現(xiàn)澆橋梁膺架架體整體拆除技術(shù)研究

胡曉軍

(中國水利水電第八工程局有限公司, 長沙 41000)

1 工程概況

1.1 工程簡介

青連鐵路全長54 km，正線橋梁27座、跨線橋梁9座。沿線多處跨越魚塘、洼地、道路，多處埋設(shè)燃氣、光纜等管線，受地形及地基條件限制，綜合分析比選后，確立線路12聯(lián)共36孔現(xiàn)澆梁支架體系采用貝雷梁膺架法施工。

1.2 膺架法貝雷梁支架

本段采用后張法預應力混凝土現(xiàn)澆梁，采用φ609×16 mm鋼管立柱和“321”貝雷梁作為梁底板支撐系統(tǒng)，采用原位現(xiàn)澆法施工工藝，底板、腹板與頂板一次性澆筑成型。每孔梁縱向設(shè)4個支點，每個支點1排φ609×16 mm鋼管立柱，兩端支點設(shè)在兩側(cè)的承臺面上，中間支點固定在支架基礎(chǔ)上。每排鋼管立柱之間采用16號或20號槽鋼做剪刀撐焊接牢固，鋼管立柱上布設(shè)兩根45a或56b號橫向工字鋼，工字鋼上布設(shè)貝雷梁，貝雷梁上再布設(shè)20號橫向工字鋼[1]，膺架法貝雷梁支架示意如圖1所示。

圖1 膺架法貝雷梁支架示意圖

1.3 支架整體拆除特點

在支架拆除過程中，為保證拆除安全，需選用可靠的拆除方法。支架貝雷可采用分段解體拆除、解體分片拆除、吊車抬吊拆除、從梁底拖拽出底板范圍再抬吊拆除。由于橋梁跨公路、河流、溝渠等，受現(xiàn)場條件限制，拆除時間長、抬吊次數(shù)多。為盡量規(guī)避施工過程中的安全風險，研究采用整體落架拆除，該拆除方法有以下優(yōu)點：

(1)施工簡便性：施工方法簡易，操作可行性高，對施工場地、施工環(huán)境的要求相對較低，施工范圍廣，推廣普及性高。

(2)安全可靠性：不可靠及不利因素少，安全風險低。

(3)標準化、固定化：操作形式統(tǒng)一，標準化程度高，工藝流程和技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定，模式相對穩(wěn)定，操作相對快速、高效。

(4)功效性：施工效率高，省時省工。設(shè)備人員投入減少，設(shè)備轉(zhuǎn)運及循環(huán)性加強，節(jié)約施工用材。施工費用大幅度降[3]。

2 膺架整體拆除施工原理

膺架整體拆除采用葫蘆倒鏈架體拆除法，該拆除法包括固定體系、懸吊體系、動力體系、升降體系4大體系。

2.1 固定體系

貝雷梁頂部布置20b工字鋼分配梁，并用U型卡扣與貝雷梁固定。架體拆除時，內(nèi)側(cè)單片貝雷片與工字鋼用鋼索相連，并確保鋼絲繩隨貝雷片時時移動。

2.2 懸吊體系

梁上加墊雙拼工字鋼，位置與貝雷梁下雙拼工字鋼對應，采用20 t葫蘆與倒鏈連接上下雙拼工字鋼，吊點鋼絲繩采用雙索，并用鋼墊片加墊。

2.3 動力體系

葫蘆倒鏈法架體拆除動力體系來源于20 t手拉葫蘆，6名手拉葫蘆操作手手動拉拽倒鏈，為架體拆除提供動力。

2.4 升降體系

貝雷梁整體升降通過手拉葫蘆實現(xiàn)，6名葫蘆操作手同時操作6個葫蘆，實現(xiàn)貝雷梁整體、緩慢、勻速同時上下升降，直至降落到地面[4]。

3 膺架整體拆除施工工藝操作要點

3.1 葫蘆倒鏈法整體拆除施工工藝

針對梁底部的貝雷梁，采用倒鏈整體拆除方案，如圖2所示，在預應力施工完成后的梁面，橫向布置3組工字鋼上橫梁，與鋼管立柱頂部的雙拼56b工字鋼橫梁對應，采用20 t手拉葫蘆連接上、下橫梁，采用手拉葫蘆提升10 cm，拆除鋼管立柱及沙箱，然后再采用手拉葫蘆整體將貝雷梁下降至地面，最后采用25 t汽車吊將貝雷梁解體拆除[5]。

