水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除施工工法.doc

水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除施工工法1 前 言随着近年来港口码头工程、水利工程建设的蓬勃发展，水面以下各种旧有建筑物、临时栈桥或围堰混凝土体需在运行前予以拆除，水面以上部分可采用传统的机械或爆破拆除，施工较为容易，而对水面以下部分的拆除采用机械割除或爆破拆除等方法均较陆上复杂得多；且部分水工、港口高强度预应力管桩的机械水下割除成本较高，割除或拆除速度较慢，不利于建筑物尽早发挥其使用功能，影响经济效益。本施工方法针对高强度预应力管桩水下拆除的施工特点选用了一种较为快速的水压爆破拆除的施工方法，保证了高强度砼管桩予以顺利拆除，确保了建筑物尽快投入运行。本文总结了水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除的施工经验编制了本工法。2 工法特点2.1 投入成本低，操作简易、设备常用。 2.2减少水下人工作业时间，较机械拆除高强度混凝土节约了大量的潜水作业。2.3节省了水下钢筋切割施工，只需在爆破后潜水员水下收集钢筋即可。2.4拆除不需要钻孔且音量小，也不需要干水爆破，爆破设计技术性强。2.5拆除速度快，爆破拆除前的技术及物资设备准备工作可与建筑物施工同步，桩体拆除现场作业时间只需数天工期即可完成，使建筑物尽早投入使用。2.6不需要动力设备，雷管和炸药及附属器材消耗少，无粉尘产生，有毒气体少，飞石和冲击波非常容易控制，破碎均匀、效果好。3 适用范围本施工工法适用于直径300800的混凝土空心管桩或方桩的拆除爆破工程。4 工艺原理随着建筑科学技术的发展，目前水工、港工建筑物越来越往深水方向建设，而竣工后需拆除的混凝土临时或旧有建筑物都处于深水位，而且拆除构筑物的强度、刚度及抗弯、抗剪等承载力大幅度提高，施工拆除难度大，为此对工程建设者来说，后续拆除清理工作的技术也要随之向前发展。本文预制混凝土管桩强度，为便于运输、安装及承受较在荷载的要求，目前一般均采用不少于C80、抗弯承载力强度达到4.010.0Mpa的高强度混凝土预应力管桩。而这给后续的拆除工作提出了更高要求，对于处于潮水位以下的拆除作业采用传统的机械割除方法拆除高抗压、抗拉、抗弯强度的建筑物显然更为困难、复杂。水面以上部分可采用机械或爆破拆除，水面以下部分有如下几种拆除方案：水下机械割除，传统爆破法，水压爆破拆除等方案。由于需拆除的管桩离建筑物的距离（管桩群东面50m为船台的钢结构坞门；西面为大海；南、北两侧没有建筑物）等现场周围环境、海洋环境、管桩强度等因素综合考虑，该处爆破条件较好且由于管桩内径内充满了海水，最终决定采用水压爆破法方案。水压爆破是将炸药置于受约束的有限水域内，娄炸药爆炸时，利用水的传能作用，通过水中冲击波和气泡脉动的传播将能量均匀地作用于介质上，使其达到破碎。相对空气，水中爆破与陆地爆破具有很大的差别：由于水具有微压缩性，水作为媒介物，起到传播能量的作用，能将炸药爆炸能量均匀传递给拟拆除构筑物；其次水具有高密度性，起着缓冲作用，均匀作用于整个构筑物内，而另外由于水具在强渗溶性所需炸药必须具有抗水性能，建议采用防水的乳化炸药。为此，管桩拆除水压爆破的施工工法为：采用抗水乳化炸药，充满水的管桩中间悬挂连续装药，利用水中爆炸产生的水中冲击波使管桩产生位移、引起应力、应变，直至裂缝，并在爆炸形成的高压脉动气泡作用产生二次振荡破坏，残压水流又对碎块起到抛掷，进而将桩体破除、粉碎、与钢筋分开；在设计要求拆除深度外超深1.0m1.5m，且底部设置集中加强药包，将桩体混凝土及其钢筋全部炸碎、炸断。