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​武汉1.5km汪家嘴立交桥爆破拆除设计与施工

futao 拆除案例 2019-05-27 598 0
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武汉1.5km汪家嘴立交桥爆破拆除设计与施工

2.1工程概况

汪家嘴立交桥位于武汉三环线和318国道交汇处,是一座全互通首精叶形立交桥(图8-28)。随着武汉市城市化进程的日益加快和四环线的建设,现有三环线功能需重新定位。为迎接即将到来的2015年世界园艺博览会,武汉市启动了三环线西段综合改造工程,汪家嘴立交桥拆除改建是整个项目的控制性节点工程。


图8-28汪家嘴立交桥实景照片

图8-28汪家嘴立交桥实景照片

2.1.1桥梁结构

汪家嘴立交桥拆除改建工程包括497m三环线主线桥(24跨、2个桥台、92个墩柱),950m匝道桥(6条、39跨、6个桥台、49个墩柱),如图8-29所示。

图8-29汪家嘴立交桥拆除范围

图8-29汪家嘴立交桥拆除范围

主线桥结构参数如表8-5所示。

表8-5汪家嘴立交桥主线桥结构参数表

表8-5汪家嘴立交桥主线桥结构参数表

匝道桥结构形式均为钢筋混凝土连续箱梁。其中,WC匝道共两联,桥跨组成为2×20m、17m+3×20m;WD匝道共两联,桥跨组成为3×20m+17m、2×20m;WG匝道共两联,桥跨组成为5×20m、5×20m;WH匝道共两联,依次为20m+2×22m+20m、5×20m。

主桥墩柱截面尺寸为1000mm×1000mm(现浇箱梁段和联结墩)、1000mm×

800mm(T梁段)方形立柱两种;匝道桥墩柱为圆形1000mm双排柱、

$1200mm独立柱。

1)空心板结构

主梁由预制预应力混凝土空心板和现浇混凝土桥面板组合而成,采用简支梁、桥面板连续的结构。预制板厚1.25m,板顶现浇混凝土层厚10cm。板间铰缝底宽1cm、顶宽9cm。空心板两端均设上牛腿,牛腿厚0.65m。空心板段,桥墩采用大悬臂预应力混凝土盖梁、双柱拱形门洞墩身。盖梁采用预应力混凝土结构,十字形截面。盖梁悬臂长9.13m,根部梁高3.1m,端部梁高1.25m,顶宽1.0m,牛腿高0.524m、宽0.6m。空心板结构如图8-30所示。

图8-30空心板结构(单位:m)

图8-30空心板结构(单位:m)

2)T梁结构

主梁为钢筋混凝土结构,采用简支梁、桥面板连续的结构。每幅桥横向布置7片T梁,分别由外边梁、中梁、内边梁组成。梁中间距为1.75m,梁高为

1.5m。梁间接头采用钢板焊接。为了满足桥面横坡需要,T梁翼缘板倾斜布置。

桥墩为双柱式框架墩。T梁结构如图8-31所示。

3)主线箱梁结构

箱梁按双幅布置,每幅采用单箱多室断面,箱梁梁高为1.5m,顶板厚0.2m,底板厚0.2m,腹板厚0.5m。桥墩采用多柱式。箱梁结构如图8-32所示。

4)匝道箱梁结构

而道结构为单箱单室钢筋混凝土连续箱梁,梁高为1.5m,顶板宽10m,顶板厚0.22m,底板宽5.0m,底板厚0.2m,挑臂均为2.5m,厚0.15~0.45m,腹板厚0.45~0.7m。普通墩为1.2m独柱墩,连接墩为2×1。0m双柱墩(图8-33)。

图8-31T梁结构(单位:mm)

图8-31T梁结构(单位:mm)

