701黄河大桥控制爆破拆除.pdf

第 “ 卷第 期 ““ 年 月 爆破 “. ,0/2,--*4 -37/.05 “ 9’3, 8’,A,，59,B9C ’D E-9,-, ; 4,-F’’AC G,9H9A，G,9H9A “““/，8F9;； I’A; G;B9A9,,9A 8’ J ’D G;’’K，G;’’K “““，8F9;） 7/236/4F, 3;9C ,B9A L9-9L,B ; ,,39, 3,;B ’D M;B9A L;;3,,B 9 ,3’99’ ’D 2 3,, ’A A,; M9A, ;-’BB F, C,’N 9, ;, 9’K-, 7--’9A ’ F, -F;;-,9B9-B ’D F, ;-F M9A,OB BK-K,，; M;B9A L’A;3 ’D -F;A9A 3’, ,PL’B9,B 9 F, M’,F’, ’D 3’KB ; ;-F D,, F; ’3; M;B9A ; ,,;B, M;B9A D’ F, ;-F ’L ; M,C ;-F 3’K 9B KB, Q F, M;B9B ’D ;;CR9A F, M9A,OB B;M99C，F, M’,F’,B NF9-F ;, ’C ;;A, 9 F, 3;9C ’;SM,;9A L;B ’D M9A, ; F, 9B9,A;, ; B3;BF, ,DD,-B，NF9-F ;, 9’K-, MC F, ,; N,9AF ’D M9A, NF, F, M9A, F;B ’B B;M99C，;, DKC K99R,，B’ F; F, M’,F’, K3M,B F;, M,, -K ’N ; ;3’KB ’D -’BK3, ,PL’B9,B F;, M,, ,K-,，; A’’ ,BKB ’D M;B9A ; ,-’’39-B F;, M,, ;-F9,, E’3, L’9B ; ,B9A L;;3,,B ’D F, ;-F M9A, -; M, ,D,-, MC B;3, T9 ,247,3’99’ MC M;B9A；;-F M9A, 收稿日期 ““ . “0 . “ 作者简介 张建平 （U2“ . ） ， 男； 北京 北京科技大学土木与环境工程 学院博士生， 副教授 工程概况 0“ 黄河大桥位于内蒙古呼和浩特市管辖的清 水河县境内， 大桥横跨黄河东西两岸， 是联接原 “U 国道的交通枢纽。由于山西省万家寨水利工程的需 要， 位于其上游的 0“ 黄河大桥必须拆除。该桥始 建于 U0“ 年， 全长 2 3， 宽 U/ 3。其中车行道宽 0“ 3， 两侧人行道各宽 3， 扶手栏杆各宽 “ 3， 高 3。整个大桥全长分为六孔拱桥， 每孔拱 桥长 6 3， 共有 个桥台和 6 个桥礅 （见图 ） 。 桥面距水面约 3。 该桥属于轻型少筋装配式双曲拱结构。主要由 拱圈、 桥墩、 腹拱墩、 桥台和桥面组成。拱圈由钢筋 混凝土拱肋、 拱波和填顶混凝土三部分组成 （见图 ） ， 各拱肋之间用横系梁在横向联成整体， 增加了拱 万方数据 圈的稳定性。 个桥墩全部为钢筋混凝土结构， 其 中位于河中央两侧 “ 个桥墩长 ’， 宽 ’， 而 其余的 个桥墩长 * ’， 宽 “ ’， 露出水面部分 高约 ’。在每个桥墩两侧的拱圈向上分布有九道 高度和厚度不同的腹拱墩。桥台长 ’， 宽 *“ ’， 是由砌石和支撑拱圈的钢筋混凝土墩台组成。桥面 为厚 ’ 的混凝土， 在其下面是填入的砂土层。 待拆除的黄河大桥的周围环境较好， 只在桥西 岸的高处 “ ’ 有一村庄。为了尽可能减小水中施 工的风险和难度， 拆除时间选在黄河的枯水期 （ , 月） 。 图 待爆破桥梁的结构示意图 （单位 ’） 图 “ 拱圈的结构示意图 （单位 ’） “爆破拆除方案 “方案论述 根据拱形桥梁的结构特点及尽可能缩短水上作 业时间， 通过几个拆除方案对比分析， 决定采取大桥 一次爆破拆除方案。对于拱形结构的桥梁， 原则上 只要炸毁桥墩就可实现整个桥梁失稳坍塌解体破 坏。但是， 考虑到桥面的整体结构性好， 如爆破后解 体不充分， 二次爆破工作量必然加大， 因此决定在炸 毁桥墩的同时， 对桥面的主要承重构件 拱圈 （拱 肋、 拱波） 也进行一定程度的破坏。根据拱形桥面的 失稳原理， 炸毁拱圈的爆点应该选择在每孔桥的拱 顶。