业园区厂房;大桥南侧10 m处有一架高约15 m、与大桥走向平行的跨河高压电缆,如
大桥桥面主结构为钢筋砼预制板,桥面板和纵梁塔建于两岸边墩和2组桥墩上,边墩由块石水泥沙浆砌筑,与河岸连成一体,不需拆除。2组桥墩位
于河中,间距20 m。每组桥墩均由2根1 000 mm钢筋砼圆柱和2排共8根300 mm×300 mm钢筋砼方形桩体组成,桥墩深入河床深部。每组桥墩上部
均支承着一条长10. 5 m、厚1. 3 m的钢筋砼横梁。桥墩结构组成如图2所示。
经实测,桥墩横梁顶表面高于河床面约7. 0 m,河水涨至横梁水平,河水水流缓慢,流速低于0. 1 m/s。
2 拆除方案
上官河是京杭大运河进入长江的重要水道,要求拆除大桥至现有河床面,要尽可能减小拆除工作对航运的影响。根据大桥结构及其周围环境条件
决定先对桥面板和纵梁采用机械吊拆,再对2组桥墩实施爆破法拆除。经对大桥桥墩的结构组成及所处环境条件进行综合分析研究,决定采用联合爆破法拆除,即对2根1 000 mm钢筋砼圆柱采用一个垂直下向深孔进行底部破碎爆破;对横梁在其中部布置2排炮孔进行切断爆破;对于16根方形桩采用水下外敷药包进行根部切割爆破[1-2]。爆破后再采用吊车及其它方法处理爆渣。各部炮孔及药包布置如图2所示。
3 炮孔爆破
3. 1 圆柱墩爆破
采用的炮孔直径为d=90 mm,炮孔从横梁顶表面沿圆柱墩中轴线钻凿;炮孔深度为L=7. 5 m,孔底低于河床表面约0. 5 m;采用岩石乳化炸药装药,
根据类似工程经验,考虑到水下爆破时水的约束及水下炸药爆炸威力的下降[3],炸药单耗取q=1 350g/m3;单孔装药量取Q=8. 0 kg;炮孔堵塞长度ld≥5. 0 m。
3. 2 横梁切断爆破
钻孔直径d=40 mm;炮孔位于横梁纵向中部,沿横向呈梅花型布置2排炮孔,每排3个,垂直向下;同排炮眼间距a=0. 4 m,排间间距b=0. 4 m;炮眼深度L=1. 1 m;考虑到横梁砼标号高,钢筋粗密,岩石乳化炸药单耗取q=1 450 g/m3;单眼装药量实取Q=300 g;炮眼堵塞长ld≥0. 8 m。
4 方形桩水下外敷药包切割爆破
因方形桩截面小,长度大,又淹没在水中,沿桩心钻凿炮眼困难,所以决定采用水下外敷药包,从其根部予以切割爆破。药包深入水下约6 m,紧挨河
床面布置,为加强爆破剪切作用,每根方桩两侧相应位置错开各外敷一个药包。
4. 1 药量
单个外敷药包的药量按下述经验公式[4]估算:
QT=k1k2R2L (1)
式中,QT为外敷的TNT药量, kg;k1为拟炸材质系数,对于钢筋砼k1=5—10,考虑到方桩加强钢筋,为便于炸后吊起炸断钢筋,取k1=10; k2为布药方
式和爆破条件系数,对于钢筋砼的无外覆裸露爆破,取k2=8;R为破坏半径,m,即为拟炸物厚度,R=0. 3 m;L为拟炸长度,m,取L=0. 2 m。则QT=1. 44 kg。
此为TNT药量,若用岩石乳化炸药,装药量应增大约50%—60%[5]。又因在约6 m深的水中,炸药爆炸威力相应可能会降低约20%[3],每个药包岩石乳化炸药量应为Q=2. 592 kg。为确保切割爆破的效果,方桩水下每个外敷药包的岩石乳化炸药药量取为Q=3. 0 kg。
4. 2 装药结构与药包位置
为减小外敷药包炸药爆炸时的能量损失,将岩石乳化炸药装入专制的钢板盒内。钢板药盒呈三棱柱状,如图3所示。柱长20 cm,两侧面用一块37