具体拆除布置如图4.1所示：图4.1 装药结构图5 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程水中高强度预应力管桩水压爆破拆除施工流程为：现场勘察爆破方案设计方案审批物资准备现场清理爆破试验炸药加工、安装及起爆网络连接安全警戒起爆检查处理清理等。5.2操作要点 5.2.1现场勘察（1）在进行爆破设计前首先要对施工现场再进一步调查、勘察，掌握一切可了解的信息。对拟拆除物的结构特征、主要尺寸、材质、砼或构件的性能批标等状况进行调查、检测，掌握拆除物最真实、准确的状况。（2）对施工现场的周围环境进行详细调查、记录，如拆除物地点、拟拆除物与永久建筑物的距离、拟拆除物的周围障碍物等覆盖情况、海(河)水位的高程及海洋潮汐规律等进行调查、永久建筑物的保护要求、沿线交通及其他设施的相关情况。（3）调查拆除物的工程量大小，业主及项目上级部门对拆除爆破的要求，环境、渔业、航道等部门要求。5.2.2爆破方案设计在调查掌握必要的基础数据后，即进行方案比较。本文针对舟山中船重工船业有限公司船台前沿的施工联络桥直径600mm预制AB管桩爆破拆除实例为例说明其爆破设计如下：5.2.2.1工程概况及爆破条件该联络桥是钢筋混凝土梁板结构，现已机械拆除，留下127根直径600mm，壁厚13cm的预制AB形管桩（混凝土预应力管桩）。管桩桩长45m；桩底标高-43m；桩顶标高2m。管桩高潮时淹没水下0.5m左右，低潮时露出水面2.5m左右。管桩口部0.4m以下被机械拆除的混凝土碎渣所复盖。管桩成排布置，每排5根桩，桩距2.5m2.5m，也有2.5m5.0m的。拆除要求：-8m以上的直径600mm管桩炸碎至便于挖泥船施工的碎块，管桩爆破长度为10m（包括1m超深）；直径600mm预制管桩爆炸后底部钢筋需炸断、上部混凝土碎块与钢筋分开，便于切割。管桩群东面50m为船台的钢结构坞门；西面为大海；南、北两侧没有建筑物。爆破周围条件较好。管桩内径34cm，管内充满海水且管身位于水中，选用水中水压爆破法拆除。5.2.2.2爆破参数计算目前，我国在水压爆破理论研究和工程实践中的药量计算公式很多，不同工程技术人员根据不同的原理和工程实践得到不同的试验公式，但由于考虑因素各不相同，其适用条件不一样，对于特定的爆破条件和环境，用不同的公式计算药量时，得到的结果不尽相同，甚至相差很大，所以在计算爆破参数时要特别注意适用条件和环境要求。本文根据以上水中水压爆破、高强混凝土钢筋空心管桩及本船坞栈桥所处爆破环境条件计算参数如下:参照“工程爆破实用手册”，选用“水平断面面积法”计算公式： Q=fA （5.2.2-1）式中Q计算装药量，kgf系数，钢筋混凝土取f=0.30.35 A直径600mm预制管桩断面积A3.14（0.32-0.172）0.192 通过计算Q=0.192（0.3+0.35）/2=0.062。根据简化的冲量准则则公式： Q=K（K2）1.6R1.4 （5.2.2-2）式中Q计算装药量，kgK爆破破碎系数，与结构物材质、强度、破碎程度、碎块飞掷距离等有关的系数，取K=11；K2构筑物内半径R和壁厚的比值有关的坚固性系数，K2=0.69（/R.）+0.951.478;构筑物壁厚，=0.13m；R构筑物内半径，R=0.17m；通过计算Q= K（K2）1.6R1.4= 11（1.4780.13）1.60.171.4 =0.066。考虑构筑物截面面积的药量计算公式（适用用小截面、普通混凝土管状构筑物）： Q=CD （5.2.2-3）式中Q计算装药量,gD壁子外径，D=60；管壁厚度，=13；C装药系数，C=0.040.05g/2；通过计算Q= CD=0.053.1426013 /1000=0.123。