只要拱顶的混凝土破碎了， 每孔桥瞬间形成 “ 个悬臂梁， 在桥墩爆破和桥面的自重作用下加速下 落冲击水面解体破坏， 而且从现场作业条件来看， 爆 点选在拱顶可以避免在高空的斜面拱圈上作业的危 险性和减少钻孔工作量。另外， 为了减少爆破后的 大块， 对腹拱墩也布置了一定数量的水平炮孔， 同时 为了增加桥面下落的冲击高度以及破坏拱脚的稳定 性， 对每个桥墩上面的两侧拱脚联接部位也布置了 垂直炮孔。综合以上因素， 爆破方案可以归纳为 桥 墩、 拱脚采取强化装药， 拱顶、 腹拱墩松动爆破。 ““桥梁稳定性分析 拱形桥梁的主要承重构件是桥墩， 而桥面的主 要承重构件是拱圈。爆破前的拱圈主要承载的是桥 面传递的轴向压应力， 该压应力通过拱圈传递给桥 墩分为对桥墩的正压力和水平推力， 而水平推力与 桥台传递给相邻拱圈的水平推力构成一个平衡力 *第 “ 卷第 期张建平等- 黄河大桥控制爆破拆除 万方数据 系。拱形桥梁正是充分利用了混凝土的高抗压强度 特性。一旦拱顶混凝土破碎， 拱圈中的单轴压应力 消失， 桥面在其自重作用下变形下沉， 对于每孔桥， 如果忽略混凝土的抗拉强度， 而拱波内没有钢筋， 这 时 根拱肋中的 “ 根“ 的钢筋是牵制桥面下 落的主要力量， 如果单孔桥的结构重量大于钢筋的 极限承载力， 则桥面会加速下落。在桥面加速下落 冲击水面瞬间， 由于水面对拱圈的反拱作用力及桥 面自重的共同作用下， 拱圈会出现多处拉断现象。 技术设计 设计原则 桥墩、 桥台 桥墩分为 ’、 两种规格 （见图 ） ， 桥墩的配筋 集中在台帽和外围。根据爆体厚度， 桥墩 ’ 采取单 侧布孔， 桥墩 采取双侧布孔， 其中桥墩的水上部 分布置水平炮孔， 水下部分贴近水面布置倾斜炮孔。 采取使桥台的一部分与桥梁整体进行贯通布孔， 即 从拱脚下部布置伸入桥台的水平炮孔， 这样不仅有 利于桥梁坍塌解体， 而且桥台根部爆破时， 上部砌石 桥台大部分会自然坍塌。剩余部分在清渣时处理。 图 桥墩结构示意图 （单位 ） 拱顶、 拱脚 由于拱顶上部有混凝土和回填砂土层， 钻孔前 用人工配合风镐清理。为了保证拱顶混凝土破碎 后， 每孔桥所形成的 个悬臂梁在下落中不致碰交 形成支点， 拱顶的纵向爆破宽度应大于拱波厚度的 倍， 实际布孔宽度为 。根据拱圈的结构特点， 在拱波交接处的垂直炮孔必须钻入拱肋， 以确保炸 碎拱肋。在桥墩上部两侧拱脚接缝灌注高 * 的 混凝土位置处， 布置了单排垂直炮孔。 腹拱墩 考虑到钻孔人员的安全， 只在腹拱墩的下部布 置了炮孔， 而上部混凝土只能靠其自重下落解体。 主要爆破参数确定 ［， ］ 本次爆破的主要参数采用下列计算公式 孔深 “ ,； 孔距 “（- ） ； 排距 ’ “ “,； 每孔装药量 “ ’*。 式中，为爆体厚度， ； 为炸药单耗， ./， 素混凝 土取值 ./， 钢筋混凝土取值 * ./， 砌石取 值 , ./； * 为强化装药系数， 取值 ,。 根据以上公式计算各爆点的爆破参数分别列于 表 、 表 、 表 。 爆破材料选择及起爆网路 对不受水影响的桥墩上部及桥面炮孔选用 0 岩石硝胺炸药， 而对于桥墩的水下部分及桥台选用 乳化炸药。孔内采用非电毫秒微差导爆管雷管， 孔 外采用导爆管和导爆索复合网路。起爆网路的可靠 性也直接影响到整个桥梁爆破的成败， 因此， 在起爆 网路设计中， 以每个桥墩 （包括拱脚） 、 腹拱墩、 拱顶 为独立的单元， 分别设计了双套独立的导爆管网路 并直接与敷设于桥面的导爆索主起爆网路联接。为 了使桥梁在起爆瞬间受到多应力作用， 有利于桥梁 解体， 采取了桥墩、 拱顶由西向东顺序起爆， 相邻起 爆微差时间大于 , 1。 *安全措施 *爆破地震波安全距离的确定 本次爆破中的西桥台距村庄最近， 一次最大起 爆药量不超过 - 2.， 安全距离为 ,爆破 年 月 万方数据 表 单个桥墩、 桥台的主要爆破参数 装药部位 布孔 形式 爆体厚 度“ 炮孔深 度“ 孔网参 数 （“ “） 单孔药 量 炮孔 排数 炮孔 数目 装药量 备注 桥墩 水平 ’**, ,-* *,,..,..,水上部分 **/,,,**,,台帽 倾斜’-’/*,* .,,**,*.,水下部分 桥墩 0 水平 .