图8-32主线箱梁结构

图8-32主线箱梁结构

图8-33匝道箱梁结构

图8-33匝道箱梁结构

8.2.1.2爆破环境

汪家嘴立交桥三环线主线桥横跨318国道,WA匝道西侧50m处是金色港湾小区,WB匝道北侧150m处是中环湖畔小区,WH匝道北侧50m处是云贵川物流公司楼房,WG匝道南侧150m处是在建楼房。主桥东北侧42m和西北侧45m各有一高压线塔。立交桥下有自来水、中压天然气、电力、电信和给排水等管道横穿而过,纵向沿线有380V供电线路、2台路变箱以及通信有线电缆等,318国道以东主线立交桥下分布军用光缆,沿立交桥北侧15m处有一条地下220kV高压电线横穿北侧WB、WC和WG等3条匝道。周边环境极其复杂,如图8-34所示。

图8-34汪家嘴立交桥周边环境

图8-34汪家嘴立交桥周边环境

8.2.2爆破方案

8.2.2.1工程特点

汪家嘴立交桥拆除改造工程是三环线西段综合改造工程的控制性节点工程,具有以下主要特点:

(1)该立交桥包括主线桥和匝道桥,上部结构有T梁、空心板、箱梁等,结构形式多样,下部墩柱尺寸各异,桥梁结构刚度和稳定性差异较大。

(2)立交桥下分布多条横向和纵向自来水、中压天然气、电力、通信和军用光缆,且埋深较浅,防护较弱,管网保护难度大。

(3)该立交桥位于三环线和318国道交汇处,交通流量大,拆除期间须确保国道畅通,施工管理与交通组织难度大。

此外,汪家嘴立交桥改造工程必须于2014年12月31日完工通车,建设工期紧张,拆除作业时间紧迫且不容滞延,组织协调难度大。

8.2.2.2总体方案

针对汪家嘴立交桥的结构及环境特点,综合考虑机械拆除、切割吊装、爆破与切割吊装结合等方案,通过对比不同方案的工期、安全、造价和交通影响等因素(表8-6),确定了“爆破拆除为主、机械切割吊装为辅”的总体拆除方案。

表8-6不同拆除方案对比分析

表8-6不同拆除方案对比分析

总体拆除方案包括以下主要内容:①主桥第5~10跨、第24跨等7跨采用机械切割吊装方式拆除,其余主桥及匝道采用爆破方式拆除(图8-35);②在机

图8-35汪家嘴立交桥总体拆除方案

图8-35汪家嘴立交桥总体拆除方案

械切割吊装的同时,对爆破拆除段进行预拆除、钻孔和有害效应防护等爆破拆除准备工作;③爆破拆除采用一次点火、非电接力式起爆网路,即自318国道向东西两侧逐跨起爆呈多米诺骨牌式原地塌落拆除方案。

8.2.3爆破参数设计

8.2.3.1墩柱破坏高度

墩柱的破坏高度根据初弯曲压杆失稳原理进行计算,汪家嘴立交桥单个墩柱最大承重为143t,按竖向配筋最多36根25钢筋校核,即每根钢筋承受5.7t静荷载。已知钢筋直径d=25mm,钢筋弹性模量E=200GPa,屈服强度取。=200MPa,经验爆破高度2~4m。爆破后钢筋受到弯曲,跨中挠度分别取1cm、

5cm、10cm、20cm、30cm,设钢筋上下两端均为固接,u=0.5。根据本书第2章式(2-17),计算L=2m时的初弯曲模型临界荷载如表8-7所示,L=4m时的初弯曲模型临界荷载如表8-8所示。

表8-7初弯曲模型临界荷载计算值(L=2m)(单位:kN)

表8-7初弯曲模型临界荷载计算值(L=2m)(单位:kN)

表8-8初弯曲模型临界荷载计算值(L=4m)(单位:kN)

表8-8初弯曲模型临界荷载计算值(L=4m)(单位:kN)

经计算,实际荷载为56kN,墩柱爆破高度L=1.7m就可确保钢筋失稳。因此,根据桥下不同净高及管线分布情况,单个墩柱的破坏高度取1.7~4m。临近引道和管线处取小值,一般1.7~3m,其余墩柱爆破高度在3~4m之间。