5.2.2.3爆破参数选用根据以上三个计算公式计算所得结果，直径600mm普通混凝土管桩单位长度药量为0.123，但由于上述所述工程为直径600mm高强度混凝土预应力水中管桩拆除，因此需根据爆破条件再作如下调整：应考虑水中水压爆破特点，拟爆破拆除的管桩不仅管内充满海水，管外也是无限水域的海水，因此爆破药量需较陆上理论计算药量增加1520%的药量；因预制管桩混凝土强度等级往往在C80以上，属于高强度混凝土构筑物，相对于普通C25钢筋混凝土，其构筑物破坏的极限抗拉强度、在混凝土中的弹性纵波传播速度均不相同，因此需根据拟拆除构筑物本身的结构材料条件作出调整：C25混凝土轴心抗拉强度为1.78Mpa，弹性纵波的传播速度为3.5m/s；C80混凝土轴心抗拉强度为3.11Mpa，弹性纵波的传播速度为4.25m/s；则调整系数Kt（3.11/4.25）（1.78/3.5）1.439综合上述两项考虑因素，直径600mm高强度混凝土管桩单位长度药量为：Q修= 0.123（1+15%）1.439204，取200g/m装药因管桩位于海平面以下，采用潜水员水下机械割除钢筋困难，可采取底部设置加强集中药包将钢筋直接炸断的措施，根据以往施工经验，药量增加67倍，则底部炸药量为：Q底=20061200g，因此在计划拆除部位底部设置1.0的集中药包即可将混凝土破碎、钢筋炸断。5.2.2.4爆破安全及控制爆破震动安全允许距离的计算：确定爆区周围水工建筑物的爆破安全震动标准是爆破的最为关键的一项内容。本爆区爆破地震波的计算公式： V= K (Q 1/3/ R)得 Q=R3 (V/K)3/ （5.2.2-4）其中：V质点振速，cm/s；Q最大一次齐爆药量，kg；爆心距，m； K与岩石性质有关的爆破系数，取150；与岩石和爆破方式有关的爆破作用指数，取1.5；（ K、的值根据地质资料中岩石的性质，按爆破安全规程规定选取）。根据一般水工建（构）筑物的设计要求，结合水运工程爆破技术规范，参照有关类似工程，对于距离最近的船台坞门，取其允许最大震动速度为7cm/s。表5.2.2 不同距离允许最大一次齐爆药量距离(m)2030405060允许最大齐爆药量(kg)17.458.8139.3272470综合上述：本工程距离保护建筑物60m，结合拟拆除管桩的布置情况，最大一次齐爆药量拟按保护建筑物20m考虑即控制起爆药量17.4kg。起爆时采用微差爆破网路，孔间同响，排间孔外微差接力，以确保坞门与岸坡及其它建筑物的安全。爆破飞石控制由于采用水压爆破，炸药不直接接触管桩壁且位于水中，造成的飞石可大大滅少，估算最大飞石距离为100m。 图5.2.2 周围环境及爆破警戒示意图5.2.3方案审批在爆破方案确定后，编制爆破拆除施工方案和警戒方案，按程序进行方案审批：5.2.3.1根据国家对爆破拆除的规定，组织相关单位和专家进行专家审查，对爆破设计进行安全评估，并根据审查意见继续补充和完善爆破施工方案和警戒方案。5.2.3.2完善后的方案报施工单位的技术负责人签字，并报监理单位、建设审批。5.2.3.3及时向当地公安、海事、渔业等部门汇报，联系交通管制等事宜，相关部门全部审批后方可实施。5.2.4物资准备5.2.4.1按照相关程序采购爆破所需火工材料，落实运输至现场时间或建立临时库房。5.2.4.2防护材料准备。5.2.4.3爆破拆除施工机具准备。5.2.4.4现场拆除施工所需的生产和生活临时设施修建。5.2.4.5通信、警戒所需设施的准备。5.2.5现场清理5.2.5.1对已机械拆除的管桩顶部进行必要清理，清理管桩内部的废渣，保证火工材料能按爆破设计方案进行布置。