绳锯切割与爆破技术拆除桥墩的工程应用.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）1 工程概况某高速公路特大桥左幅16#墩设计高度为89 m，墩身内部结构为空心变截面，底部2.0 m高范围内为全钢筋混凝土实心结构，墩身直线边的边长为7.0 m，弧线边的弧宽为8.5 m、弧高0.75 m，壁厚1.2 m。在建设到22.5 m时，通过检测发现以承台顶部平面为基准线上26 m段混凝土强度不达标。该桥墩自承台水平面2 m以上需要拆除重建，拆除时承台及承台以下桩基部位需要完好保留，不得损坏。2 工程特点及难点工程要求拆除自承台水平面2 m以上不合格部分的桥墩建筑物，同时不得对该桥墩的承台与桩基部分有任何损害。待拆除桥墩处环境复杂，其他建筑物和设施与待拆除桥墩相邻，要求施工尽量减少对其他建筑物的影响，尤其对临近的桥墩不能产生任何损害，否则会造成极大的经济损失和影响。因此，本控制爆破拆除工程不同于常规拆除项目，专业性要求极高；待拆除桥墩的承台以及承台桩基需要有切实可靠的措施确保不被损坏；需要重点保护待拆桥墩侧紧邻的16#右桥墩；本拆除项目施工标准要求高、难度大，安全施工是本工程控制的重点；工期紧张，甲方要求快速拆除，不占用后续施工工期，必须选择安全、可靠、高效的拆除工艺。3 方案设计3.1 方案比较与确定根据待拆除桥墩的结构特点，可采用的拆除方式有机械切割吊装与爆破拆除两种形式。3.1.1 机械切割吊装施工总体方案在桥墩四周搭设三排、高度不低于23.7 m的钢管脚手架，脚手架必须搭设斜撑，并将脚手架与桥墩固定，脚手架上铺设厚度为5.0 cm的木板作为切割吊装操作平台。采用绳锯将桥墩由上至下切割成约 5.2 t（1.5 m3）的方块，利用工地上的塔吊（该塔吊最大起重量约6.0 t，为确保吊装安全，吊装重量控制在 5.6 t 以下）将方块吊装至地面，再采用破碎锤进行二次破碎1。经计算，绳锯切割面积达1 053.5 m2，切割费用为800元/m2（不含吊装费用），切割费用为85万元，施工时间约50 d。3.1.2 爆破拆除总体施工方案在桥墩四周搭设 3 排、高度为 12.0 m 的钢管脚手架，脚手架需要搭设斜撑，并对脚手架固定，脚手架上铺设厚度为5.0 cm的木板作为操作平台2。在桥墩距离地面3.0 m（桥墩北侧抬高1.0 m，切口深度为1.2 m）高位置采用绳锯横切该桥墩，使下部钢筋免受桥墩倾倒时的拉伸影响，以利于对下部钢筋的保护，同时必须对桥墩爆破区域上下沿内的钢筋进行部分预处理，即切断部分钢筋。为加快施工进度，减少炸药装填量，整个爆破切口采用绳锯切割，形成爆破切口边界线，再将爆破切口内的钢筋混凝土按横向留一部分（1.2 m）、切一部分（1.7 m）的方式，把爆破切口内的混凝土由爆破墙面改为爆破立柱的方式进行爆破（图1），爆破切口内需要切割移出的混凝土也采用绳锯切割成块（切割为最大约1.0 m1.0 m1.2 m=1.2m3的小块）。在保留的混凝土柱上布置炮孔进行装药爆破，使桥墩按预定方向倾倒。施工时间约15 d。综上所述，机械切割吊装施工周期长、施工人员始终在较高的高空中作业，且高空作业承担的负荷较重，施工成本较高；而爆破拆除施工周期较短，施工人员在高空作业的时间较短、高度较低，施工负荷也较轻，较机械切割吊装施工具有成本更低、施工安全程度较高的优势。因此，宜选用爆破拆除的施工方案。3.2 预处理根据本项目的要求与特点，需要预留足够长的钢筋便于后期重建时搭接钢筋，拆除前，在桥墩距离地面3.0 m（桥墩北侧抬高1.0 m，切口深度为1.2 m）高收稿日期：2022-10-21作者简介：封涛（1983），男，四川绵竹人，高级工程师，从事工程爆破施工管理与民用爆破器材生产技术研究。绳锯切割与爆破技术拆除桥墩的工程应用封涛（四川宇泰特种工程技术有限公司，四川 成都 610036）摘要：在桥墩拆除过程中，通过结合应用绳锯切割技术与控制爆破技术，使用绳锯切割预先切断桥墩部分需要保留的部位，再用控制爆破技术快速拆除桥墩建筑物，实现了桥墩保留部分的完好无损与桥墩快速拆除的双重目的。关键词：绳锯切割；爆破技术；桥墩拆除中图分类号：U443.22文献标识码：A118交通世界TRANSPOWORLD位置采用绳锯横切该桥墩，使下部钢筋免受桥墩倾倒时的拉伸影响，以利于对下部钢筋的保护。