城市中心公路立交桥箱形结构的水力爆破拆除

城市中心公路立交桥箱形结构的水力爆破拆除

随着社会经济的发展，近年来桥梁数量不断增加，规模越来越大，环境越来越复杂，对拆除技术和施工的要求越来越高。我们不仅要确保拆除过程中的安全和桥梁安全，还要控制爆炸事件对环境的影响。本论文拟利用有限元软件对某城市公路桥梁的爆破拆除过程进行数值模拟,分析和研究钢筋混凝土结构桥梁的爆破拆除机理,为有限元方法在钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟中的实际应用提供理论依据和技术基础。1爆破方案确定待拆除桥体位于某城市中心,四周环境复杂,车辆、行人川流不息,周围有大量建筑物,其中北面匝1桥、匝2桥墙体支撑引桥部分起点紧靠川黔铁路、非机动车桥长轴中心线正对贵黄路。桥下地下管网情况为:东、西侧慢车道路面下分布有一条自来水管,自来水管直径0.5m,埋深2m;在贵溪大道的东侧距离桥墩7m的路面下有自来水管,其埋深1.1～2m不等。立交桥平面图见图1。由于本次拆除工程位于市中心区,周围有大量的建筑物、各类管网,并且处于交通要道上,因此在选用爆破方案时必须考虑如下几点:一是尽量缩短工期,为后续工作争取时间以缓解该区域的交通压力;二是要保证爆破不能对各类建(构)筑物和管网造成危害,特别是几条供水管都是从西郊水厂进入城区的主水管,不能有任何损害;三是爆体破碎要充分,以便加快后续清碴工作从而尽快恢复交通;四是要注重环境保护,有效控制爆破粉尘危害。依据工程特点和爆体结构,决定对爆体的实心部分采用钻孔爆破,对箱形结构采用水压爆破。其中,匝1道～匝4道的六箱七梁式径向支撑弯桥、环道桥上的简支弯箱梁采用水压爆破,匝1道～匝4道及弯道桥上的异形平面板、桥墩采用钻孔爆破。2爆炸设计与数值模拟2.1多层水耦合爆炸2.1.1离底板、锚索、药包、被包药物通过爆破试验确定箱梁装药结构:为了防止导爆索切口渗水,采用双回导爆索,箱梁内不留切口,药包离顶板内壁13cm,离底板内壁17cm(在每箱最低处中部用凿岩机钻一孔,用化纤线与箱内PVC塑料管端头连接以固定塑料管位置从而固定药包与箱梁内顶、底板内壁的相对位置,再用混凝土把孔堵塞以便注水),每个药包50g,药包间距45cm,每箱绑扎药包18个,每跨用药包108个,用药5400g,共有18跨径向支撑弯箱梁桥,装药包1944个,用药97200g。2.1.2隔梁厚20cm,隔梁厚20cm;每一箱底板厚25cm,顶板厚35cm(含10cm混凝土路面),净空高60cm,净空宽350cm,隔梁厚20cm。每跨长16m,通过试验类比,在每箱中放2组药包,单组离边、隔梁100cm,组间距150cm,药包离顶板内壁25cm,离底板内壁35cm(药包的固定方法参见2.1.1),取每个药包100g,间距30cm,每组导爆索绑扎药包40个,共用药包320个,用药量32kg。2.2异形支撑桥墩爆破计算(1)通过试爆,匝1道～匝4道及弯道桥上的异形平面板爆破取a=0.5m,b=0.4m,l=0.42m,w=0.28m,q=950g/m3,Q单=130g。(2)匝道及弯道桥上的异形平面板支撑桥墩(桥墩断面为750mm×750mm)爆破取a=0.5m,l=0.46m,w=0.29m,q=800g/m3,Q单=180g。(3)环道桥上的两箱三梁式简支弯箱梁桥支撑桥墩(桥墩断面为900mm×1400mm)共有4组,每组3根立柱,爆破取a=0.4m,b=0.35m,l中=0.55m,l边=0.65,w=0.25m,q=900g/m3,Q单=150g。边孔分层装药,每层75g。桥墩的炸高见表1。2.3含支撑桥墩环道桥梁起爆顺序为:匝道简支弯箱梁(含支撑桥墩)→匝道异形平面板(含支撑桥墩)→环道桥异形平面板(含支撑桥墩)→环道桥简支弯箱梁(含支撑桥墩)。4个匝道简支弯箱梁首先起爆在整个爆区空中形成具有很大动能的雾化水和水幕帘,对后续起爆的异形平面板产生的粉尘进行降沉,随后环道桥简支弯箱梁起爆再次产生雾化水和水幕帘,进一步对残余粉尘进行吸附、沉淀,以达到最佳的防尘效果。2.4交叉一站式起爆路网所有钻孔装14段,孔外用1段管束连后与主网路连接,箱内多点水耦合爆破用导爆索,箱外用14段与主网路连接,主网络用5段管,采用交叉复式起爆网路。2.5桥体运动轨迹为优化爆破方案,爆破前进行了数值模拟,图2为立交桥由起爆到失稳塌落至地面简支弯箱梁桥底部质点的运动轨迹,由图2可知,桥体从起爆到塌落至地面的时间为2.8s。2.5.1梁混凝土单元受拉图3为匝道2箱梁隔梁压应力云图及应力时程曲线。从图3可知,在t=1.25s时隔梁混凝土单元受拉破坏,混凝土单元被删除;在t=1.45s时,隔梁触地后受到冲击,隔梁底部钢筋单元受挤压,所受压应力达到其失效强度被删除。2.5.2预应力单元受压力图4为匝道4第6排立柱有效应力云图及应力时程曲线。从图4可知,在t=2.05s时立柱混凝土单元受压破坏,混凝土单元被删除,进而,与该单元共节点的钢筋单元所受压力迅速增大;在t=2.15s时,钢筋单元所受应力达到其失效强度,从而因失效被删除。2.6爆破区域无砂格局经过精心设计、组织和施工,爆破取得很大成功。多点水耦合爆破形成高20m,超过爆体边缘15m的巨大水幕帘,使爆破粉尘被吸附、沉降,爆破区域附近没有粉尘污染,周围建筑物、铁路、各种管网安然无恙,爆体破碎彻底。工程实践表明,随着计算机性能的提高和大型计算软件的发展,使得对结构倒塌的数值模拟成为可能,如能采用合理的模型与材料参数,并对单元细化,必将可以指导此类工程实践。3水压爆破技术(1)水压爆破减少了钻孔工作量,相应地减少了人工和爆炸器材的费用12.6万