跨越運(yùn)營高速橋梁拆除技術(shù)

朱龍杰

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海市某跨線橋上跨G60滬昆高速，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支預(yù)應(yīng)力空心梁橋，共計(jì)17跨，跨徑布置為25.00 m×4＋14.50 m＋14.38 m＋25.00 m×2＋14.38 m＋14.50 m＋25.00 m×7，主橋全長為383.6 m。G60高速上方為2跨結(jié)構(gòu)，并在高速中央分隔帶中設(shè)有墩柱，跨徑布置為25.00 m＋25.00 m。橋面全寬為14.60 m，其中行車道7.00 m，路緣帶各1.00 m，人非共板各2.80 m。

2 方案比選

G60高速作為進(jìn)出上海市要道，交通繁忙且車流量大，高速交通不能中斷。采用履帶吊、汽車吊等地面吊機(jī)進(jìn)行跨線橋拆除，施工作業(yè)區(qū)域緊貼高速邊線，需對高速邊坡進(jìn)行加固處理，防止吊機(jī)作業(yè)區(qū)域由于荷載增加導(dǎo)致高速路面隆起，影響行車安全。

同時(shí)，該跨線橋?yàn)?跨過高速，在拆除高速一側(cè)橋跨后，需對吊機(jī)進(jìn)行移機(jī)作業(yè)，對于履帶吊，移機(jī)完成后還需進(jìn)行檢測，導(dǎo)致施工周期較長。經(jīng)過反復(fù)研究，決定采用架橋機(jī)在橋面上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)拆除作業(yè)，在保證安全的前提下，既能減少施工周期，又能將對高速的影響降至最低，確保高速正常通行[1-4]。

3 工程重難點(diǎn)分析

該跨線橋拆除施工的重難點(diǎn)包括：

1）G60高速交通繁忙且車流量大，在拆除過程中對高速的保護(hù)要求高。

2）橋梁結(jié)構(gòu)年久失修，拆除難度大。

3）高速正上方橋梁拆除時(shí)，需對高速交通進(jìn)行臨時(shí)封閉，高速交通組織壓力大。

4）拆除過程中的臨時(shí)匹配措施要求高。

4 橋梁設(shè)計(jì)概況

4.1 板梁

現(xiàn)狀跨線橋01#～18#墩采用鋼筋混凝土簡支預(yù)應(yīng)力空心梁橋，單跨共計(jì)14片，包含兩側(cè)各1片邊梁和中間12片中梁（圖1）。邊梁、中梁最大質(zhì)量分別為40.3、36.4 t。

圖1 板梁橫斷面示意

4.2 附屬結(jié)構(gòu)

4.2.1 橋面基層＋瀝青混凝土面層

此結(jié)構(gòu)在橋梁拆除前需進(jìn)行銑刨作業(yè)，故不做計(jì)算。

4.2.2 人非共板

人非共板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中有3座鋼混底座，2片通長預(yù)制蓋板（圖2）。在橋梁拆除前先行破除2片通長蓋板，故蓋板質(zhì)量不做計(jì)算。單個(gè)支座最大質(zhì)量為8.45 t，中間支座最大質(zhì)量為2.60 t。

圖2 人非共板橫斷面示意

4.2.3 防護(hù)欄桿

優(yōu)先拆除，故不做受力計(jì)算。

將現(xiàn)狀跨線橋板梁進(jìn)行編號（圖3），分別計(jì)算單片板梁和附屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量，并選取最大跨徑25 m為參考，確定最大起吊質(zhì)量。經(jīng)分析，最不利工況位于①和板梁處，質(zhì)量約為49 t。

圖3 板梁編號

5 設(shè)備選型

根據(jù)上述特點(diǎn)，綜合考慮采用WJQ140-30A3型號架橋機(jī)，進(jìn)行橋梁拆除作業(yè)。該架橋機(jī)額定起吊質(zhì)量為70 t＋70 t，作業(yè)跨度為30 m，起升高度為7 m。

