精品水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除施工工法.docx

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精品水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除施工工法

水下混凝土预应力管桩水压爆破拆除施工工法

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300～800㎜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4.0～10.0Mpa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：

①水下机械割除，②传统爆破法，③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1.0m～1.5m，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2.5m×2.5m，也有2.5m×5.0m的。

拆除要求：

①-8m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）；②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:

①参照“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，kg

f—系数，钢筋混凝土取f=0.3～0.35

A—直径600mm预制管桩断面积A＝3.14×（0.32-0.172）＝0.192㎡

通过计算Q=0.192×（0.3+0.35）/2=0.062㎏。

②根据简化的冲量准则则公式：

Q=K（K2δ）1.6R1.4（5.2.2-2）

式中Q—计算装药量，kg

K—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δ的比值有关的坚固性系数，K2=0.69（δ/R.）+0.95＝1.478;

δ—构筑物壁厚，δ=0.13m；

R—构筑物内半径，R=0.17m；

通过计算Q=K（K2δ）1.6R1.4=11×（1.478×0.13）1.6×0.171.4=0.066㎏。

③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=CπDδ（5.2.2-3）

式中Q—计算装药量,g

D—壁子外径，D=60㎝；

δ—管壁厚度，δ=13㎝；

C—装药系数，C=0.04～0.05g/㎝2；

通过计算Q=CπDδ=0.05×3.142×60×13/1000=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：

①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15～20%的药量；

②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

③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%）×1.439＝204㎏，取200g/m装药

④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6～7倍，则底部炸药量为：

Q底=200×6＝1200g，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

①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（Q1/3/R）α得Q=R3（V/K）3/α（5.2.2-4）

其中：

V—质点振速，cm/s；　　Q—最大一次齐爆药量，kg；

Ｒ—爆心距，m；　　　K—与岩石性质有关的爆破系数，取150；

α—与岩石和爆破方式有关的爆破作用指数，取1.5；（K、α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）

20

30

40

50

60

允许最大齐爆药量（kg）

17.4

58.8

139.3

272

470

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。

②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1～2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