5.2.5.2拆除现场潮水监测、防潮措施的安排。5.2.6爆破试验正式爆破实施前，对12根具有代表性的管桩，根据爆破设计方案进行试爆，确定和调整合理的爆破参数，为爆破工作顺利进行提供依据。5.2.7炸药加工、安装及起爆网络连接5.2.7.1采用连续装药布置，单位用药量为200g/m，底部设置一个1药包。每根桩装药量90.2+12.8（近口部1m不装药）。5.2.7.2加工后的长条形药包挷扎在毛竹条上，用二根导爆索连接出孔口，低潮时悬挂于管桩中。5.2.7.3采用非电导爆雷管起爆网络，孔间两根导爆索连接；考虑冲击波波速远大于导爆管的传播速度，为防止先爆药对后爆药包的影响，段间均采用3段非电毫秒延期雷管连接，最大起爆药量为11.2。 图5.2.7 雷管起爆网络联线图5.2.8安全警戒5.2.8.1爆破安全警戒组织程序爆破前由业主组织召开协调会，确定警戒范围及警戒方案，落实经济措施。会同各方协调好爆破的具体时间，并得到公安部门和海事部门的批准。由业主、公安、海事、当地政府、施工单位联合成立爆破指挥部。装药爆破前13天由爆破指挥部及公安部门联合发布爆破通告，张贴安民告示，明确警戒范围，警戒标志，音响信号和爆破作业时间等。提前做好宣传工作。业主向海事主管部门申请局部水域的交通管制时应与相关利益单位做好有关协调工作。自火工品运至现场开始，对整个装药现场实行警戒，并凭胸牌出入现场，胸牌按各岗位及作业人员分类。5.2.8.2爆破警戒范围本工程根据具体的实际情况，将陆上警戒范围设置为不小于150m，海上警戒范围设置为不小于500m。5.2.8.3爆破信号起爆前，必须同时发出声响信号。第一次信号：预备信号。在起爆前30分钟发出。三次连续长音，每次30秒，所有警戒人员到达指定的警戒地点，开始警戒工作。与爆破无关人员立即撤到指定的安全地点。设备撤离至安全地带或采取有效防护措施，海上由海事部门实行交通管制。第二次信号：起爆信号。三次连续短音，每次10秒，各警戒地点人员警戒完毕，确认人员、设备全部撤离危险区后，向指挥部报告；指挥部再与各警戒点、起爆站联系确认具备安全起爆条件后，通知起爆站并下达起爆命令。第三次信号：警戒解除信号。一次连续长音，时间30秒，起爆后15分钟，技术人员进入爆破现场检查，经检查确认安全后，发出警戒解除信号。在没有发出警戒解除信号前，各警戒人员必须坚守岗位，禁止其他人员进入现场。一次起爆破后如出现哑炮，以挥舞红旗做为信号，技术人员进入现场进行检查处理，在哑炮位置插上红旗做标志，联接网路后进行再次起爆，直至完全排除哑炮为止。经检查确认安全后，发出警戒解除信号。5.2.9起爆、检查处理、清理在各项安全警戒、装药安全检查完成后，即由起爆员在安全避炮点采用起爆器起爆。起爆后按规定检查爆破效果，响炮30min后方可进入爆区检查，并对爆堆的形状大小、残孔率、飞石最大距离及盲炮情况进行现场记录，掌握一手资料，适时对爆破参数进行调整。如发现盲炮应立即通知专职爆破员进行处理，处理方法为：二次起爆法：若是由于起爆网络连接不良造成的盲炮，可重新连线起爆；诱爆法：对于不能二次起爆的盲炮，如果周围环境允许，可准确判明装药的具体位置，在原装药孔附近平行原装药孔进行钻孔，装入少量炸药，利用小装药将其诱爆；在处理盲炮时无关人员不得在场，并在危险区边界设置警戒，危险区内禁止进行其他作业。盲炮处理后应仔细检查爆堆，并将残留爆破器材清理干净，在潜水员确认达到预期要求后，即对其进行清理，对炸断的钢筋、混凝土碎块进行清理、收集，保证通航要求。6 材料与设备6.1施工过程中消耗或周转使用材料6.1.1 毛竹、绳、木棒等火工材料捆绑、加工材料。 6.1.2 爆破所需的乳化炸药、非电毫秒雷管、导爆管、导爆索等材料。