WJQ140-30A3型公路架橋機(jī)是公路橋梁架設(shè)專用設(shè)備，適用于架設(shè)各種跨度的T形公路梁，亦適用于架設(shè)各種箱形、板梁，能滿足3%縱坡，最大跨度30 m。

該機(jī)主要由縱導(dǎo)梁、前臨時(shí)支腿、前支腿（含升降機(jī)構(gòu)）、中支腿裝置、尾支腿（含升降機(jī)構(gòu)）、縱移桁車、起重小車、橫移軌道、運(yùn)梁臺車、電器控制系統(tǒng)等組成。

6 板梁拆除順序

由于該橋梁使用時(shí)間較長，板梁間縫隙過小（約15 mm）且夾雜碎石等垃圾，在拆除過程中容易造成板梁卡住。若按照常規(guī)拆除順序，從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行拆除作業(yè)，優(yōu)先拆除邊梁，一旦梁體卡住，且邊梁為偏心構(gòu)件，極易造成機(jī)械設(shè)備側(cè)翻等重大安全事故。經(jīng)分析，綜合考慮拆除順序如下：③→②→①→④～。

7 板梁拆除關(guān)鍵技術(shù)措施

7.1 橋面系、附屬設(shè)施拆除

7.1.1 橋面瀝青面層銑刨

用銑刨機(jī)破除瀝青面層，橋面銑刨作業(yè)后沿鉸縫處將絞縫混凝土破除，露出鋼筋，以使每相鄰梁之間分離，有利于梁的起吊。

7.1.2 伸縮縫拆除

該橋梁共計(jì)伸縮縫5個(gè)，分別位于01#、05#、11#、15#、18#墩處。一次性進(jìn)行全橋伸縮縫拆除，并清理內(nèi)部垃圾，為后續(xù)板梁拆除做好準(zhǔn)備。

7.1.3 人行道板拆除

人非共板位于現(xiàn)狀老橋兩側(cè)，寬度為2.8 m。在拆除過程中，先將表面厚100 mm的混凝土面板破除，然后將人非共板2個(gè)鋼筋混凝土臺階利用手持沖擊鉆破除后運(yùn)離施工區(qū)域，護(hù)欄下臺階保留不做處理，待拆除板梁時(shí)整體吊運(yùn)。

人非共板在拆除過程中，為防止有物品墜落高速公路，對車輛通行造成安全隱患，須事先在欄桿外側(cè)設(shè)置防護(hù)兜箱，如圖4、圖5所示。

圖4 防護(hù)兜網(wǎng)立面示意

圖5 防護(hù)兜網(wǎng)骨架斷面示意

兜箱采用20 mm×20 mm方管焊接成骨架，上口設(shè)置彎鉤，便于鉤住欄桿，下口設(shè)置橫桿，擱置在欄桿基礎(chǔ)上，然后在骨架外側(cè)面和下口鉚釘上白鐵皮（既保證有足夠強(qiáng)度和剛度，又輕便省力，便于個(gè)人搬移），白鐵皮每側(cè)寬出骨架10 cm（便于2只兜箱間搭接），下口白鐵皮兜底20 cm，欄桿基礎(chǔ)外側(cè)距欄桿6 cm，因此兜箱底有6 cm重疊在欄桿基礎(chǔ)上，確保不會(huì)有異物墜落。

7.1.4 鉸縫切割

鉸縫采用片鋸切割，切割至鉸縫鋼筋斷裂。

切割鉸縫時(shí)，為了防止東西掉落影響高速行車安全，跟高速交警溝通后計(jì)劃按照封閉相應(yīng)車道實(shí)施切割，確保切割作業(yè)垂直投影面下無車輛通行。

封閉應(yīng)急車道及3號車道時(shí)，安排4輛切割機(jī)對車道上方進(jìn)行鉸縫切割，高速上安排2名專人進(jìn)行清掃。切割完成后開放應(yīng)急車道及3號車道，封閉2號車道及1號車道，再次切割車道上方鉸縫。

