紧邻既有桥梁的大型钢筋混凝土拱桥爆破拆除.pdf

第37卷第1期 2020年3月 Vo l . 37 No . 1 Ma r. 2020 bMg do i 10. 3963/j. issn . 1001 - 487 X. 2020.01 ・ 016 紧邻既有桥梁的大型钢筋混凝土拱桥爆破拆除 王璞周卫华2,欧阳光宋志伟唐小聲 1.浙江省高能爆破工程有限公司，杭州310030 ；2.浙江省公安厅治安监督管理总队，杭州310009 摘 要待拆除的桥梁为大型钢筋混凝土拱桥，全长为346 m,桥面宽24 m,与紧邻既有桥梁水平间距为 0.5 m。为确保紧邻既有桥梁顺利的爆破拆除，采用原地缓冲塌落控制爆破技术来确保紧邻既有桥梁安全。 桥梁选取的爆破部位是桥墩、拱腿、斜撑、拱顶，由于尺寸不一,在桥墩处采用深孔爆破,在拱腿、斜撑及拱顶采 用浅孔爆破。根据爆破部位的尺寸材料采用不同的爆破参数，来控制爆破有害效应。通过逐跨延时爆破网路， 减小一次塌落块体质量，有效的降低了塌落振动强度。应用塌落振动公式和测振仪,来验证爆破振动强度值在 安全允许范围内。采用竹排和轮■胎的防护方案,有效降低了飞石距离，确保了紧邻既有桥梁的安全。 关键词 紧邻既有桥梁；爆破拆除；控制爆破；塌落振动 中图分类号TU7 46.5 文献标识码A 文章编号1001 -487 X202001 -0107 - 06 Explosive Demolition of Larg e Reinforced Concrete Arch Bridg e Adjacent to Existing Bridg es WANG Pu ,Z H0U Wei-h ua , OUYANG Guang ,SONG Z h i-wei , TANG Xiao -zai 1. Zhejia n g Ga o n en g Co rp o ra t io n o f Bl a st in g En gin eerin g,Ha n gzho u 310030,Chin a； 2. Publ ic S ec urit y S up ervisio n a n d Ma n a gemen t Co rp s o f Zhejia n g Pro vin c ia l Publ ic S ec urit y Dep a rt men t, Ha n gzho u 310009 , Chin a Abstract A l a rge-sc a l e rein fo rc ed c o n c ret e a rc h bridge is t o be demo l ished, whic h is 346 m l o n g a n d 24 m wide. There is a n a dja c en t bridge wit h a ho rizo n t a l dist a n c e o 0. 5 m fro m t he a rc h bridge. In o rder t o en sure smo o t h demo l it io n o f exist in g bridges a n d t he sa fet y o f t he a dja c en t bridges, in -sit u buffer c o l l a p se c o n t ro l bl a st in g t ec hn o l o gy wa s a do p t ed. The bl a st in g p a rt s a re t he p iers, a rc hes, st rut sa n d va ul t s o f t he bridge. Due t o t he differen t sizes o f t hese p a rt s, deep ho l e bl a st in g is used a t t he p iers, a n d sha l l o w ho l e bl a st in g is used a t t he a rc hes, bra c es a n d va ul t s. Be sides ,in o rder t o c o n t ro l t he bl a st in g effec t, differen t bl a st in g p a ra met ers were design ed a c c o rdin g t o t he sizes o f dif feren t p a rt s. By del a y in g t he bl a st in g n et wo rk o n a sp a n -by -sp a n ba sis, t he ma ss o t he c o l l a p sed bl o c k is reduc ed, a n d t he st ren gt h o f t he