6.1.3 清渣运输设备所需的汽油、柴油等材料。6.2 机具设备 6.2.1 警戒船只：警戒船两艘，参与海上警戒，其中一艘为海巡艇, 警戒船舶必须保持适航状态。6.2.2 炸药加工设备：刀具、竹片加工设备等。 6.2.3 爆破设备：起爆器等。 6.2.4 清渣运输设备：挖泥船、驳船等。 6.2.5 防护设备：警戒船舶应配备高音喇叭和VHF。6.2.6安装于船坞结构物上等各种检测工具。7 质量控制7.1根据该工程特点，设立组织管理机构，建立、健全与工程特点相适应的管理运行机制，使管理运行机制与工程施工质量需要相适应。7.2健全质量保证体系。施工班组以确保爆破质量为总目标，分解为设计、穿孔、装药、联线、防护、警戒、起爆等几个质量分目标，实行全过程的施工管理。并将分目标分解为责任单元，实行责任到人，奖罚分明。通过各组各层次由下而上保障总目标的实现。7.3安排具有类似工程施工管理经验的技术和管理人员组成高效率的爆破施工班组，全面负责该工程的施工、劳务和机械的调度。7.4建立讲评制度，实行队、组每班讲评，及时解决施工中的技术问题。按设计方案施工，及时解决施工中的技术问题，如技术方案变更须经技术负责人批准。7.5拆除质量：拆除前应准确测量单桩的顶高程，保证拟拆除桩体达设计要求；装药过程中，应加强现场管理，认真按照爆破图进行装药作业；装药最底部处应比工程要求拆除的部位超深1.01.5m；采用防水炸药或做好火工材料的防水工作；使用导爆索、导爆管、非电毫秒雷管等微差爆破技术控制拆除质量；应严格按照批准的起爆网络进行联线工作；爆破后严格按规定做好检查工作、设计要求的部位进行清理。8 安全措施8.1 施工中严格遵守相关施工安全技术规程，机械的操作必须符合建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2001。 8.2 进行爆破施工作业时，必须遵守国家现行标准中华人民共和国民用爆炸物品管理条例、爆破安全规程（GB6722-2003）、爆破工程施工与安全、水电水利工程爆破施工技术规范DL/T 5135-2001等规定。 8.3 进行爆破拆除开工前，应编制安全施工组织设计，技术负责人审核后，经上级主管部门批准后实施，施工过程中如需要变更安全施工组织设计，应经原审批人批准，方可实施。8.4施工前必须对施工人员书面进行安全技术交底；建立技术挡案。8.5施工现场临时用电必须按照施工现场临时用电技术规范（JGJ46-2005）执行。8.6施工过程中，发生重大险情或安全事故时，应立即启动事故应急预案，及时排除险情、组织抢救、向有关部门汇报。8.7药包制作时，按指定场所进行，不准超出指定范围。制作和装填药包过程中不准抽烟，场外设临时警戒人员，严禁外人入内。8.8制作药包应按设计规定的药量，不准随意增减，不同重量的药包，不同段别的雷管要分别放置，防止出现差错。8.9向孔内装填药量，用木质填塞棒将药包轻轻送入孔底，填土时先轻后重，力求填满捣实，防止损伤脚线。8.10线路联网时，按规定操作，防止联错、漏接，保证可靠起爆。8.11做好爆破防护工作：对外侧装药部位实施近体防护，用麻袋、防护网包裹固定。9 环保措施9.1 加强对作业人员的环保意识教育，钢筋运输、装卸、加工防止不必要的噪音产生，最大限度减少施工噪音污染。 9.2现场配备一定的驱鱼设备。9.3爆破作业产生的灰尘和烟雾，除在现场的作业人员配备必要的专用劳保用品外，还应随时进行洒水以使灰尘公害减至最小程度。10 资源节约本工法投入成本低，操作简易、设备常用，解决了水中高强度混凝土空心管桩拆除的难题，相对于机械水中割除速度（约510根/日）,提高了数倍,大大加快了拆除速度，以利于建筑物尽早投入运行，发挥应有的效益。