同时需要对桥墩爆破区域上下沿内的钢筋进行部分预处理，即切断钢筋。为加快施工进度，减少炸药装填量，整个爆破切口也采用绳锯切割，形成爆破切口边界线，再将爆破切口内的钢筋混凝土按横向留一部分（1.2 m）、切一部分（1.7 m）的方式切割并移出，把爆破切口内的混凝土由爆破墙面改为爆破立柱的方式进行爆破（图1）。在保留的混凝土柱上布置炮孔进行装药爆破，使桥墩按预定方向倾倒。为保证钻眼工作的安全实施，切割面贯通前应完成炮孔钻眼。单位：m图1 正面及侧面切口示意图预处理时，脚手架搭设的操作平台需要根据切割进度、地基实际情况予以调整或更换平台搭设方式。3.3 爆破参数设计3.3.1 爆破切口设计待拆除桥墩高 22.5 m，因要先行保留底部 3.0 m（桥墩放倒后再拆除），则拆除高度为19.5 m，其中心高度为9.25 m；桥墩按向西南方向倾倒，倾倒方向的拆除物底面宽度B为8.0 m。由于该桥墩重心高度偏低，桥墩底面长宽比近似于1.0，因此爆破切口高度h和宽度b分别采用以下公式进行计算3：h=tg(3035)B=tg(3035)8.0=4.625.6(m)（1）b=(0.60.65)B=4.85.2(m)（2）式（1）（2）中：h为爆破切口高度，单位m；b为爆破切口宽度，单位m；B为拆除物底面宽度，单位m。经计算，爆破切口高度h为4.625.6 m，爆破切口宽度b为4.85.2 m，结合以往的爆破施工经验，本工程爆破切口高度h取6.0 m，爆破切口宽度取5.2 m。3.3.2 爆破缺口安全校核桥墩进行预拆除后，受力部分为倒塌缺口前方立柱及反方向支撑位置，前排支撑立柱是否承重关系到本项目的施工安全，爆破缺口支撑强度安全校核项目如下。1）前半部分爆破缺口承受的重量：F=(8.5+4+4)1.1 2.7 103 19.5 9.8=9.37 106N（3）取值说明：其重量采用最不利模式进行校核，前半部分承重量为桥墩的一半重量，混凝土厚度取1.1 m，重度取2.7103kg/m，高度取19.5m，重力加速度为9.8m/s2。2）前半部分爆破缺口的受力面积S=(1.2+1.2+1.2)1.2=4.32m2（4）取值说明：其受力面积按照最不利模式进行校核，按照实际缺口的受力长度，厚度取1.2 m。3）前半部分爆破缺口支撑立柱的压强P=FS=9.37 1064.32=2.17 106Pa=2.17MPa（5）4）校核结论按目前该桥墩的混凝土强度，其抗压强度值（33MPa）明显大于承受的压强（2.17 MPa），采用该缺口方式是安全的。3.3.3 爆破炮孔设计为达到爆破拆除的目的，根据控制爆破的相关设计理论及原则，具体炮孔布置见图2，炮孔参数见表1和表24。单位：m图2 桥墩爆破立柱炮孔布置示意图表1 炮孔布置参数表名称爆破区域宽度/cm120厚度/cm120142.5抵抗线/cm45孔距/cm50排距/cm30孔深/cm85100孔数/个69表2 装药量表名称爆破区域孔径/mm40孔向水平总孔数/个69单耗/（g/m3）1 5002 000单孔药量/g620总装药量/kg42.78注：具体装药量需根据现场钢筋揭露情况或孔深情况进行适量调整。3.4 装药、填塞及起爆网路设计选用的炸药为乳化炸药，雷管为毫秒延期导爆管雷管，采用连续装药结构，雷管置于药包的中间位置，使用堵漏剂进行炮孔填塞，填塞长度为孔深的1/3。为确保实现顺利起爆，起爆网路采用孔内2发5段导爆管雷管，孔外采用1段导爆管雷管分别连接孔内雷管组成2套导爆管起爆网路，2套起爆网路同时起爆。3.5 防护设计为防止爆破飞石，对爆破区域进行严格的安全防护，采用覆盖防护挂棕垫（用铁丝进行加工）或土布等柔性防护材料和钢丝网的防护方法，在各爆破区域119总651期2023年第21期（7月 下）采取包覆3层棕垫或土布等柔性防护材料和一层钢丝网的防护方法，确保严格控制飞石。本次爆破对紧邻桥墩、塔吊对应爆破切口高度范围及上下高出爆破切口高度2.0 m的范围内，采用近体搭设排架挂双层竹笆、包裹土工布等柔性防护材料进行安全防护，确保桥墩与塔吊的安全。