**, ,-* *,,.,,水上部分 ’-*’*,1,,*’,*.,台帽 倾斜’’’*,* /,,*’,’2,水下部分 桥台水平’,*2,- ,* ,,,,,, 表 “ 拱顶、 拱脚的主要爆破参数 装药部位 爆体厚度 “ 炮孔深度 “ 孔网参数 （“ “） 单孔药量 炮孔数目装约量 拱波,/,’.,/ ,./,-,’1 拱波交界处,,2,*,,// 拱脚*.*’,-.,,*’. 表 单个桥墩上部的腹拱墩的主要爆破参数 装药部位 高度 “ 爆体厚度 “ 炮孔深度 “ 孔网参数 （“ “） 单孔药量 炮孔数目装药量 备注 最高墩 ,,,2 ,*,,..桥墩 **,, ,1’,,.-2桥墩 0 高墩.,2,./,. ,.2,,. 中墩/,,2,./,. ,.2,,. 低墩*,2,./,. ,.2,.,’. “（ ） * ’*/ 式中，、 分别为与爆破点的地形、 地质等条件有 关的系数， 根据经验 取值 ’,,， 取值 ’,； 为被 保护建筑物允许的最大地震波震动速度， 取值 *, 3“4； ’ 为一次起爆最大药量， 2, 。 把数字代入上 式， 得 “ . “ 5 *’, “。 由计算结果可知， 爆破过程中产生的地震波不 会危及附近民房。 /.’飞石控制 为了有效地控制可能产生的飞石， 对拱顶装药 部位采取双层土袋覆盖， 对于桥面下部的炮孔要保 证良好的填塞质量和合理的填塞长度， 同时对最外 侧炮孔的装药量要根据其最小抵抗线的大小进行适 当调整。 .爆破效果及体会 大桥整体爆破共钻孔 ’ 11. 个， 合计 * ’. “， 总 装药量 1/. ， 消耗导爆管雷管 / ,,, 余发。爆破瞬 间可见桥墩粉碎， 桥面迅速下落， 爆后观测到拱肋多 处拉断， 拱波解体或破碎， 只有 ’ 个较大桥墩上部最 高的腹拱墩出现大块。个别飞石在河道两侧达 ., “， 而两侧河岸未见飞石。爆破后的废渣落入水中 阻挡河道， 上游河水迅速上涨在废渣上、 下游之间形 成了 ’ “ 左右的水流落差。根据爆破效果的分析有 以下几点体会 （下转第 页） *第 ’, 卷第 . 期张建平等1,* 黄河大桥控制爆破拆除 万方数据 ） 前排需爆破的立柱， 应预先将钢筋切割断开， 而作为倒塌支撑的立柱一般不要进行钻眼爆破， 可 以采用人工预处理的方法在支撑立柱上开槽， 形成 受力弱面， 以便准确定向和确定倒塌折断铰点的位 置。 “） 高耸建筑物由于重心高、 质量大， 爆破后的倒 塌冲击地面引起的震动也不容忽视。爆破前应进行 安全验算和采取减震措施。 ） 对于这类高耸钢筋混凝土框架结构建筑， 倒 塌过程中在重力的作用下梁和柱的节点会失效而形 成绞点并扭曲， 因而每层立柱倒塌后与地平面形成 一定的角度， 可以缩短倒塌距离， 一般可缩短 “。 图 “ 爆破倒塌过程 参考文献 ［’］ 冯叔瑜 城市控制爆破 ［］ 北京 中国铁道出版社， ［］ 刘殿中工程爆破实用手册 ［］ 北京 冶金工业出版 社， ’*** ［“］ 中国力学学会工程爆破专业委员会爆破工程 ［］ 北 京 冶金工业出版社， ’** （上接第 ’ 页） ’） 本次爆破对桥墩采取了强化装药， 保证了桥 梁主要承重部位的完全破碎及桥面的充分解体， 同 时又有效地控制了飞石， 说明所采取的爆破参数是 合理的， 控制飞石的措施是有效的。 ） 黄河等水上构筑物的爆破拆除工程， 必须保 证良好的爆破效果， 否则二次爆破的工作难度较大。 例如此次爆破后处理大块时， 由于废渣阻挡河道而 形成的水流落差使水流变急， 二次爆破的作业船只 很难靠近作业点， 承受的风险也大。 “） 采用钻孔爆破法拆除黄河大桥， 在国内废旧 桥梁拆除史上也是一次较大的尝试。本次爆破拆除 混凝土 , -“（装药部位 ’ . -“） ， 平均实际炸药 单耗 ’ /01-“， 钻孔延米为 “, -1-“， 充分利用 了结构自重作用及微差起爆技术取得了良好的经济 效益。但是对于类似桥梁爆破拆除， 如果环境允许 的话， 尽可能采用小型钻机在桥墩钻孔， 可大大减少 钻孔数目， 缩短水上作业时间， 取得更好的经济效 益。 参考文献 ［’］ 苏华友， 郭学彬， 陈卫双脚拱桥控制爆破 ［2］ 爆破， （’） , * ［］ 赵福兴控制爆破工程学 ［］ 西安 西安交通大学出 版社， ’*,, ,爆破“ 年 ’ 月 万方数据