本工法不需要动力设备，雷管和炸药及附属器材消耗少，并且本工法的实施为本企业节约了大量的人工、材料、机械设备投入，资源节约明显。11 效益分析11.1经济效益（见表11.1）表11.1 经济效益分析表序 号项 目费 用管桩水下割除费用1材料费100元/根2人工费650元/根3机械费300元/根小 计1050元/根水压爆破拆除费用1火工材料95元/根2人工费20元/根3机械费10元/根小 计125元 /根合计节约费用925元/根11.2进度效益采用本工法后解决了水中高强度混凝土空心管桩拆除的难题,减少水下人工作业，较机械拆除高强度混凝土节约了大量的潜水作业所消耗的时间。前期工作与建筑物同时进行，而整个拆除现场只需数次集中爆破即可完成，所需时间仅几天；而相对于机械水中割除速度（约510根/日）,提高了数倍,大大加快了拆除速度，以利于建筑物尽早投入运行，发挥应有的效益。11.3社会效益采用本工法进行水中高强度混凝土空心构筑物的拆除施工，投入成本低，操作简易；减少了水下人工潜水作业，节省了水下钢筋切割施工；不需要抽干构筑物充填的水即进行爆破；拆除速度快，爆破拆除前的技术及物资设备准备可与建筑物施工同步，桩体拆除现场作业只需数天工期即可完成，建筑物可尽早投入使用，拆除质量也得到了保证；也得到了相关单位和部门的一致好评。本工法的成功实施为本企业节约了大量的人工、材料、机械设备投入，降低了施工成本，也为我公司在社会上树立了良好的形象。 12 应用实例12.1 舟山中船重工船业有限公司船台前沿联络桥拆除工程舟山中船重工船业有限公司船台前沿联络桥拆除工程位于浙江省舟山市，舟山中船重工船业有限公司船台前沿联络桥是钢筋混凝土梁板结构，现已机械拆除，留下127根直径600mm，壁厚13cm的预制AB形管桩（高强混凝土预应力管桩）。管桩桩长45m；桩底标高-43m；桩顶标高2m。管桩高潮时淹没水下0.5m左右，低潮时露出水面2.5m左右。管桩口部0.4m以下被机械拆除的混凝土碎渣所复盖。管桩成排布置，每排5根桩，桩距2.5m2.5m，也有2.5m5.0m的。管桩群东面560m为船台的钢结构坞门；西面为大海；南、北两侧没有建筑物。爆破周围条件较好。工程于2010年2月5日开工，2010年2月20日完工。该工程采用水下机械割除每根桩体成本1050元，拆除成本约为1271050=13.33万元；采用本工法进行拆除每根桩体成本125元，拆除成本约为127125=1.59万元；共节成本13.33-1.5911.74万元；并在2天内即将全部桩体拆除,大大加快了拆除速度。12.2温州瑞安滩涂围垦工程内河闸围堰管桩拆除工程瑞安滩涂围垦工程，位于浙江省瑞安市，围垦面积12000余亩，围区内设内河三条，其中，中直河与大海相连，在海堤处设6米4孔闸一座，主要用于排洪级养殖船出海。中直河闸施工开始，在围堰填筑施工时，由于海涂面较陡、地质差等原因，涂面产生滑动，导致围堰无法按原设计施工，经设计、业主、施工单位协商后，采用外海侧插打600预制管桩，进行基础处理，后填筑围堰，基础处理共插打管桩45根，深度27米。中直河闸施工完工，进行围堰拆除，待上部土石围堰拆除完成后，留下的管桩拆除难度较大，为不影响船舶的正常通行要求拆除-6米以上的管桩，涂面2.4米，拆除管桩深度8.4米。工程于2012年9月3日开工，2012年9月21日完工。我公司采用本工法对该闸围堰的管桩群进行水压拆除爆破，爆破审批手续齐全后，在1天内爆破完成。经对河道开挖后，水压爆破拆除达到预期效果，管壁砼全部碎裂，可直接采用挖泥船挖走，钢筋在底部的加强药包的爆炸作用下，全部炸断，赢得了工期，节约了成本，受到了业主等相关单位的好评。