圖2 貝雷梁倒鏈整體拆除示意圖

由圖2可知，工字鋼兩側(cè)采用吊耳懸吊，施工前需對吊耳進行選材及結(jié)構(gòu)驗算，對吊耳焊接的要求相對較高。為方便施工，并增加安全系數(shù)，采用葫蘆倒鏈與鋼絲繩配套使用，降低安全風險的同時，提高操作便捷性和可靠性[6]。

3.2 架體拆除步驟

(1)降沙箱10～20 cm，貝雷梁支架隨之下降，人工松動底模，采用手拉葫蘆橫向?qū)⒌啄Ｍ铣隽旱追秶瑫r系掛鋼絲繩，25 t吊車配合，在拖出底板范圍后翻身，吊出底模。

(2)在梁面安裝上橫梁，上橫梁與貝雷梁底部的56b工字鋼橫梁位置一一對應，在上橫梁與梁面之間放置20 cm×20 cm方木(放置在腹板上方)，以免損壞梁面預埋鋼筋。上橫梁共計安裝6根，2根一組雙拼[7]。

(3)在6個吊點安裝6臺20 t手拉葫蘆。

(4)6名工人人工操作手拉葫蘆，將貝雷梁整體、緩慢、勻速、同步上升10 cm。

(5)25 t吊車配合，拆除沙箱及鋼管立柱。

(6)6名工人人工操作手拉葫蘆，將貝雷梁整體、緩慢、勻速、同步下降至地面。

(7)25 t吊車配合，拆除20 t手拉葫蘆。

(8)25 t吊車將貝雷梁解體，移出貝雷梁，運至下一架體拆除位置，循環(huán)使用。

(9)25 t吊車配合，轉(zhuǎn)運梁上工字鋼及方木，運至下一架體拆除位置，循環(huán)使用。

4 材料與設(shè)備

4.1 施工設(shè)備

施工設(shè)備如表1所示。

表1 施工設(shè)備表

4.2 施工材料

施工材料如表2所示。

表2 施工材料表

4.3 施工人員

施工人員如表3所示。

表3 施工人員表(人)

5 結(jié)構(gòu)計算

5.1 荷載控制

(1)貝雷梁自重

30 m簡支箱梁貝雷梁支架共用貝雷梁15榀，每榀9片，每片280 kg(含配件)，則一孔30 m簡支梁貝雷梁支架自重為15×9×280=37 800 kg，合計為37.8 t。

(2)20b工字鋼自重

貝雷梁頂部布置20b工字鋼分配梁，長度12 m，布置28根，單重31.1 kg/m，則總重為12×28×31.3=10 449.6 kg，合計為10.45 t。

(3)56b工字鋼橫梁自重

貝雷梁底部雙拼56b工字鋼橫梁，長度12 m，共計6根，單重115 kg/m，則總重為 8 280 kg，合計為8.28 t。

總荷載為56.53 t，靜荷載取1.2系數(shù)，則總荷載為56.53×1.2=67.84 t，沿長度方向678.4 kN/27 m=25.1 kN/m。

5.2 結(jié)構(gòu)計算

上橫梁布置3榀，每榀采用2根56b工字鋼雙拼，兩側(cè)焊接吊耳。梁跨中間的上橫梁受荷載最大，為678.4 kN/2=339.2 kN，計33.9 t，兩側(cè)的上橫梁荷載為339.2 kN/2=169.6 kN。如圖4所示。

圖4 上橫梁荷載示意圖(mm)

(1)橫梁不同截面位置的抗彎強度計算

方木枕墊位置：M1=G×3=169.6 kN×3 m=508.8 kN·m。

橫梁中心位置：M2=G×5.5-F×2.5=169.6 kN×5.5 m-169.6 kN×2.5 m=508.8 kN·m。

抗彎強度驗算：

Mx/γxWnx+My/γyWny≤f=215 N/mm2

雙拼56b工字鋼，Wnx=2 447 cm3，Wny=174 cm3。

Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2×2 447 cm3)=99.01 N/mm2

如采用雙拼45b工字鋼，Wnx=1 500 cm3，進行驗算：

Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2×1 500 cm3)=161.52 N/mm2

如采用單根56b工字鋼進行驗算抗彎強度，Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2 447 cm3)=198.02 N/mm2

(2)抗剪強度計算

Vmax=169.6 kN。

τ=VS/Itw≤fv=125 N/mm2

單根56b工字鋼抗剪計算：

τ=VS/Itw=169.6 kN×1 447.2 cm3/68 510 cm4×1.45 cm=24.7 N/mm2

單根45b工字鋼抗剪計算：

τ=VS/Itw=169.6 kN×887.1 cm3/33 760 cm4×1.35 cm=33.01 N/mm2

抗剪滿足要求。

(3)吊耳計算

單個吊耳受力F=169.6 kN，吊耳采用Q235、δ=30 mm鋼板制作，抗剪應力fv=125 N/mm2。計算吊耳開孔的孔洞下方高度h。Vmax=169.6 kN=h×30 mm×125 N/mm2，則h=45 mm ，取1.5保險系數(shù)，則吊耳底部距離邊緣70 mm。