c o l l a p se vibra t io n is efl ec t ivel y reduc ed. The verific a t io n by t he c o l l a p se vibra t io n fo rmul a a n d vibro met er sho ws t ha t t he bl a st in g vibra t io n l evel is wit hin t he sa fe a l l o wa bl e ra n ge. Mea n whil e, t he p ro t ec t io n sc heme o ba mbo o ra ft s a n d t ires c a n effec t ivel y reduc e t he fl y in g st o n e dist a n c e a n d en sure t he sa fet y o f a dja c en t bridges. Key words a dja c en t t o exist in g bridge ； exp l o sive demo l it io n ； c o n t ro l l ed bl a st in g ； c o l l a p se vibra t io n 1工程概况 1.1 工程环境工程环境 待拆除桥梁为大型钢筋混凝土拱桥,位于衢州 收稿日期2019-10-23 作者简介王 璞198 1-，男，高级工程师、学士，从事工程爆破研 究和施工管理工作,E-mail 1759044827 qq. com。 市柯城区，横跨衢江,全长为346 m,桥面宽24 m。 紧邻既有桥梁的主桥墩与拆除桥面水平距离仅 0.5 m,桥面与拆除桥桥面的高差为2. 7 m,紧邻既 有桥梁与拆除桥上部结构的最小建筑净距1.1 m, 与拆除桥梁拱片水平距离约1-9 m,拆除桥桥墩端 部伸入既有桥面内部约2 mo紧邻既有桥梁上部桥 体钢箱中有多种跨江管道北侧自来水管道距拆除 108爆破2020年3月 桥桥面垂直距离1. 36 m,水平距离斜撑尺寸为高0.47 m,宽0.36 m；桥面为现浇 钢筋混凝土结构，桥面厚度为0.3-0.5 m。 2爆破设计 2.1爆破方案选取爆破方案选取 由于爆破桥梁的自身结构和周边环境原因，桥 梁爆破采用由桥梁中间向两边逐跨毫秒延时原地缓 冲坍塌控制爆破方案。 爆破点主要设置在桥梁承重结构位置,有拱腿、 斜撑、拱顶、中墩墙、墩帽、桥墩位置,使桥梁分块断 裂塌落。由于选择爆破位置的尺寸大小不一，桥梁 拆除爆破采用深浅孔结合的爆破方式⑴。在墩帽、 中墩墙、桥墩处采用深孔爆破，钻孔位置从墩帽处开 始穿过中墩墙至桥墩里面。拱腿、斜撑和拱顶的尺 寸较小、厚度较薄,采用钻浅孔的方式来爆破。该爆 破方案,装药分散,爆破有害效应较易控制,可以降 低一次塌落块体质量。桥梁在爆破过程中不会向紧 邻既有桥梁倾斜，对其造成破坏。采用中间向两边 的逐跨毫秒延时原地缓冲坍塌控制爆破方案安全 可靠。 2.2爆破参数爆破参数 桥梁爆破拆除主要是对该桥梁的承重结构进行 一次性爆破，促使桥梁承重结构破坏后塌落下 来［“。 桥墩由中墩墙、墩帽及浆砌块石砌成的桥墩组 成，钻孔从中墩墙开始穿过中墩墙、墩帽继续深入桥 墩3. 5 m,孔径90mm,间距a为0. 8 m,中墩墙的高 度为3.8m,帽的高度为1.7 mo中墩墙和墩帽的 单耗为800 g/n ,桥墩的单耗为640 g/m3。 桥梁的其他承重结构有拱腿、斜撑和拱顶。为 了达到原地缓冲坍塌爆破效果对其进行爆破，各个 部分爆破孔径为38 mm,炸药单耗为1500 g/m3o在 拱腿位置布置2排，每排6个水平炮孔;斜撑上布置 1排6个水平炮孔；拱顶位置布置10个炮孔，采用 竖直炮孔布置形式。 爆破孔装药量由体积公式计算单孔装药量 第37卷第1期王璞，周卫华,欧阳光，等紧邻既有桥梁的大型钢筋混凝土拱桥爆破拆除109 Q⑷。Qk aBH,式中Q为单孔药量,g;K为单位体 积用药量系数（单耗）；a为炮孔间距,m；B为被爆 体爆破的厚度,m；H为被爆体的需要爆破的高度, m。拱腿单孔装药量计算公式Qk Vo取K为单位 体积用药量系数（单耗），取1500 g/m3；V为单孔负 担体积下部取0. 19 m3,上部取0.15 m3o 桥梁各个承重结构的钻孔位置如图2所示，桥 梁爆破拆除的主要参数如表1所示。 