一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法.pdf

本发明公开了一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，包括对待拆的梁桥进行结构初始状态识别；对梁桥进行局部预处理并对预处理后的结构状态进行预测，爆破拆除施工全过程实施梁桥结构监控；确定梁桥阶梯式塌落(W形折线)的顺序、塌落高度和塌落单元质量；在桥墩和桥台和局部主、次梁的设计部位钻孔、装药、防护，采用非电双向加强延期起爆网路起爆。本发明对梁桥爆破塌落顺序、塌落高度和塌落单元质量三重控制，实现梁桥W形折线悬挂塌落，改善梁桥上部结构解体程度，控制梁桥爆破拆除塌落触地冲击振动保护路面，适用于周边环境复杂、爆破振动效应控制等级高的城区大梁桥和特大梁桥爆破拆除作业。

1.  一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对待拆的梁桥进行结构初始状态识别；
步骤二、对待拆的梁桥进行局部预处理并对预处理后的桥梁结构状态进行预测，在爆破 拆除施工全过程中实施梁桥结构状态监控；
步骤三、确定梁桥阶梯式塌落的顺序、塌落高度和塌落单元质量；
步骤四、在待拆的梁桥桥墩和桥台以及局部主、次梁的设计部位钻孔、装药、防护，采 用非电双向加强延期起爆网路起爆。

2.  如权利要求1所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于：步骤 一中，所述桥梁结构初始状态识别通过梁桥静载和动载试验结果进行状态评价，其中，
静载试验包括对主梁挠度主梁应力进行测量，挠度测量点纵向布置在跨中和四分点，采 用光学或电子精密水准仪观测，应力测量在主梁跨中梁底外表面粘贴混凝土应变片测试应力；
动载试验采用脉动试验法，测点布置于梁桥中心线跨中和四分点位置，通过测量桥梁结 构各部件在环境随机振动激励的振动响应信号，进行信号频率、振型、动力特性和冲击系数 分析。

3.  如权利要求1所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于：步骤 二中，所述预处理包括主梁和次梁部分纵向钢筋的切割处理、桥台处梁和路面的切割处理、 梁桥上部结构根据理论计算确定的塌落单元两端或各跨连接件的切割处理和梁桥上部附属结 构的预处理工作，预处理工作采用弱松动爆破方法和机械法进行；
所述桥梁结构状态预测方法包括卡尔曼滤波法、灰色系统理论法或最小二乘法。

4.  如权利要求1或3所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于： 步骤二中，所述预处理还包括增设平衡体系。

5.  如权利要求1所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于：爆破 拆除的梁桥中任何两个相邻桥墩或者是桥墩与桥台的爆破高度均不相同，爆破高度呈W形阶 梯设置。

6.  如权利要求1所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于：所述 步骤三中具体包括，
301、根据梁桥结构特征和周边环境条件依据逐渐远离重点保护对象的原则确定梁桥阶梯 式塌落顺序；
302、周边重点保护对象的允许振动速度作为控制标准，确定梁桥塌落高度和塌落单元质 量，计算公式为：
V＝0.248(I^1/3/R)^1.67；
式中，I为冲量，I＝mv；
v为建筑物、构筑物触地时速度：
其中，H₁、H₂为待爆梁桥原重心高度与触地时的重心高度，m为梁桥爆破拆除塌落单 元的质量；
R为爆破体重心距保护对象的距离。

7.  如权利要求1所述的一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，其特征在于：所述 步骤三中，梁桥爆破拆除塌落顺序包括对称塌落和不对称塌落，
所述对称塌落为从梁桥的中间向两端依次起爆；
所述不对称塌落为从梁桥的一端顺序起爆到另一端。