cm×20 cm的钢板对折组成,棱角为60°,棱柱上、下底用2片边长各为18. 5 cm的等边三角形钢板焊接封闭;另一侧面不封闭,作为装药口,也是药包外敷贴面;盒子的棱脊中部钻有3个孔洞,作为雷管插入口。
爆破前,将岩石乳化炸药顺卷装入三棱柱钢盒内,从雷管插入口插入3发带有10 m导爆管脚线的非电起爆雷管,再用塑料薄膜和胶布严密包裹药盒。外敷药包安置于方形桩根部河床表面处,每根桩2个药包,顺水流即桥墩走向分别在桩两侧将药包相互面对又上、下底面相切地交错布设。安置药包时,要使起爆雷管聚能穴朝向药盒面,即无钢板面紧贴到方桩表面,药盒用铅丝固定,布药工作由专职潜水员进行。
5 起爆网路
每组桥墩采用一组导爆管孔外毫秒微差起爆网路。炮孔内和外敷药包内的起爆雷管均为MS5段。每墩2个圆柱的深孔4发起爆雷管和横梁浅孔的6
发起爆雷管簇并联后,用2发MS2段非电雷管传爆。因方形桩体采用外敷药包爆破,为避免相互邻近药包受到先爆药包爆炸的不良干扰而造成拒爆或错位, 8根方形桩16个外敷药包的48发起爆雷管,成3把簇并联后,每把簇并联各用2发MS1非电雷管传爆。每组桥墩的8发非电传爆雷管再簇联成
把,最后用电雷管起爆网路激发。2组桥墩起爆时差为50 ms。
6 爆破安全与防范措施
大桥桥墩爆破点距离建筑物较近,其中民宅的爆心距约为33 m,空中架线的水平爆心距只有15m,桥墩拆除既采用深孔、浅孔爆破,又采用较大药量的水下外敷药包爆破,因此,必须严格防范爆破飞石、爆破地震及水中冲击波的危害。
6. 1 爆破地震
桥墩爆破时,临近民宅地坪质点峰值振速为:
V =K(Q1/3/R)α(2)
式中,V为爆破时临近民宅地坪质点振速峰值,cm/s;Q为桥墩爆破中最大一段起爆药量, kg,Q=48 kg;R为离桥墩最近民宅的爆心距,m,R=33 m;
k,α为与地形、地质及爆破条件有关的系数和指数,考虑桥墩拆除采用外敷药包裸露爆破,炸药爆炸能量约有50%转化为水击波,地震波能含量较小,且经水介质传达陆地或经桩体沿河床传达陆地衰减大,所以取k=32.1,α=1. 57[5]。计算得V=1.00cm/s,可见估算的质点峰值振速明显小于《爆破安全规程》规定的砖混结构民宅允许的质点安全振速,所以桥墩拆除爆破振动不会损坏周围民居。
6. 2 水中冲击波
桥墩采用较大药量外敷药包爆破会激起水中冲击波,必然对附近水域中的生物、船只和人员造成伤害。为此,经当地安监、环保和渔业主管部门的认可,对大桥爆区水域进行如下处置:用2张大鱼网从大桥始顺河分别背向大桥方向驱赶鱼类,大网拉至离桥150 m处固定,以在爆前阻断鱼的回游;爆炸前1 h在桥的上、下游各300 m处设置警戒线,撤离船只和水中人员。
6. 3 爆破飞石
为防止爆破飞石的危害,在桥墩横梁表面覆盖上一层宽度超过横梁侧边0. 5 m的竹板排架;为进一步阻断深孔和浅眼爆破的直接飞石,同时稳定和
加强竹板排架的防护能力。在深孔孔口和浅眼眼口部位再铺压上厚30 cm的袋装松土层。为防止万一,爆炸前大桥两岸设立了半径为150 m的爆破安全警戒区。
7 爆破效果
起爆后,桥墩两侧冲起的水柱高度不到10 m,过河电缆未受影响;爆破飞石很少,个别小块刚刚飞抵岸上,没造成损伤;爆破引起的涌浪未漫过两岸河堤;爆后河面漂浮了一些小鱼。爆后清渣比较方便。除一根方形柱仅炸开半侧,清渣稍费事外,其他方桩和圆柱均只需经水下切断少数几根钢筋后即能顺利分离,爆破总体效果比较理想。
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