(4)吊耳焊縫計算

每個吊耳承受F=169.6 kN拉力，通過卸扣、吊耳傳遞到雙拼56b工字鋼下翼緣，吊耳長度300 mm，厚度30 mm，與雙拼56b工字鋼通過角焊縫連接，角焊縫抗拉、抗壓、抗剪容許應力fv=160 N/mm2。

σ=N/helw≤βfffw

式中：N——軸心拉力或壓力；

he——角焊縫計算厚度，對直角角焊縫=0.7 hf，hf為焊腳尺寸；

lw——角焊縫計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去2 hf；

ffw——角焊縫強度設(shè)計值；

βf——正面角焊縫強度設(shè)計值增大系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)βf=1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)βf=1.0。

焊縫實際長度為250 mm，取150 mm長度進行計算，焊腳尺寸15 mm。

σ=N/helw=169.6 kN/(0.7×15 mm×200 mm)=107.7 N/mm2<βfffw=1.22×160=195.2 N/mm2

焊縫強度25 t吊車配合，滿足要求，要求焊縫質(zhì)量為一級焊縫。

(5)卸扣：采用20 t卸扣。

(6)手拉葫蘆：20 t手拉葫蘆。

5.3 結(jié)論

根據(jù)檢算結(jié)果，上橫梁、吊耳強度滿足吊裝工況要求。為增強安全系數(shù)，吊耳所用鋼板為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼牌號：Q345 即16Mn錳鋼，同時在吊耳兩側(cè)焊接加勁肋與工字鋼下翼緣可靠焊接連接。

6 安全措施

(1)懸吊系統(tǒng)安裝牢固，扣件緊密。

(2)為增強安全系數(shù)，懸吊系統(tǒng)采用雙排倒鏈，一角上下各配置兩條鋼絲繩。

(3)6名工人在操作6臺20 t手拉葫蘆上升或下降過程中，需同步一致，有1名指揮人員專職指揮，安全人員旁站監(jiān)督，以下部的橫梁在同一個水平面為準，保證6臺手拉葫蘆受力均衡，不發(fā)生偏載。

(4)鋼絲繩與工字鋼接觸處采用鋼墊片加墊，打磨平滑，磨除毛刺、凸起，保證接觸良好，保持面接觸。

(5)貝雷梁上除工字鋼分配梁之外，不得增加其它荷載。

(6)6臺20 t手拉葫蘆驗收合格后方能進場，進場后用25 t汽車吊配合進行荷載試驗，確保承載力達到要求。

(7)在貝雷梁拆除過程中，應保證箱梁不因磕碰受損。

(8)制定詳細、周密的拆除計劃方案，合理分工、各司其職。

(9)現(xiàn)場安全預警防范措施到位，建立安全通道[8]。

7 整體式拆除效益分析

該橋梁支架拆除施工方法包括固定系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、吊轉(zhuǎn)系統(tǒng)，施工方法由機械操縱改為動力體系控制，施工更加穩(wěn)定、安全[9]。

7.1 經(jīng)濟效益

該支架拆除體系使支架拆除速率提高，支架利用周轉(zhuǎn)率提高，支架租賃量及費用投入減少；施工人工、機械、材料投入相對減少且可循環(huán)操作，對施工場地的要求較低，減少硬化道路的成本投入，極大降低了施工成本。

7.2 社會效益

該支架拆除體系可操作性和同步操作性高，施工便捷，對施工場地的要求相對較低，施工范圍廣，推廣普及性高，可在鐵路工程中廣泛推廣應用。

7.3 節(jié)能和環(huán)保效益

該支架拆除體系標準化和操作模式化程度高，設(shè)備使用次數(shù)和周轉(zhuǎn)率高、人工及物資材料投入較少，使用過程中產(chǎn)生的次生固體及廢棄垃圾少，對周邊環(huán)境幾乎不造成污染，能源利用率高、資源浪費減少，節(jié)能環(huán)保。

8 結(jié)論

本文通過青連鐵路現(xiàn)澆橋梁采用膺架整體式拆除技術(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟、社會和節(jié)能環(huán)保效益。該施工方法普及推廣性強，模式化程度高且操作便捷、降本增效、安全可靠，可供同類橋梁支架拆除參考借鑒。