繩鋸切割技術在構筑物水下拆除施工中的應用

畢朝陽

(中鐵交通投資集團有限公司，廣西南寧 530000)

1 工程概況

柳州維義大橋全長2 090 m，其中主橋全長504 m，采用(108 m+288 m+108 m)中承式三跨連續鋼桁拱結構，橋面總寬度為43.5 m。主橋主桁由兩片鋼桁架組成，主桁中心距37 m，主跨拱圈矢高55 m，主桁采用節間長度12 m的“N”形桁式。維義大橋鋼桁拱梁架設采用膺架法半懸臂架設的方案，全橋共設置膺架臨時墩12個，根據結構受力計算，臨時墩采用鋼筋混凝土鉆孔樁，全橋臨時墩的鉆孔樁共計80根。

柳州維義大橋鋼桁拱梁架設膺架臨時墩布置圖如圖1所示。

圖1 維義大橋鋼桁拱梁架設膺架臨時墩布置圖

根據鋼梁架設工況計算，臨時墩最大反力為2 087.6 t，由于橋位處河床為光板巖，臨時墩采用鉆孔樁+鋼管柱的結構形式，鉆孔樁為 φ1.0 m 和 φ1.5 m。φ1.5 m 鉆孔樁采用 φ1.7 m，δ=10 mm的鋼護筒，φ1.0 m鉆孔樁采用 φ1.2 m，δ=10 mm 的鋼護筒，φ1.5 m，φ1.0 m 鉆孔樁鋼筋籠均為16根 Φ25 mm 鋼筋。臨時墩上部鋼管切割后樁頂標高約為+80.0 m，河床標高約為+66 m～ +70.0 m，切割樁長約10.0 m～14.0 m。臨時墩鉆孔樁整體切割部分結構見圖2。

2 臨時墩鉆孔樁拆除方案

維義大橋膺架臨時墩鉆孔樁拆除采用金剛石繩鋸進行水下整體切割的方案，樁身整體完全切斷后，利用浮吊吊起鉆孔樁，駁船運送至岸邊，鉆孔樁樁身在岸上進行集中破碎處理。臨時墩鉆孔樁切割前，需在樁頂設置好吊點，在切割過程中，為防止樁身傾覆，需利用吊船進行輔助作業。

金剛石繩鋸水下整體切割鋼筋混凝土臨時樁的拆除方法，其機理基于通過液壓馬達高速驅動帶有金剛石串珠的鋼絲繩索(金剛石鋸繩)，通過導輪繞著鋼筋混凝土臨時樁運轉，在一定張拉力的作用下，高速磨削被切割物體，產生的磨屑和熱量隨循環冷卻水帶走，最終達到分離被切割物體的目的。

圖2 臨時墩鉆孔樁結構圖

3 臨時墩鉆孔樁水下整體切割工藝

臨時墩鉆孔樁水下整體切割工藝流程見圖3。

4 臨時墩鉆孔樁水下整體切割施工要點

4.1 施工準備

臨時墩鉆孔樁整體切割前的準備工作主要有:膺架臨時墩上部鋼結構的拆除、鉆孔樁上部吊點的設置、切割施工平臺的制造及安裝、導向裝置的制造及安裝等。

圖3 臨時墩鉆孔樁水下整體切割工藝流程圖

4.2 設備配置

臨時墩鉆孔樁水下整體切割施工所需的機械設備主要有:起重設備、水上運輸設備、交通船、切割設備、潛水設備以及水下氣割設備等，具體機械設備配置如表1所示。

表1 鉆孔樁水下整體切割施工機械設備配置表

4.3 樁身導向裝置設計及安裝

為保證金剛石繩索在切割鉆孔樁時切割線方向與樁身垂直，同時在高度方向能牽引進繩鋸機，需在切割線下部安裝導向裝置，導向裝置為鋼結構制造，分兩部分采用螺桿連接，轉向裝置上設有水平轉向輪和垂直轉向輪，保證金剛石繩索能由水平向平順轉向過渡至垂直向，順利進入繩鋸機。導向裝置安裝時，先在樁頂處安裝為整體，下放至設計位置后，潛水員水下將導向裝置調整水平，并將連接螺桿擰緊，固定導向裝置。樁身導向裝置布置見圖4。