一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法
技术领域
本发明公开了一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，涉及城区梁桥爆破拆除 技术领域。
背景技术
上世纪末，中国桥梁事业迅速发展，基于特殊的国情及社会背景，同时受理论缺陷、施 工工艺、施工水平、建筑材料本身限制、施工控制不严等多重因素的影响，建成后的大量梁 桥普遍出现了顶板、底板和腹板开裂、预应力度下降及跨中下挠的现象，轻者影响结构耐久 性和美观，严重者已限制了桥梁的正常使用甚或导致结构丧失承载力，部分桥梁不得不进行 拆除；另因桥梁使用功能的改变或线路升级改造，也有一些桥梁需要进行全部或部分拆除。 这类待拆桥梁数量多，结构受力复杂，边界条件多样，拆除难度大，技术风险高，安全问题 突出且这类桥梁拆除已呈增长趋势，任务非常艰巨。因此，如何对这些桥梁安全可靠地拆除 显得越来越重要，具有重大的现实意义。
目前国内外桥梁拆除的主要有爆破法和非爆破法两种，但无论是爆破法还是非爆破法拆 除，国内外都尚无相关指南可供参考，这也在一定程度上制约着桥梁的安全快速拆除。且所 有的梁桥拆除方案(尤其是爆破拆除方案)中几乎不进行梁桥初始状态识别、预处理后结构 状态的预测和拆除施工过程中的监控工作，致使梁桥拆除存在一定的安全隐患。
梁桥爆破拆除目前主要有整体定向倒塌和分段原地坍塌两种方案。整体定向倒塌往往是 梁桥整体沿纵向向一端倒塌触地，这种方案在中小梁桥爆破拆除时比较适用，在大梁桥和特 大梁桥爆破拆除时由于高长比较小而很难实现。原地坍塌爆破通过在桥墩和桥台上设置全高 或等高的爆破切口，实现梁桥上部结构在自身重力的作用下原地坍塌。
在这两种梁桥爆破拆除方案上部结构几乎是以整体的形式冲击地面，引起的地面冲击振 动较大，冲击振动危害效应增大，周围环境的振动防护难得增大；且在后期梁桥上部结构二 次破碎(尤其是采用机械法进行二次破碎)时难度大，容易破损路面，使路面的修复工作量 和成本增大。
对于城区大梁桥和特大梁桥的爆破拆除两个方案均存在炮孔数量多，钻孔工作量大，炸 药用量大，爆破飞石、噪音、有害气体和粉尘的防护难度大的问题，无疑增大了城区梁桥安 全快速爆破拆除的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种城区梁桥阶梯式顺序塌 落控制爆破拆除方法，对梁桥塌落顺序、塌落高度和塌落质量进行三重控制，大幅度减少炮 孔数量和炸药量，精确控制梁桥上部结构的塌落高度、塌落质量和解体程度，进而有效控制 梁桥上部结构爆破塌落触地冲击振动效应。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法，包括以下步骤：
步骤一、对待拆的梁桥进行结构初始状态识别；
步骤二、对待拆的梁桥进行局部预处理并对预处理后的桥梁结构状态进行预测，在爆破 拆除施工全过程中实施梁桥结构状态监控；
步骤三、确定梁桥阶梯式塌落的顺序、塌落高度和塌落单元质量；
步骤四、在待拆的梁桥桥墩和桥台以及局部主、次梁的设计部位钻孔、装药、防护，采 用非电双向加强延期起爆网路起爆。
作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，所述桥梁结构初始状态识别通过梁桥静载和 动载试验结果进行状态评价，其中，
静载试验包括对主梁挠度主梁应力进行测量，挠度测量点纵向布置在跨中和四分点，采 用光学或电子精密水准仪观测，应力测量在主梁跨中梁底外表面粘贴混凝土应变片测试应力；
动载试验采用脉动试验法，测点布置于梁桥中心线跨中和四分点位置，通过测量桥梁结 构各部件在环境随机振动激励的振动响应信号，进行信号频率、振型、动力特性和冲击系数 分析。
作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，所述预处理包括主梁和次梁部分纵向钢筋的 切割处理、桥台处梁和路面的切割处理、梁桥上部结构根据理论计算确定的塌落单元两端或 各跨连接件的切割处理和梁桥上部附属结构的预处理工作，预处理工作采用弱松动爆破方法 和机械法进行；
所述桥梁结构状态预测方法包括卡尔曼滤波法、灰色系统理论法或最小二乘法。
作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，所述预处理还包括增设平衡体系。
作为本发明的进一步优选方案，爆破拆除的梁桥中任何两个相邻桥墩或者是桥墩与桥台 的爆破高度均不相同，爆破高度呈W形阶梯设置。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤三中具体包括，