7.1.5 護(hù)欄拆除

欄桿為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中跨G60高速欄桿為格柵＋立柱式，其余為格柵式。欄桿采用片鋸分段切割，用鉤鏈將欄桿上口拉住（防止外倒），先將上口小橫梁分小段切斷，然后將格柵片逐片在下口切斷，人工將小段欄桿慢慢放倒到橋面上，由鏟車裝車后外運(yùn)至破碎區(qū)進(jìn)行處理，最后拆除欄桿立柱，用鉤鏈將欄桿上口拉住（防止外倒），用手動(dòng)切割鋸將立柱四周鋼筋切斷，人工將立柱放倒，由鏟車裝車后外運(yùn)至破碎區(qū)進(jìn)行處理。

7.2 板梁拆除

G60跨線橋老橋板梁為小鉸縫板梁，梁間間隙僅15 mm，故在2片梁鉸縫間用開孔器開孔，孔徑為100 mm，開孔位置如圖6所示。

圖6 板梁開工位置

板梁采用鋼絲繩捆綁吊裝。拆除方向?yàn)橛蓶|向西依次拆除。

7.2.1 架橋機(jī)吊裝

在拆除一跨中首片板梁（③號板梁）時(shí)，由于該橋使用年限過長，板梁縫隙過于狹小，過程中先進(jìn)行試吊，做到緩慢起梁，并隨時(shí)觀察架橋機(jī)狀態(tài)，防止起梁速度過快，架橋機(jī)持力過大，在板梁脫離時(shí)發(fā)生彈跳，從而引發(fā)架橋機(jī)傾覆等安全事故。

架橋機(jī)吊裝拆除共分4個(gè)步驟，工藝流程如下：

步驟1：將板梁鉸縫切割，架橋機(jī)調(diào)試檢測完成后，在要拆除的一孔上按架梁狀態(tài)站位，前支腿橫梁支撐在臺后路基上（其他跨前支腿橫梁支撐在蓋梁上），后托架和后支腿支撐在橋面上，中支腿收起，運(yùn)梁車停靠在2支腿與后支腿間的梁架中間。布置于靠近未拆除側(cè)的天車與運(yùn)梁車為1#天車與1#運(yùn)梁車，布置于靠近拆除側(cè)的天車與運(yùn)梁車為2#天車與2#運(yùn)梁車。

步驟2：2臺天車同步提升梁至梁底超過橋面，天車橫向移位調(diào)整至橫梁中間，拆除順序按“先中間，后兩邊”的原則。

步驟3：兩天車同步向后支腿方向移動(dòng)，至1#運(yùn)梁車可以裝梁的位置，1#天車橫向調(diào)整與1#運(yùn)梁車位置一致，然后1#天車落梁、去鉤。

步驟4：1#運(yùn)梁車與2#天車同步后移，至2#運(yùn)梁車可以裝梁的位置，2#天車橫向調(diào)整與2#運(yùn)梁車位置一致，2#天車落梁、去鉤，兩運(yùn)梁車同步運(yùn)梁至卸梁點(diǎn)。

板梁拆除時(shí)，封閉作業(yè)投影面正下方側(cè)高速交通20 min，拆除一片后立即派人清掃高速并開放交通，根據(jù)G60高速流量情況再安排下一片板梁拆除。

邊梁上有1道欄桿基礎(chǔ)梁，鉸縫及連續(xù)縫切斷后，為保證邊梁的穩(wěn)定性，在梁端蓋梁耳墻上設(shè)置臨時(shí)鋼支架，支撐邊梁的翼緣，不使邊梁偏心受力。