图2钻孔位置示意图 Fig. 2 The dril l in g p o sit io n o f dia gra m 表1桥梁爆破拆除的主要参数 Table 1 The main parameters of bridg e blasting demolition 名称中墩墙墩帽桥墩拱腿下拱腿上斜撑拱顶 孔径/mm90909038383838 最小抵抗线w/m0.651.601.500.350.350.250.25 孔距a /m0.800.800.800.500.500.350.30 排距b/m///0.340.34// 厚度E/m1.303.203.00//0.470.50 爆破高度H/m3.801.7 03.50//0.360.65 孔深L /m3.801.7 03.500.550.470.250.95 单耗 q /g - m-38008006401500150015001500 填塞填/m1.300.250.220.150.80 单孔装药量Q/g200032005200300250100150 2.3装药结构装药结构 该桥梁爆破采用浅孔和深孔相结合的钻孔装药 来爆破。桥墩采用深孔装药结构中墩墙段利用导 爆索从中墩墙底部连续装填7支e 32 mm乳化炸 药，上面3支间隔0. 16 m装药；墩帽段用四根 0 32 mm乳化炸药捆扎连续装填在中间；桥墩段从 孔底开始,4支“ 32 mm乳化炸药捆扎为1节，每节 间隔0.2 m装填6节，第7节为2支炸药捆绑填塞; 中墩墙L堵1.3 m,孔口先用编织袋堵塞0.3 m,再 用粗砂堵塞1 m,桥墩装药结构示意图如图3所 示⑸。拱腿炮孔装药采用少32 mm的药卷，下部炮 孔装药长度为30 c m,填充长度为25 c m；上部炮孔 装药长度为25 c m,填充长度22 c m。斜撑上的炮孔 采用少32 mm的药卷，装药长度10 c m,填堵长度为 15 c m。拱顶炮孔采用少32 mm的药卷，装药长度 15 c m,填堵长度为80 c m。 2.4起爆网路起爆网路 在本次桥梁爆破拆除的起爆网路中，主要需要 考虑的因素有爆破单响,爆破振动对紧邻既有桥梁 的影响，确保爆破桥梁的解体效果，减小单个桥梁块 体的质量来降低塌落振动的强度。在本次爆破中采 用复式导爆管网路起爆法，由桥中间向桥两边逐跨 延时原地缓冲坍塌爆破。 起爆网路连接时将各跨桥墩的拱顶、拱腿加斜 撑、桥墩深孔作为三个独立的爆破分区。单跨结构 拱顶、拱腿加斜撑及桥墩深孔之间的延时时间为 100 ms,相邻跨桥墩之间的延时时间为200 ms。网 路分区孔内装入高段位澳瑞凯高精度延时600 ms 孔内雷管,孔外采用澳瑞凯高精度延时9 ms地表雷 管进行大把抓联接,通过四通和导爆管将分区联接 成一个复式的闭合网路如图4所示。 3爆破安全设计 3.1爆破振动控制及验算爆破振动控制及验算 （1）桥墩、管线的爆破振动控制标准 爆破安全规程⑼中关于新浇大体积混凝土 110爆破2020年3月 C20龄期7 28 d的控制标准为8 10 c m/so /瓜子片填充 O -1 编织 /袋间 隔 O 9“ 空气间隔 最前面一节2 支炸药捆绑, 后面6节4支 炸药捆绑装 药,相邻之 间间隔 20 cm,共 装药7节。| 3支炸 间隔 16 c n 装药 44 连续 4支炸药 捆绑连续 装药4节 药/墙 ”空气间隔 I 图3桥墩装药示意图单位c m Fig. 3 Dia gra m o f t he do c k c ha rge un it c m 根据中国地震烈度表 GB/T17 7 42- 2008的规定，地下管线抗震烈度按7度计算，对应 地面质点允许振动速度为10 18 c m/s。考虑到一 定的安全系数，对地下管线安全振速取卩5 c m/s。 2爆破安全振动校核 爆破后产生的振动是通过桥墩传到基础后再传 至地面至既有桥及管线上,爆破振动发生衰减。根 据爆破安全规程，爆破振动的大小用地面质点的 振动速度来衡量,振速的采用下式计算 ” k K/Ry 式中Q齐为齐次爆破的最大药量,k g;R为保护 目标到爆点之间的最小传播距离,m；”为质点振动 速度,c m/s；K、a为不同结构、不同方法影响振动的 系数的值分别取180和1.7；/为衰减系数0.25 0.7 5,取0.3。根据爆破桥梁周边环境可以对周边 设计进行爆破振动计算见表2所示。 依据桥梁周边管线及紧邻既有桥的桥墩情况， 确定重点需要保护的设施的最小距离的最大单响药 量为41.6 k g时，管线和桥墩的爆破振动在安全允 许范围之内。 3.2塌落振动的控制验算及测振塌落振动的控制验算及测振 1桥墩的爆破塌落振动控制标准 根据中国地震烈度表[7] GB/T17 7 42- 2008的规定，结合紧邻桥梁抗震设计地震烈度VI 度、丙类抗震、抗震设计方法C类，对应参考地面 质点允许振动速度为5 9 c m/s ,综合考虑本工程 复杂环境确定本次爆破中,既有桥梁塌落振动速度 控制标准为8 c m/s。 