3.6 爆破振动安全设计3.6.1 爆破振动安全设计爆破振动安全距离 R应根据实际环境情况进行控制，以免控制距离太近，影响爆破规模和施工进度及爆破成本。爆破振动安全距离，用最大一段同段位雷管安全起爆的炸药量控制，采用公式（6）计算：R=K1(KV)1Q13（6）式（6）中：K为与地形、地质有关的系数，参照工程爆破实用手册（第二版），取32.1；为地震衰减系数，参照工程爆破实用手册（第二版），取1.57；Q为同段起爆最大药量，取166 kg；V为振动安全速度，对民房的振动安全速度取2.0 cm/s，对桥墩的振动安全速度取8.0 cm/s；K1为折减系数，因拆除爆破工程炸药埋置于地表以上的介质中，爆破振动对地面的岩土介质扰动极小，一般K1值在0.150.35选取，本工程取0.2。经计算，被保护桥墩处的爆破振动速度为 3.392cm/s，被保护的钢筋加工厂处的爆破振动速度为0.042cm/s，均小于爆破安全规程（GB 67222014）规定的安全允许质点振动速度，被保护物安全。3.6.2 触地振动控制在无减振措施时，建筑物爆破拆除时的坍落振动速度计算公式为：vt=Kt()R()MgH/1 3（7）式（7）中：vt为坍落引起的地面振动速度；M为下落构件的质量；g为重力加速度，9.8 m/s2；H为构件中心的高度，H=9.75 m；为地面介质的破坏强度，一般取10MPa；R为观测点至冲击地面中心的距离，R=8.25m；Kt、为坍落振动度衰减系数和指数。在地面无减振措施时，Kt=1.121.36；=-1.66-1.80。经计算，在无减振措施时，桥墩爆破拆除时的坍落振动速度为6.484 29.129 5 cm/s，爆破安全规程（GB67222014）规定的728 d新浇大体积混凝土（C20）安全允许质点振动速度为8.010.0 cm/s。因此，为确保桥墩及承台等被保护物的安全，需要做缓冲减振措施。为降低振动对承台及邻近桥墩的影响，在坍落振动可能对周边被保护设施产生损坏的情况下，必须对地面实施严格的缓冲防护，确保倒塌过程逐点缓冲落地。本工程采用在倒塌区域增高垫层的方式进行，在倒塌范围内铺设不低于2.0 m高的软土垫层，并在软土垫层上距离桥墩6.0 m处及10.0 m处各筑一高度为1.0 m的土埂，延长触地接触时间，耗散冲击能量，减少对地面的冲击作用。通过以上减振措施，根据以往爆破振动检测数据分析，桥墩爆破时的触地振动速度可减少50%以上，即保护承台不受到损坏，同时可最大限度地降低桥墩的触地振动，避免对周边保护物造成影响。4 结束语16#桥墩左幅的拆除要求在该桥墩的承台和桩基完全不被损坏的前提下快速地完成桥墩拆除。重点考虑的影响因素有桥墩的主钢筋在倾倒过程中的拉伸作用、爆破振动以及桥墩倒塌触地的振动对承台与桩基的影响；同时要做好爆破飞石对邻近建筑物与设施的防护。桥墩控制爆破拆除在预处理时采取绳锯切割的方式把桥墩待拆除部分与被保留部分完全切割开，有效地解决了爆破拆除时桥墩在倾倒过程中因钢筋拉伸而损坏桥台与桩基的钢筋。在预处理时，对爆破切口按设计进行绳锯切割，把爆破切口内的混凝土由爆破墙面改为爆破立柱的方式进行爆破。此方法减少了爆破约束力，降低了爆破炸药的总装药量，有效地控制爆破振动与爆破飞石，同时加快了施工进度。桥墩在爆破倾倒时，触地振动对桥台、桩基以及邻近的16#桥台右幅的影响是非常明显的，拆除是否成功的关键是如何减弱触地振动对桥台、桩基以及临近的16#桥台右幅的影响在许可范围内。本方案通过核算桥墩倾倒触地的振动强度，通过以往城市建筑物爆破拆除时的触地振动防护措施经验，采用在倒塌区域铺设防护垫层的方式减弱触地振动强度。在工程实施中，对爆破振动与触地振动进行了专业的检测，检测的结果是实际振动远小于承台、桩基以及16#右桥墩的最小安全允许振动。爆破时采取严格控制装药填塞质量、爆区主动防护、邻近建筑物与设施被动防护相结合的方式，有效地控制了爆破飞石的影响。参考文献：1 徐猛，史卫.旧桥拆除绳锯切割技术J.中国高新科技，2018（18）：69-71.2 苏龙庆.桥梁爆破拆除施工工艺J.交通世界，2022（24）：89-91.3 王国青.公路工程隧道项目光面爆破施工技术J.交通世界，2022（20）：138-140.4 赵健.路基石方开挖中的爆破技术J.建材技术与应用，2022（5）：71-75.120