混凝土連續梁橋拆除施工中頂推法的應用

劉迪清

摘要：本文主要針對拆除跨越正在運營的高速公路鋼筋混凝土連續梁橋工程，采用頂推法進行分析。

關鍵詞：混凝土連續梁；頂推法；拆橋

1 概述

拆除跨越正在運營的高速公路天橋，考慮到高速公路交通流量大的實際特點，并且根據橋梁的受力特點、現有技術狀況、交通組織等綜合考慮，對各種可能的拆除方案分析判斷、綜合比較，合理權衡安全效益、技術效益和經濟效益的關系，該橋梁拆除施工方案應遵循“不中斷交通、不破壞原有路面、不影響行車安全、拆除周期短”的原則制定，并且選擇“安全、高效、實用、環保”的拆除方案。在拆除工藝的選擇上，頂推法施工具有不中斷交通的特點，而本橋是等截面單箱雙室的鋼筋混凝土箱梁橋，箱梁較長，總體重量大，也比較適合頂推法施工。頂推法施工在國內外等截面箱梁橋的施工中運用較多，主要是在等截面的混凝土箱梁橋、鋼箱梁等架設中應用較多，比如鄭越、田中亞[1]在濟青高速上拆除了一座立交橋，在文獻中敘述了拆橋施工工藝的關鍵部位，王同[2]在佛開高速上拆除了一座 9 跨連續箱梁橋，對拆除過程中的導梁進行了受力分析。劉建龍[3]在黑龍江尚志大橋上對鋼箱梁頂推施工技術進行了設計和分析。本次拆除的橋梁跨越高速公路，為 4 跨單箱雙室鋼筋混凝土連續箱梁橋，跨徑組合為 13 +20+ 20 + 13 = 66 m，主梁寬度為 1 550 cm，高度為155.5 cm，橋臺為三柱式輕型橋臺，中間橋墩為獨柱式橋墩，橋梁立面圖如圖 1 所示。該橋設計荷載為：汽-20； 掛-100。地基容許承載力為 280kPa。

平面圖

圖1 全橋立面圖（ 單位： cm）

2 拆除總體方案

本拆除橋梁工程的處在交通流量特別大的高速路上，不允許封閉交通，同時混凝土橋梁自重大，混凝土方量多，而且必須保證在拆除過程中確保交通行車安全，不允許有飛石等出現，因此在保證高速公路正常運營狀態下，結合較為先進、高效的吊裝方式、運輸方式和破碎技術，對主梁的拆除提出頂推拆除方案。在橋臺后在基礎上澆筑頂推滑道及臨時墩，在 13 m 跨、20 m 跨中間均設置臨時墩，先將主梁頂起將原支座更換成頂推滑動支座，同時在臨時墩上布設頂推滑動支座，在橋臺布設連續液壓千斤頂。通過鋼絞線或精軋螺紋鋼牽引主梁到臺后頂推滑道，采用液壓破碎機（ 啄木鳥） 破碎工具進行破碎拆除，從而實現在不需要封閉交通的情況下，完成整座橋梁的拆除工作。

橋梁在頂推拆除過程中，與頂推法安裝橋梁的工藝區別并不大，只是將頂推施工的順序逆轉過來，在保證受力結構安全的前提下，取消了導梁、預制臺座等臨時設施，但是對于拆橋方案，對主梁的受力要求降低，只要求橋梁在施工過程中滿足承載能力極限狀態，不出現橋梁垮塌，能將主梁順利頂出橋跨范圍即可。其他工藝如滑道、糾偏裝置、臨時墩設施仍然是拆除方案中必須的結構，按照普通頂推橋梁頂推工藝配置。在方案中，重點需要研究考慮臨時墩的配置、主梁在各施工階段的受力分析及承載能力計算、橋臺在千斤頂水平力作用下的穩定分析等幾個方面。