西---- 图4中间向西起爆网路 Fig. 4 Det o n a t e t he n et wo rk fro m middl e t o t he west 第37卷第1期王璞，周卫华,欧阳光，等紧邻既有桥梁的大型钢筋混凝土拱桥爆破拆除111 表2周边管线及桥段爆破振动验算表 Table 2 Checking tables for blasting vibration of surrounding pipelines and bridg e sections 保护物名称 至装药中心的 最小传播距离/m 控制标准/ c m s 1 最近爆破 部位 设计最大单响 药量/k g 爆破振动速度/ c m s 1 北侧既有桥自来水管线36.95各深孔41.60.97 南侧既有桥桥自来水管线36.95各深孔41.60.97 南侧既有桥天然气管线33.35各深孔41.61.15 桥东通讯地下管线110.056深孔41.60.15 2、4桥墩13.910老桥2、5深孔南1、北1区8.42.06 1、5桥墩25.810老桥1、6深孔41.61.7 8 3桥墩28.910老桥3、4深孔41.61.47 2塌落振动的预测计算结果 在桥面触地冲击过程中，由孙金山教授等的建 构筑物拆除爆破塌落触地振动预测模型研究论 文研究中⑷，可知把桥面塌落体与地面变形塑性体 可视为封闭的系统,则其可更好地满足动量守恒 定律。 由地面塑性区在获得初速度后将向弹性区传递振 动能量，根据以往的振动速度衰减模型，将距离振源R 处的最大振动速度公式表示为VR m1v1Rl l/m2o式 中0为衰减系数取值为1,旁边既有桥紧邻R取 1 m,塌落块体与河面接触时速度％取12 m/s ,塌 落块体质量％取1 356 900 k g,分别将上述数据代 入理论推导公式，可得紧邻既有桥梁桥墩估算振动 速度，如表3所示。 表3紧邻既有桥梁桥墩估算振动速度 Table 3 Estimated vibration velocity of adjacent bridg e piers 地基摩擦角 桥墩1基础 桥墩2基础 桥墩3基础 35 2.3 c m/s 2.3 c m/s 2.3 c m/s 通过爆破塌落振动的动量守恒,计算出来桥墩 的振动速度在地基摩擦角35。时竖直方向振动速度 为2.3 c m/s ,远小于塌落振动控制标准的8 c m/s。 3爆破实测振动值 爆破振动测试结果，爆破过程采用测振仪对既 有桥的桥墩进行振动测量，爆破时桥墩的质点峰值 振速进行监测，确保大桥安全。监测时在既有桥桥 墩处布置测点，监测质点爆破实测振动波形图如5 所示最大实测振动值5.087 c m/s。桥梁的塌落振 动控制在允许振动范围之内，符合设计要求。 7.6 5.0 匚2.5 S g-2.5 -5.0 0.81.2 1.6 2.0 2.4 2.8 t/s 3.2 3.6 4.0 4.4 4.7 -7.6 图5爆破实测振动波形图 Fig. 5 Bl a st in g mea sured vibra t io n wa vefo rm 3.3爆破安全防护爆破安全防护 老桥爆破拆除时,紧邻既有桥梁处于正常运营 状态，水平间距最小仅为0.5 mo爆破和坍塌过程 中,避免飞石距过远,老桥部分结构可能会撞击紧邻 既有桥梁的桥墩底部,造成既有桥梁桥墩局部受损， 我们采取一定的防护措施。 通过在所有钻孔装药爆破部位的外侧表面覆盖 两层竹笆进行防护，在既有桥梁和拆除桥梁之间对 应爆破部位的空隙处挂设竹笆墙，形成整体竹笆防 护墙,阻挡爆破飞石危害既有桥梁及周边设施。在 保护桥桥墩挂设堆放轮胎并覆盖竹排为缓冲层,缓 减老桥散落部件冲击既有桥梁桥墩的危害，起到保 护桥墩的作用。爆破防护示意图如图6所示。 通过主动防护有效的降低飞石距，飞石距离在 老桥的20 m范围内，爆破后桥梁塌落块体没有对紧 邻既有桥梁及周边设施造成破坏。 4爆后效果 爆破后该桥严格按照爆破设计的原地塌落方式 塌落,达到预期爆破效果。没有向紧邻既有桥梁倾 112爆破2020年3月 斜，保证既有桥梁桥墩及基础未受到损伤，紧邻既有 石未对保护对象造成危害，符合爆破安全规程 桥梁的桥墩及周围管线等设施均未受爆破拆除有害 GB67 22-2014⑼相关规定。 效应的影响,爆后效果如图7所示。爆破过程中飞 a紧贴防护 h悬挂隔离防护 e轮胎竹排防护 a Close protection h Suspension isolation pioteciion c Tire bamboo protection 图6爆破防护图 Fig. 6 The bl a st p ro t ec t io n dia gra m 图7爆破效果图 Fig. 7 Bl a st in g effec t dia gra m 5结语 对紧邻既有桥梁老桥的成功爆破拆除的施工工 艺和技术上总结在爆破施工中选择合理的爆破部 位及钻孔方式及爆破参数是成功爆破的关键;采用 逐跨延时原地缓冲塌落爆破的方案,通过减小一次 塌落质量，来减小塌落振动强度;运用塌落振动公 式、振动公式校核及测振仪对爆破振动进行实测,爆 破振动在安全允许范围之内；通过竹笆轮胎防护措 施能够有效的降低爆破飞石、冲击波的危害。 参考文献参考文献References [1] 支文超，孟祥栋-580 m长钢筋混凝土箱型拱桥爆破拆 除[J].爆破,2017,343 100-103. 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