城市中心公路立交橋箱形結(jié)構(gòu)的水力爆破拆除

城市中心公路立交橋箱形結(jié)構(gòu)的水力爆破拆除

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來(lái)橋梁數(shù)量不斷增加，規(guī)模越來(lái)越大，環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)拆除技術(shù)和施工的要求越來(lái)越高。我們不僅要確保拆除過(guò)程中的安全和橋梁安全，還要控制爆炸事件對(duì)環(huán)境的影響。本論文擬利用有限元軟件對(duì)某城市公路橋梁的爆破拆除過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析和研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的爆破拆除機(jī)理,為有限元方法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬中的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。1爆破方案確定待拆除橋體位于某城市中心,四周環(huán)境復(fù)雜,車輛、行人川流不息,周圍有大量建筑物,其中北面匝1橋、匝2橋墻體支撐引橋部分起點(diǎn)緊靠川黔鐵路、非機(jī)動(dòng)車橋長(zhǎng)軸中心線正對(duì)貴黃路。橋下地下管網(wǎng)情況為:東、西側(cè)慢車道路面下分布有一條自來(lái)水管,自來(lái)水管直徑0.5m,埋深2m;在貴溪大道的東側(cè)距離橋墩7m的路面下有自來(lái)水管,其埋深1.1～2m不等。立交橋平面圖見(jiàn)圖1。由于本次拆除工程位于市中心區(qū),周圍有大量的建筑物、各類管網(wǎng),并且處于交通要道上,因此在選用爆破方案時(shí)必須考慮如下幾點(diǎn):一是盡量縮短工期,為后續(xù)工作爭(zhēng)取時(shí)間以緩解該區(qū)域的交通壓力;二是要保證爆破不能對(duì)各類建(構(gòu))筑物和管網(wǎng)造成危害,特別是幾條供水管都是從西郊水廠進(jìn)入城區(qū)的主水管,不能有任何損害;三是爆體破碎要充分,以便加快后續(xù)清碴工作從而盡快恢復(fù)交通;四是要注重環(huán)境保護(hù),有效控制爆破粉塵危害。依據(jù)工程特點(diǎn)和爆體結(jié)構(gòu),決定對(duì)爆體的實(shí)心部分采用鉆孔爆破,對(duì)箱形結(jié)構(gòu)采用水壓爆破。其中,匝1道～匝4道的六箱七梁式徑向支撐彎橋、環(huán)道橋上的簡(jiǎn)支彎箱梁采用水壓爆破,匝1道～匝4道及彎道橋上的異形平面板、橋墩采用鉆孔爆破。2爆炸設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬2.1多層水耦合爆炸2.1.1離底板、錨索、藥包、被包藥物通過(guò)爆破試驗(yàn)確定箱梁裝藥結(jié)構(gòu):為了防止導(dǎo)爆索切口滲水,采用雙回導(dǎo)爆索,箱梁內(nèi)不留切口,藥包離頂板內(nèi)壁13cm,離底板內(nèi)壁17cm(在每箱最低處中部用鑿巖機(jī)鉆一孔,用化纖線與箱內(nèi)PVC塑料管端頭連接以固定塑料管位置從而固定藥包與箱梁內(nèi)頂、底板內(nèi)壁的相對(duì)位置,再用混凝土把孔堵塞以便注水),每個(gè)藥包50g,藥包間距45cm,每箱綁扎藥包18個(gè),每跨用藥包108個(gè),用藥5400g,共有18跨徑向支撐彎箱梁橋,裝藥包1944個(gè),用藥97200g。2.1.2隔梁厚20cm,隔梁厚20cm;每一箱底板厚25cm,頂板厚35cm(含10cm混凝土路面),凈空高60cm,凈空寬350cm,隔梁厚20cm。每跨長(zhǎng)16m,通過(guò)試驗(yàn)類比,在每箱中放2組藥包,單組離邊、隔梁100cm,組間距150cm,藥包離頂板內(nèi)壁25cm,離底板內(nèi)壁35cm(藥包的固定方法參見(jiàn)2.1.1),取每個(gè)藥包100g,間距30cm,每組導(dǎo)爆索綁扎藥包40個(gè),共用藥包320個(gè),用藥量32kg。