圖4 樁身導向裝置布置示意圖

4.4 繩鋸機及金剛石鋸繩安裝

為保證切割作業時繩鋸機能處于平穩的工作狀態，需在待切割鉆孔樁樁頂設置作業平臺。為方便平臺安裝，作業平臺采用鋼結構制造成整體，安裝時放置在鉆孔樁頂鋼管樁上，采用連接板與鋼管樁臨時焊接固定。繩鋸機采用螺桿與作業平臺固定，安裝位置應能保證金剛石鋸繩從切割線經導向結構后以豎直狀態進入主機。

金剛石鋸繩采用潛水員水下輔助安裝，根據已經確定的鉆孔樁切割線，水下部分金剛石鋸繩通過導向輪繞著鋼筋混凝土鉆孔樁，水上部分金剛石繩索按一定的順序纏繞在主動輪及輔助輪上，注意繩子的方向應和主動輪驅動方向一致，安裝好的金剛石鋸繩應進行收緊，同時應注意切割線位置的金剛石鋸繩保持水平狀態。

4.5 切割

繩鋸機及金剛石鋸繩切割系統安裝完成并經檢查符合要求后，浮吊就位，布置鉆孔樁起吊鋼絲繩，起吊系統檢查合格后，撤出作業人員，通過遙控驅動設備進行切割作業。切割過程中應控制金剛石鋸繩轉速，要求鋸繩線速度不小于18 m/s。

在柳州維義大橋臨時墩鉆孔樁剛開始切割時，由于切割線位置為鋼護筒，鋼護筒表面光滑，金剛石鋸繩轉動時容易打滑，嚴重影響切割速度，由于要同時切割鋼護筒和鋼筋混凝土鉆孔樁，鋸繩磨損很快，基本每切割1根樁就要更換鋸繩，造成施工成本加大。后期，對施工作業進行了調整，在導向裝置固定好后，將切割線范圍50 cm內的鋼護筒剝除，剝除護筒后切割效率以及鋸繩壽命都得到提高。切割一根直徑1.5 m的鋼筋混凝土臨時樁需要4 h～6 h，切割過程需定時觀察是否正常。鉆孔樁切割完成后，浮吊將其吊到岸上，對鋼護筒和鋼筋進行回收，并對破除的混凝土建筑垃圾進行專門處理，實現綠色環保的目的。臨時墩鉆孔樁水下整體切割施工示意圖見圖5。

圖5 臨時墩鉆孔樁水下整體切割施工示意圖

4.6 注意事項

1)繩索的變向是通過導向輪的組合安裝來實現的，施工過程中導向輪的安裝與主動驅動輪中的位置關系應巧妙的設計，以滿足切割要求。

2)繩鋸機及金剛石鋸繩在進行鉆孔樁整體切割時，可采用人工遙控操作，在設備安裝調試好后，除輔助施工的吊船外，其他設備及人員均應撤離至安全區域。

3)每切割完成一根鉆孔樁，應對繩鋸機及金剛石鋸繩進行檢查，如金剛石鋸繩磨損嚴重影響使用，應及時予以更換。

4)切割過程中，作業平臺及導向裝置均采用倒用，每次回收后倒用前，應對結構焊縫進行檢查，保證結構滿足作業過程中最大張拉強度的要求。

5)金剛石鋸繩使用前須連接一個閉合的循環，鋸繩連接采用金剛石繩鋸專用液壓鉗將接頭扣壓緊，扣壓后檢查接頭，用角磨機等將飛邊和毛刺去除干凈。

6)為避免繩鋸機在整體切割鉆孔樁過程中，樁身傾斜而發生卡繩現象或其他安全事故，切割前應收緊起吊鋼絲繩并保持其處于受力狀態。

5 結語

在現有的橋梁施工中，對水中鋼筋混凝土臨時樁一般采用水下爆破的方法進行拆除，施工時要求必須準確預埋爆破管道，這給施工布置帶來諸多的不便，并且爆破施工存在極大的安全隱患，爆破后還會對環境造成污染。因此不推薦使用此方法施工。

本文中所采用的金剛石鋸繩水下整體切割技術，屬于機械式的切割方法，該技術在舊橋拆除等水上、岸上作業中采用較多，但在水下混凝土結構拆除中較少使用。柳州維義大橋臨時墩鉆孔樁拆除采用的金剛石鋸繩水下整體切割技術，具有安全性能高、切割速度快、環境污染小等優點，值得推廣。