8.2.3.2炮孔布置

矩形和圆形墩柱的炮孔布置方式如图8-36所示。

现场布孔验孔如图8-37所示。

图8-36汪家嘴立交桥不同墩柱炮孔布置(单位:cm)

图8-36汪家嘴立交桥不同墩柱炮孔布置(单位:cm)

图8-37汪家嘴立交桥墩柱布孔与验孔

图8-37汪家嘴立交桥墩柱布孔与验孔

8.2.3.3孔网参数

不同墩柱的孔网参数如表8-9所示。不同墩柱、不同炮孔的装药结构如图8-38所示,箱梁装药结构如图8-39所示。

表8-9孔网参数及爆破药量设计

表8-9孔网参数及爆破药量设计

图8-38不同墩柱装药结构(单位:cm)

图8-38不同墩柱装药结构(单位:cm)

图8-39箱梁水压爆破装药结构(单位:mm)

图8-39箱梁水压爆破装药结构(单位:mm)

8.2.3.4起爆网路

汪家嘴立交桥爆破拆除采用非电导爆管“复式交叉2+1搭接”接力式起爆网路(参见第5章图5-5)。根据本工程桥跨结构,综合第5章起爆时差研究成果,确定汪家嘴立交桥前后排墩柱起爆时差为310ms,网路最长总延期时间为4030ms。根据第5章可靠度计算公式,求得本工程起爆网路可靠度计算结果如表8-10所示。

表8-10起爆概率计算

表8-10起爆概率计算

由计算结果可知,非电导爆管“复式交叉2+1搭接”接力式起爆网路满足起爆可靠度要求。

汪家嘴立交桥爆破拆除工程起爆网路全部墩柱炮孔内装MS16(1020ms)导爆管雷管,孔外采用MS9(310ms)导爆管雷管逐跨接力延时,如图8-40所示。

8.2.4爆破有害效应防控

汪家嘴立交桥地处交通要道,交通流量大、人员密集,周边地下管网错综复杂,安全问题尤为突出。因此,必须充分考虑各种爆破有害效应,事先做好防控措施,最大限度降低或消除爆破对周边环境的影响。

8.2.4.1塌落冲击对地下管线的影响

根据高架桥触地冲击荷载理论计算模型[式(6-16)],考虑汪家嘴立交桥各

图8-40汪家嘴立交桥起爆网路示意

图8-40汪家嘴立交桥起爆网路示意

种不利因素影响,高架桥单孔单幅整体触地,其单跨长20m,宽16.5m,重875t。经计算在地表产生的最大作用力为4.95×10N,冲击应力为1.5MPa。

其产生的附加应力在塌落瞬间,埋深1m时,管顶部承受的总压力为3.34~

5.01MPa,埋深4m时,管顶部承受的总应力为4.26~6.39MPa。对铸铁、钢、混凝土等各类管材而言,其一般屈服强度高达20MPa,因此立交桥爆破拆除时,管线处于安全状态。

4.2塌落振动对保留桥墩和地下管线的影响塌落振动由基于动量守恒的触地振动模型计算[式(6-31)],其中K1、B为衰减参数,分别取K,=1.66,β=1.027(根据沌阳高架桥数据回归分析所得),立交桥下落构件单孔单幅质量约为875t,重心塌落高度H=6m,距保留桥梁桥墩最近距离R=22m,由计算得出塌落振动为1.29cm/s;距地下管线最近处R=8m,由计算得出塌落振动为7.67cm/s。根据沌阳高架桥实测数据对比分析,汪家嘴立交桥爆破拆除塌落振动对周边建(构)筑物及地下管线不会造成危害。

4.3土体沉降变形效应

《输油管道工程设计规范》(GB50253-2003)中规定埋地管道最大的变形量不得超过其外径的3%。本工程中压天然气管道外径为*325mm,故最大变形允许值为9.75mm。