2.2異形支撐橋墩爆破計(jì)算(1)通過(guò)試爆,匝1道～匝4道及彎道橋上的異形平面板爆破取a=0.5m,b=0.4m,l=0.42m,w=0.28m,q=950g/m3,Q單=130g。(2)匝道及彎道橋上的異形平面板支撐橋墩(橋墩斷面為750mm×750mm)爆破取a=0.5m,l=0.46m,w=0.29m,q=800g/m3,Q單=180g。(3)環(huán)道橋上的兩箱三梁式簡(jiǎn)支彎箱梁橋支撐橋墩(橋墩斷面為900mm×1400mm)共有4組,每組3根立柱,爆破取a=0.4m,b=0.35m,l中=0.55m,l邊=0.65,w=0.25m,q=900g/m3,Q單=150g。邊孔分層裝藥,每層75g。橋墩的炸高見(jiàn)表1。2.3含支撐橋墩環(huán)道橋梁起爆順序?yàn)?匝道簡(jiǎn)支彎箱梁(含支撐橋墩)→匝道異形平面板(含支撐橋墩)→環(huán)道橋異形平面板(含支撐橋墩)→環(huán)道橋簡(jiǎn)支彎箱梁(含支撐橋墩)。4個(gè)匝道簡(jiǎn)支彎箱梁首先起爆在整個(gè)爆區(qū)空中形成具有很大動(dòng)能的霧化水和水幕簾,對(duì)后續(xù)起爆的異形平面板產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行降沉,隨后環(huán)道橋簡(jiǎn)支彎箱梁起爆再次產(chǎn)生霧化水和水幕簾,進(jìn)一步對(duì)殘余粉塵進(jìn)行吸附、沉淀,以達(dá)到最佳的防塵效果。2.4交叉一站式起爆路網(wǎng)所有鉆孔裝14段,孔外用1段管束連后與主網(wǎng)路連接,箱內(nèi)多點(diǎn)水耦合爆破用導(dǎo)爆索,箱外用14段與主網(wǎng)路連接,主網(wǎng)絡(luò)用5段管,采用交叉復(fù)式起爆網(wǎng)路。2.5橋體運(yùn)動(dòng)軌跡為優(yōu)化爆破方案,爆破前進(jìn)行了數(shù)值模擬,圖2為立交橋由起爆到失穩(wěn)塌落至地面簡(jiǎn)支彎箱梁橋底部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,由圖2可知,橋體從起爆到塌落至地面的時(shí)間為2.8s。2.5.1梁混凝土單元受拉圖3為匝道2箱梁隔梁壓應(yīng)力云圖及應(yīng)力時(shí)程曲線。從圖3可知,在t=1.25s時(shí)隔梁混凝土單元受拉破壞,混凝土單元被刪除;在t=1.45s時(shí),隔梁觸地后受到?jīng)_擊,隔梁底部鋼筋單元受擠壓,所受壓應(yīng)力達(dá)到其失效強(qiáng)度被刪除。2.5.2預(yù)應(yīng)力單元受壓力圖4為匝道4第6排立柱有效應(yīng)力云圖及應(yīng)力時(shí)程曲線。從圖4可知,在t=2.05s時(shí)立柱混凝土單元受壓破壞,混凝土單元被刪除,進(jìn)而,與該單元共節(jié)點(diǎn)的鋼筋單元所受壓力迅速增大;在t=2.15s時(shí),鋼筋單元所受應(yīng)力達(dá)到其失效強(qiáng)度,從而因失效被刪除。2.6爆破區(qū)域無(wú)砂格局經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、組織和施工,爆破取得很大成功。多點(diǎn)水耦合爆破形成高20m,超過(guò)爆體邊緣15m的巨大水幕簾,使爆破粉塵被吸附、沉降,爆破區(qū)域附近沒(méi)有粉塵污染,周圍建筑物、鐵路、各種管網(wǎng)安然無(wú)恙,爆體破碎徹底。工程實(shí)踐表明,隨著計(jì)算機(jī)性能的提高和大型計(jì)算軟件的發(fā)展,使得對(duì)結(jié)構(gòu)倒塌的數(shù)值模擬成為可能,如能采用合理的模型與材料參數(shù),并對(duì)單元細(xì)化,必將可以指導(dǎo)此類工程實(shí)踐。3水壓爆破技術(shù)(1)水壓爆破減少了鉆孔工作量,相應(yīng)地減少了人工和爆炸器材的費(fèi)用12.6萬(wàn)