3 臨時墩合理配置方案

根據橋梁橋跨分布，以及主梁在頂推過程中的承載能力、行車需要的空間，在 4 跨中間增設臨時墩，變成 6 +7 +10 +10 +10 +10 +10 +7 +6 =66 m的跨徑組合，將中間獨柱式橋墩通過增設臨時墩改成三柱式橋墩，這樣配置增加了臨時工程的費用，但有效的減小了各個橋墩的支座反力，從而減小了在頂推工程中的水平力，有效的提高了橋墩的受力安全。臨時墩設置見圖 2。

圖2 臨時墩設置示意圖

4 主梁頂推施工受力分析研究

頂推拆除連續梁橋，關鍵需要計算截面在頂推過程中的彎矩、剪力包絡圖，并計算各截面的彎矩剪力的承載能力。采用 MIDAS 對結構進行結構頂推建模計算，混凝土采用 C40 模擬，頂推步長為 1 m，不設置導梁，橫隔板采用集中荷載模擬，橋面鋪裝采用均布荷載模擬，結構計算模型如圖 3 所示。通過計算得到主梁在頂推施工過程中的彎矩和剪力包絡圖，如圖 4，圖 5 所示。

圖3 計算結構模型圖

圖4 頂推過程主梁彎矩包絡圖（ 單位： kN.m）

圖5 頂推過程主梁剪力包絡圖

通過對主梁最薄弱斷面 -13 m 跨跨中斷面的負彎矩抗彎能力計算，抗剪承載能力計算，得到主梁負彎矩彎矩抗力最小為13741.7 kN.m，剪力抗力最小為 18 077.9kN。通過分析研究可以得知，主梁在頂推施工過程中，結構滿足極限承載能力要求。

5 橋墩受力分析研究

頂推施工過程中，橋墩要承受主梁滑動產生的摩擦力，在水平摩擦力作用下，橋墩要求結構安全、穩定，因此需要對橋墩、橋臺及臨時墩的穩定性進行驗算[2]。在頂推施工過程中 4#橋臺、臨 7#橋墩，臨6#橋墩、3#橋墩的穩定性最為重要。在起步頂推作業時各墩反力及承受的水平力如表 1 所示。

對橋臺建立有限元模型進行結構分析，在千斤頂位置設置水平力 160 t，建立結構模型見圖 6。

圖6 橋臺結構模型圖

施加 160 t水平力作用下，橋臺最大位移為5.504mm，最大拉應力為 3.046MPa，出現在橋臺頂部，臺后滑道與橋臺橫梁交接點，應力水平較低，滑道與橋臺連接部位配加強鋼筋即可滿足要求。

6更換支座主梁受力分析研究

結構在頂推前需要更換支座，更換支座可以視做頂推安裝橋梁工程中落梁[1]的逆過程，本方案中采用單點頂起更換主梁方法，因此需要驗算頂起主梁 1 cm 時主梁的內力。表 2 為主梁頂梁時最大彎矩、剪力及抗力對比表。計算結果表明，主梁受力在頂升主梁更換支座過程中滿足受力的要求。

7 總結

跨高速公路等截面鋼筋混凝土連續箱梁橋的拆除，在不間斷交通的條件下，頂推法是較好的選擇工藝，在頂推拆除施工中，臨時墩的設置要滿足受力要求和交通要求，并對臨時墩的設置進行驗算，使主梁在施工過程中保持受力安全。需要對主要承受水平力的橋墩進行驗算，確保橋墩的受力及施工安全。通過對主梁、橋墩的驗算，本橋的頂推施工拆除方案可行，為國內同行進行類似項目提供參考。

參考文獻：

[1]鄭越，田中亞. 頂推法在拆橋中的應用[J]. 公路，2000（ 02） ：59 - 60.

[2]王同. 北江大橋頂推法拆橋用鋼導梁施工過程有限元分析[J]. 黑龍江科技信息，2013（ 13） ： 183 -184.

[3]劉建龍. 哈爾濱尚志大橋連續鋼箱梁頂推設計與施工技術[J]. 中南公路工程，2005（ 01） ：110一112+129