在沌阳高架桥爆破拆除工程中,桥体坍塌对路面和路基以下土体所造成的沉降变形量值不大,高压天然气管道700mm埋深3m点的沉降变形仅为

1.0mm,较管道最大变形允许值小了两个数量级,表明沉降效应对高压天然气管道和地下管线的变形影响极小。根据沌阳高架桥监测数据估算,汪家嘴立交桥拆除工程中,地下管道埋深2m处的土体沉降变形约为1.6mm,各种管线均在安全范围内。

8.2.4.4地下管线安全防护措施

根据管道重要性和埋深,针对不同管线采取不同的缓冲降振措施。汪家嘴立交桥爆破拆除工程范围内有军用光缆、25中压天然气管道、220kV供电线路、10kV供电线路和通信光缆等。

军用光缆、220kV供电线路防护措施为:在管道正上方铺设厚30cm、宽2~3m沙垫层,沙垫层上铺设厚2cm、宽2~3m钢板,钢板上铺设4层废旧汽车轮胎,钢板两侧各铺设1条宽2m、高1.5m的沙袋墙(图8-41)。

图8-41军用光缆、220kV供电线路防护措施

图8-41军用光缆、220kV供电线路防护措施

对于排水管线,采取在管道正上方1.5m范围内铺设厚30cm、宽1.5m沙垫层,沙垫层上铺设厚2cm、宽2~3m钢板,在钢板两侧各堆砌1道高1m、宽1m的沙袋墙的保护措施(图8-42)。

图8-43为不同管线现场防护情况。

8.2.4.5飞石防护

爆破飞石防护措施为:由内至外采用3层棉絮、部分墩柱外加1层竹跳板,墩柱底部四周堆砌一圈1m高沙袋,从桥面两侧护栏向下悬挂2层密目网至地面,特殊对象采用保护性防护等综合防护方式(图8-44)。

图8-42排水管线防护措施

图8-42排水管线防护措施

图8-43不同管线现场防护情况

图8-43不同管线现场防护情况

8.2.4.6粉尘防护

根据爆炸水雾降尘试验和数值模拟结果(详见第6章),确定汪家嘴立交桥爆破拆除粉尘综合防护措施为:①爆破装药联网前对桥面进行清扫和洒水冲洗;

②部分墩柱四周悬挂水袋,利用爆破飞散物击破水袋产生水雾和散落水滴吸附灰尘;③在桥面上铺设大型水袋,按100mf范围布置1个长6m、宽0.9m、装水高度约0.15m的水袋,采取4个单重为50g的药包起爆方式进行起爆,水袋起爆时间先于桥面塌落时间250ms(图8-45)。

8.2.5爆破效果

汪家嘴立交桥于2013年12月21日21:00准时起爆,高架桥在7s内成功实现多米诺骨牌式逐排倒塌。爆破后,高架桥桥体塌落充分,塌落姿态平稳,匝道桥未出现侧翻现象,采用水压爆破的箱梁破碎良好,且无飞散现象,说明各项爆破参数选取合理。

图8-44汪家嘴立交桥墩柱飞石综合防护措施

图8-44汪家嘴立交桥墩柱飞石综合防护措施

图8-45汪家嘴立交桥桥面水袋布设

图8-45汪家嘴立交桥桥面水袋布设

爆破振动测试结果表明,距离爆区仅24m的保留高架桥体处地面最大振动速度为2.0788cm/s,振动主频为10.101Hz(图8-46),其振速小于《中国地震烈度表》(GB/T17742-2008)关于武汉地区抗震设防烈度5cm/s的安全值,振动频率大于抗震设计反应谱最短特征周期对应的频率4Hz,爆破拆除不影响保留部分的桥体安全。

图8-46保留桥体处Z方向振动速度波形

图8-46保留桥体处Z方向振动速度波形

爆后30min内,经爆破技术人员认真勘察,周边建(构)筑物安然无恙,无一起民事纠纷发生。经管线权属单位技术人员检查确认,各种管线运营正常。说明各种爆破有害效应防控措施切实可行,爆破取得圆满成功。


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