301、根据梁桥结构特征和周边环境条件依据逐渐远离重点保护对象的原则确定梁桥阶梯 式塌落顺序；
302、周边重点保护对象的允许振动速度作为控制标准，确定梁桥塌落高度和塌落单元质 量，计算公式为：
V＝0.248(I^1/3/R)^1.67；
式中，I为冲量，I＝mv；
v为建筑物、构筑物触地时速度：
其中，H₁、H₂为待爆梁桥原重心高度与触地时的重心高度，m为梁桥爆破拆除塌落单 元的质量；
R为爆破体重心距保护对象的距离。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤三中，梁桥爆破拆除塌落顺序包括对称塌落和 不对称塌落，
所述对称塌落为从梁桥的中间向两端依次起爆；
所述不对称塌落为从梁桥的一端顺序起爆到另一端。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法实现梁桥爆破拆除塌落顺序、塌落高度 和塌落质量三重控制，可有效控制梁桥爆破拆除塌落触地冲击振动。
(2)城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法实现梁桥W形折线塌落可改善梁桥上 部结构解体程度，桥墩和桥台处均处于悬挂状态，可以有效保护路面，并为后期二次破碎创 造良好条件，可实现混凝土和钢筋网的快速分离与清理。
(3)采用非电双向多点激发起爆网路，网路准爆性高。
(4)可适用于各种作业环境，特别适用于周边环境复杂、爆破振动效应控制等级高的城 区大梁桥和特大梁桥爆破拆除作业。
(5)工程造价适中。
附图说明
图1是城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除示意图
图2工程实例中城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除示意图
图3是城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除技术的非电双向加强起爆网路
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至 终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
(1)城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除方法首先要对梁桥进行结构初始状态进行识 别，为梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破具体方案制定提供依据，并确保后期梁桥预处理和后续 钻孔、装药、防护、连线起爆等工序的安全进行。
桥梁结构状态识别是一个对已有结构的真实状态的逼近过程，初始状态识别可以通过梁 桥静载和动载试验结果进行状态评价，在静载试验中主梁挠度主梁应力进行测量，挠度测量 点纵向布置在跨中和四分点，采用光学或电子精密水准仪观测；应力测量在主梁跨中梁底外 表面粘贴混凝土应变片测试应力。动载试验采用脉动试验法，测量分析系统由电压加速度传 感器、DHDM模态分析软件组成。测点布置于梁桥中心线跨中和四分点位置，试验时桥面无 移动荷载，在克服周期性振动干挠的情况下，通过测量桥梁结构各部件在环境随机振动激励 的振动响应信号，进行信号频率、振型、动力特性和冲击系数分析。
(2)根据桥梁实际结构条件、爆破拆除方案和周边环境条件需要对梁桥进行预处理，预 处理工作包括主梁和次梁部分纵向钢筋的切割处理、桥台处梁和路面的局部切割处理、梁桥 上部结构根据理论计算确定的塌落单元两端或各跨连接件的切割处理和梁桥上部附属结构的 预处理工作；桥台处局部纵向钢筋处理，应使梁桥在自纵作用下塌落后不完全着地，在桥台 和桥墩处均为悬挂状态，如图1和图2所示，以利于后期机械破碎处理和钢筋回收与垃圾清 运。预处理工作可采用弱松动爆破方法和机械法进行。
(3)城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除过程中需要对梁桥结构状态尤其是预处理后 的结构状态进行预测。结构状态预测是对结构与理论模型的行为偏差趋势的一种预测过程， 在桥梁拆除过程中，对结构进行状态预测是保证施工正常、安全进行的必要手段。可采用卡 尔曼(Kalman)滤波法、灰色系统理论法、最小二乘法等对梁桥拆除过程中的状态进行预测。
(4)塌落顺序根据梁桥结构特征和周边环境条件依据逐渐远离重点保护对象的原则确定。 梁桥爆破拆除塌落顺序可以设置为对称塌落和不对称塌落，常用的塌落顺序可设计为从梁桥 的一端顺序起爆到另一端，或者从梁桥的中间向两端依次起爆，或者根据工程实际条件设定 均可。
