索须河旧公路桥爆破拆除工程

完成时间：1986年11月

工程地点：河南省郑州市以北2km处

完成单位：河南省交通公路工程处第三工程队

项目主持人及参加人员：杨宏量、黄建国

撰 稿 人：杨宏量

    索须桥南北走向，它位于郑州市以北2km处的索须河上，是107国道的一座重要桥梁。该桥始建于1968年6月，1986年9月在原索须桥的下游又新建成了一座公路桥。为了满足泄洪的要求，对旧桥进行爆破拆除。

    新建索须桥是一座12孔的空心板简支梁桥，长200m，宽22m。在旧桥的南端，新旧两桥相叠160cm；在旧桥的北端，新旧两桥保持着400cm的净距。这两座桥的桥面高度相同，为了给新建桥让出空间，预先将旧桥自南岸起的八个桥孔的边肋与边波拆掉。新桥建成后，旧桥的南岸桥台、南岸起的第l座桥墩和第2座桥墩分别伸人新桥之下160cm、100cm和40cm长。旧桥墩台的顶面低于新桥空心板的底面30cm。

    在旧桥上游12m远，20m高处架设有一条输电线路。在旧桥南北两端的公路两侧，有商店、餐厅、集贸市场及大片的民房，它们距爆破点均在150m以上。

爆破拆除选择在11月中旬，当时河床无水，气候温暖，便于施工。

2桥体结构

2.1上部结构

索须桥是一座10孔的双曲拱连拱桥，全长123.6m，宽7m，桥面高出河床5m。每孔的净跨径为11.4m，矢跨比为1／10。桥孔的主拱圈由6肋5波构成，拱肋和拱波皆为预制构件。拱肋的横截面为20cm×20cm，在其四角处各有一根F12mm纵向钢筋。位于南岸起第二孔主拱圈的6根拱肋，其内部未设任何钢筋。拱板用素混凝土制成，单片拱板厚8cm、宽30cm、净跨径120cm、净矢高40cm。拱板亦为素混凝土结构，其顶面为一个圆弧曲面。在各道拱板的顶端，拱板的厚度是8cm。在主拱圈的上方，左右两边是浆砌片石侧墙，拱腔用砂石料填平。在填料的上方依次为10cm厚的炉渣和5cm厚的沥青路面。

2.2下部结构

    索须桥的桥墩为桩柱式结构，两根墩柱相距4.6m。墩柱的直径为100cm，内设18根F16cm竖向钢筋，箍筋为F8cm钢筋，间距15cm，螺旋缠绕于竖向钢筋的外侧。盖梁为素混凝土结构，高1lOcm，沿横桥向长7.7m。盖梁沿顺桥向的宽度是一个变化数值，在其下部50cm高的范围内，宽llOcm。在其上部60cm高的范围内，宽度逐渐缩小，至顶面仅为50cm。墩柱中的竖向钢筋向上一直伸入盖梁内50cm长。在盖梁与墩柱之间是素混凝土的承托，该承托沿顺桥向厚100cm，沿竖向高120cm。从墩柱的两侧至盖梁的底面，承托的侧面为圆弧曲面。在两根墩柱之间，承托构成了一圆拱门洞。在两根墩柱的外侧，承托顶部的边缘分别与盖梁的左右两端取齐。

南北两岸桥台均为素混凝土结构，其沿横桥向长7.7m，沿顺桥向宽160cm，厚110cm，起拱面向后倾斜26.6°。

3爆破拆除的基本思路

    爆破拆除连拱桥，通常是将缺口设在墩柱上。在缺口部位，先实施预处理，再装药爆破。爆破拆除索须桥不是这样，它是将缺口设在桥墩的盖梁上，其原因是：

    (1)在墩柱的两侧，包裹着素混凝土的承托，无法实施预拆除并切割墩柱内的钢筋笼；

    (2)桥墩盖梁支撑着主拱圈，但它却是由素混凝土构成的。将缺口设在盖梁处，同样可以使桥体的上部结构塌落。这不仅便于施工，装药结构简单，而且无需预处理。

    将桥墩盖梁爆碎并使其抛离原处，桥孔的主拱圈则因丧失水平推力而变成弯梁。主拱圈是承压构件，因无力抵抗上部结构的自重而塌落下来。双曲拱桥的上部结构是由零散构件组装而成的，一旦塌落便能获得良好的破碎效果。墩柱和承托是辅助爆破部位，只需将该部位的混凝土原地破碎即可。

因缺口设在盖梁上，故索须桥的爆破拆除只能采用就地塌落的方式，其每一座桥墩的装药都各自串联成一个引爆网路。如将9座桥墩的引爆网路再串联起来，通过一次起爆，就能使整座桥体塌落。本次爆破拆除采纳了桥梁专家杨炳成教授的建议，将其改为科学试验工程，9座桥墩的装药自北向南逐个引爆，以观察桥体的塌落状态、塌落效果及残桥的稳定情况，为在平原地区爆破拆除地震残桥摸索经验。