7.2.2 架橋機(jī)過孔

步驟1：后托架及中支腿受力支撐在橋面上，前支腿和后支腿收起，天車位于后托架與中支腿間，隨梁架前移同步后移，始終位于后托架與中支腿間。

步驟2：前移二分之一跨后，后支腿受力支撐到橋墩上，中支腿為懸空；中支腿前移至預(yù)定位置（即前支腿的附近）。

步驟3：中支腿受力支撐在橋面上，后支腿收起，驅(qū)動(dòng)梁架前移，前支腿至預(yù)定蓋梁位置，天車位于后托架與后支腿之間，隨梁架前移同步后移，始終位于后托架與后支腿間。

步驟4：前支腿支撐在蓋梁上，后支腿受力支撐在橋面上，后托架收起并驅(qū)動(dòng)前移至預(yù)定位置（中支腿附件）。

7.3 架橋機(jī)工況受力計(jì)算

針對該工程工況，開展架橋機(jī)在不同工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性以及吊索具的計(jì)算，從而驗(yàn)證該工藝的安全性和可實(shí)施性。

7.3.1 架橋機(jī)傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

1）縱向傾覆穩(wěn)定性計(jì)算。在工作狀態(tài)下，架橋機(jī)縱向穩(wěn)定性最不利情況出現(xiàn)在架橋機(jī)懸臂前行階段，該工況下架橋機(jī)的前支腿懸空，前、后提升小車退至架橋機(jī)尾部作為配重。

按6級風(fēng)的最大風(fēng)壓下的縱向風(fēng)荷載，所有迎風(fēng)面均按實(shí)體計(jì)算，作用在中托頂面以上2 m處。經(jīng)計(jì)算，架橋機(jī)縱向抗傾覆能力滿足要求。

2）橫向傾覆穩(wěn)定性計(jì)算。架橋機(jī)橫向傾覆穩(wěn)定性最不利情況發(fā)生在架邊梁就位時(shí)，最不利位置為提升小車橫移到最邊緣位置。

主梁承受的風(fēng)荷載作用在前支點(diǎn)以上5.2 m處，主梁迎風(fēng)面積按實(shí)體面積計(jì)，導(dǎo)梁形狀系數(shù)取1.6，主梁風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果約為6.6 t。

提升小車和縱移小車承受的風(fēng)荷載，作用點(diǎn)在支點(diǎn)以上7.2 m處，迎風(fēng)面積按實(shí)體面積計(jì)算，導(dǎo)梁形狀系數(shù)取1.6，天車風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果約為0.37 t；混凝土梁體所受的風(fēng)荷載，作用在支點(diǎn)以上1.2 m處，混凝土梁體風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果約為1.54 t。根據(jù)上述條件計(jì)算得出，架橋機(jī)橫向抗傾覆能力滿足要求。

3）橋機(jī)通常為高空作業(yè)，依照《架橋機(jī)操作規(guī)范》嚴(yán)格要求，非工作狀態(tài)下架橋機(jī)必須與橋體錨索，防止強(qiáng)風(fēng)刮翻或溜車，故免于計(jì)算。

7.3.2 吊索具計(jì)算

板梁采用雙股鋼絲繩兜底吊，鋼絲繩長度10 m，鋼絲繩夾角82.1°。

鋼絲繩拉力為9.5 t，選用φ42 mm粗直徑鋼絲繩（6×37－1 670）的最小破斷拉力為1 050 kN，則鋼絲繩起吊的安全系數(shù)滿足要求。

經(jīng)計(jì)算，架橋機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性以及吊索具安全性均符合規(guī)范要求。

8 結(jié)語

采用架橋機(jī)進(jìn)行高速跨線橋橋梁拆除作業(yè)，有效克服了場地受限、高速交通受限、設(shè)備受限、時(shí)間受限等4個(gè)受限，實(shí)現(xiàn)了施工作業(yè)時(shí)的安全保證、工期解決、成本節(jié)約等，具有良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

截至目前，該橋梁拆除施工在高速管理單位的配合以及我方施工人員的努力下已順利完成，且對高速的影響微乎其微。此方法不僅為橋梁拆除方法提供了新的思路，更賦予施工人員更加多變的思維，可以在類似橋梁拆除施工中提供指導(dǎo)。