(5)根据爆破拆除梁桥周边环境条件，利用塌落触地冲击振动速度计算公式确定单次塌落 桥梁的质量和高度，利用中国科学院力学研究所提出的计算建(构)筑物塌落触地振动速度 计算公式：
V＝0.248(I^1/3/R)^1.67；
式中，I为冲量：
I＝mv；
v为建筑物、构筑物触地时速度；
由能量守恒定律可求出v值：
1 2 mv 2 = mg ( H 1 - H 2 ) ; ]]>
其中，H₁、H₂为待爆梁桥原重心高度与触地时的重心高度，m为梁桥爆破拆除塌落单 元的质量；
R为爆破体重心距保护对象的距离。
(6)以爆破拆除梁桥周边保护对象允许振动速度作为标准计算确定梁桥爆破拆除单元质 量和高度后，同时，也可进行建(构)筑物爆破拆除塌落触地碰撞的波动能量计算，进一步确 保城区梁桥爆破拆除塌落振动安全。将建(构)筑物假定为集中质量体m，则其爆破拆除塌 落过程释放的总能量，即建(构)筑物具有的初始位能：
E₀＝mgh
如果建(构)筑物塌落触地动能E₁的能量系数η，则E₁＝ηE₀；
即： 1 2 mv 2 = ηmgh , v = 2 ηgh ; ]]>
式中，E₁为塌落触地的动能，E₀为建构筑物失稳前的总势能，m为建构筑物的质量，v为 触地的接触速度，g为重力加速度系数，h为失稳前建构筑物质心高度。η为转化为后两部分 的能量系数。建(构)筑物塌落触地碰撞过程时，塌落触地的动能E₁不能完全转化为波动能 量，该能量将分为地面变形的能量E_1-1、土体对建构筑物产生反作用促使结构进一步解体的能 量E_1-2和用来产生触地地震波的能量E_1-3三部分。触地碰撞过程中能量和动量守恒，设塔体触 地碰撞土体能量转换为土体对建筑物产生反作用促使结构进一步解体能量和产生触地地震波 能量的系数为β，则：
1 2 β mv 2 = 1 2 mv 1 2 + 1 2 M d v d 2 ; ]]>
mv＝mv₁+M_dv_d；
M_d＝ρ_dA_dh_d：
可得：v_d＝Kv；
其中，K是与m、M_d和β等因素有关的系数，K＝f(m，M_d，β)，且K是一无量纲数， 根据量纲分析相似率并假定K为指数据变量关系，由量纲和谐条件得K＝β(m/M_d)^λ，可得：
v_d＝β(m/M_d)^λv；
E_1-3＝0.5M_d[β(m/M_d)^λv]²；
式中，v₁为地面土体对建(构)筑物产生反作用产生的速度；v_d为地面土体获得的速度； M_d为被撞击地面土体的质量；ρ_d为土体的密度；A_d为碰撞面积，为与地面接触到塔壁弧形 面积；h_d为土体的厚度，通常取第一层土的深度；λ为待定系数，通过实验或现场测试数据 回归得到。
(7)城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除在桥墩和桥台和局部主、次梁的设计部位钻孔、 装药、防护、非电双向加强延期起爆网路起爆，如图3所示。
(8)桥墩和桥台可采用浅孔和深孔两种方案，浅孔沿桥墩和桥台横向打孔，深孔沿桥墩和 桥台竖向打孔；炮孔间距a＝(450～550)mm；炮孔排距：b＝500mm；炸药单耗： q＝(800g～1100g)/m³。
(9)结合梁桥结构特征、周边环境条件和理论计算结果课在梁桥的主梁和次梁局部钻孔装 药起爆，以削弱上部结构的整体强度和刚度，增加其塌落过程和与塌落单元两端桥墩或桥台 接触时的解体程度，降低引起地面的振动。
(10)为确保城区梁桥阶梯式顺序塌落控制爆破拆除过程中梁桥结构受力处于可控状态， 需要对梁桥结构进行施工监控，监控主要项目为变形监测、应力监测和支承反力监测，变形 监测采用精密水准仪，并用全站仪复核，测点布置在边跨行车道边缘和各跨连接点；应力监 测布置在边跨关键断面梁底，采用表面粘贴应变片的方法进行；支承反力监测在桥墩顶部支 座两侧设置长效荷载传感器，或者在支座表面粘贴应变计(测量应变换算支承反力)，实时监 测梁桥拆除预处理、钻孔、装药和连线过程中测点的支承反力。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种 变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然 本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同 变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明 的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本 发明技术方案的保护范围之内。