4桥体的预拆除

在索须桥的南端，新旧两桥相叠160cm。在建造新桥以前，已将旧桥自南岸起的八个桥孔的边肋与边波拆掉，使这两座桥上部结构的净距至少达到了20cm。本次预拆除，是清除南岸桥台、南岸起第1座桥墩的盖梁和第2座桥墩的盖梁伸人到新桥之下的部分，它们被切割的长度依次为220cm、155cm和100cm。由于桥台和桥墩盖梁内无任何构造钢筋，故切割面内的布药与预裂爆破相似，只是每个药包的药量略有减少。引爆后，伸人到新桥之下的部分翻身落下。

5爆破参数设计

  桥墩上的炮孔全部沿顺桥向水平打入，孔中所装填的是群体的小型集中药包，并采用瞬发电雷管串联引爆。

5.1药量计算公式

Q=bkW³

式中 Q----单个药包的装药量，g；

     W----最小抵抗线，m；

     k----标准抛掷爆破单位用药量系数，素混凝土取1.4kg／m³；

     b----药包松动系数。

5.2盖梁中的药包

    在每一道盖梁上都钻上下两排炮孔，这两排炮孔将盖梁的高度平分成三份。炮孔的横向间距为35cm，并呈梅花形排列。上一排炮孔深48cm，每个孔中装填1个药包；下一排炮孔深78cm，每个孔中以36cm的间距装填2个药包。所有药包的最小抵抗线皆为37cm，考虑到炮孔的横向间距略小于这个数值，故在计算药量时，它们的最小抵抗线一律取36cm。其装药量如下：

    (1)在两根墩柱之间的范围内，药包按弱抛掷爆破设计，其松动系数届取0.75，Q=50g；

    (2)在背离新桥的墩柱的外侧，药包按弱抛掷爆破设计，其松动系数届取0.60，Q=40g；

(3)在靠近新桥的墩柱的外侧，各炮孔要贯通整个盖梁的宽度，且不装药。

5．3承托与墩柱中的药包

    (1)在承托部位，药包最小抵抗线为50cm，其横向间距和竖向间距各为40cm，它们均为最小抵抗线的0.8倍，药包按松动爆破设计，其松动系数b取0.35，Q=40g；

(2)在墩柱上，沿其轴线自下而上以50cm的间距布设3～4个水平孔，孔深为墩柱半径的1.15倍。药包最小抵抗线为50cm，考虑到钢筋笼对混凝土的约束作用，其松动系数b取O.75，Q=130g，底部药包增加10g(图1)。

6引爆过程

    每座桥墩的装药都串联成一个引爆网路，引爆从北向南逐墩分次进行。当桥墩内的装药同时爆炸以后，盖梁的装药部分被爆碎，一部分碎石飞出；其未装药部分在炮孔的引导下，形成了横向和竖向的裂缝。拱肋在拱脚处被炸开，并产生顺桥向移动。该桥墩所支撑的前后两个主拱圈均被振裂，裂缝于各道拱波的顶部沿顺桥向贯通。整个桥体的塌落情况如下：

    (1)1号桥墩爆破后，1～2号桥孔的主拱圈其所承受的水平推力被削减，但这两个桥孔并未塌落。

    (2)2号桥墩爆破后，1～3号桥孔的主拱圈其所承受的水平推力进一步减小，但这三个桥孔仍未塌落。

    (3)3号桥墩爆破后，1～4号桥孔的主拱圈其所承受的水平推力更为减小。在3号桥墩爆破3s后，3号桥孔开始塌落。塌落从背离新桥的一侧开始，逐渐向新桥的一侧推进，整个桥孔的塌落持续5s。3号桥孔塌落后，2号桥孔和4号桥孔几乎同时塌落下来，最后1号桥孔也塌落了。随着这些桥孔的塌落，1～3号桥墩所残存的盖梁及承托亦散落下来。

图1桥墩炮孔布置图

    (4)4号桥墩爆破后，5号桥孔迅速塌落下来。

    (5)5号桥墩的引爆网路被碎石埋没，暂时无法引爆。

    (6)6号桥墩爆破后，6号桥孔和7号桥孔同时塌落下来。10s后，8号桥孔也缓缓塌落。

    (7)9号桥墩爆破后，9号桥孔和10号桥孔同时塌落下来。

  整座大桥的上部结构塌落后、仍有5桥墩、7号桥墩和8号桥墩完好如初，可将它们的引爆网路重新连接好，分别进行引爆。南北两岸桥台都是素混凝土结构，其内部预先留有炮孔，可用切割爆破破碎。

7爆破效果

桥体的上部结构塌落后，拱肋、拱波和拱板相互分离。拱肋被折为数段，拱波被抛散开，拱板被撞碎。主拱圈上方的浆砌片石侧墙沿砌缝开裂。这些被破碎的介质用人工即可清除。各墩柱仍然竖立在那里，开裂的混凝土被钢筋笼包裹着。用氧气切割的方式破开钢筋笼，破碎的混凝土塌落下来。盖梁为素混凝土结构，并按弱抛掷爆破装药，飞石的抛距不超过50m。盖梁是主拱圈的支撑部位，飞石沿顺桥向飞出，全部被主拱圈所阻拦。承托亦为素混凝土结构，并按松动爆破装药，飞石的抛距仅有5m。墩柱的钢筋笼完好且密集，其内部的混凝土被爆裂后仍被钢筋笼所包裹，无飞石产生。在拆除拱桥时，如对拱脚实施爆破，主拱圈沿顺桥向的水平位移必须达到一定的量值，桥体的上部结构才会塌落(图2)。

图2  爆破效果