多跨連續(xù)箱梁橋拆除施工技術(shù)要點(diǎn)研究

張海

（莆田市交通投資集團(tuán)有限公司，福建莆田 351100）

0 引言

隨著我國改革開放的持續(xù)深入，經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展，高速公路通行車輛不斷地增加，很多既有高速公路的服務(wù)水平不斷下降，故需要對(duì)高速公路進(jìn)行改建和擴(kuò)建。在改建和擴(kuò)建的過程中勢必涉及橋梁的拆除。目前國內(nèi)常采用的橋梁拆除技術(shù)主要為爆破拆除、靜力切割、機(jī)械鑿除三種方式。針對(duì)多跨現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的拆除目前的研究主要有：顏志強(qiáng)[1]充分利用既有未拆除的滿堂支架作為支撐，在最短工期內(nèi)以逐段切割的方式安全地完成4×25m 現(xiàn)澆箱梁的拆除；拓明星[2]通過有限元軟件計(jì)算現(xiàn)澆箱梁拆除過程中的穩(wěn)定驗(yàn)算，分析了切割法在跨線預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁拆除中應(yīng)用。本文通過有限元軟件計(jì)算分析拆除中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后梁體的穩(wěn)定性，提出在箱梁墩柱附近增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支撐平臺(tái)的拆除方式，有效節(jié)約了深水支撐平臺(tái)費(fèi)用和施工工期，為后續(xù)類似橋梁拆除工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程介紹

文章涉及的橋梁為跨江而建，路線與水流斜交41°，分為左右幅，每幅寬12.5m；該橋上部結(jié)構(gòu)為9×25m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 型準(zhǔn)連續(xù)梁+（35.4m+11×50m+35.4m）預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁+22×25m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 型準(zhǔn)連續(xù)梁；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土鉆孔灌注雙排樁基礎(chǔ)、實(shí)心雙柱式橋墩、肋板式橋臺(tái)。該研究涉及拆除的為第十跨至第二十二跨預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，均采用單箱單室斜腹板箱型截面，箱梁梁高2.8m，頂寬12.5m，底寬5.0m，箱梁懸臂長度為3.15m；頂板厚度從跨中處20cm 往支點(diǎn)漸變至40cm；底板厚度從跨中處20cm 往支點(diǎn)漸變至60cm；腹板厚度從跨中處32cm 往支點(diǎn)漸變至60cm；變化長度10m。擬拆除現(xiàn)澆箱梁橋型立面及平面見圖1、圖2。橋梁斷面見圖3、圖4。

圖1 擬拆除現(xiàn)澆箱梁立面圖（單位：cm）

圖2 擬拆除現(xiàn)澆箱梁平面圖（單位：cm）

圖3 現(xiàn)澆箱梁端部典型斷面示意圖（單位：cm）

圖4 現(xiàn)澆箱梁跨中典型斷面示意圖（單位：cm）

1.2 擬拆除橋梁周邊敏感點(diǎn)調(diào)查

根據(jù)對(duì)擬拆除橋位周邊進(jìn)行調(diào)查，周邊敏感點(diǎn)主要有村莊、高鐵、河道、Ⅳ級(jí)航道，擬拆橋梁與周邊敏感點(diǎn)關(guān)系圖見圖5。

圖5 擬拆除橋梁周邊敏感點(diǎn)總體圖

1.2.1 擬拆第十跨下跨村道為道路和防洪堤結(jié)合，目前主要為當(dāng)?shù)卮迕裢ㄐ杏谩８哞F橋梁上跨擬拆橋梁第十跨，近照見圖6。

圖6 擬拆橋梁第十跨近照

1.2.2 橋梁第十四跨至第二十二跨跨越河道，該河道為Ⅳ級(jí)航道，并在14-17#橋墩設(shè)置了防撞鋼結(jié)構(gòu)；高鐵橋梁上跨擬拆橋梁第十五跨，現(xiàn)場情況見圖7。

圖7 擬拆橋梁第十四跨近照

2 橋梁拆除施工方案設(shè)計(jì)

如上所述，擬拆橋梁周邊敏感點(diǎn)多，該橋的拆除不能采用爆破進(jìn)行，該研究對(duì)橋梁拆除采用繩鋸切割的方式進(jìn)行拆除。

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)拆除方案設(shè)計(jì)

該研究采用上部結(jié)構(gòu)拆除方案為先拆除防撞護(hù)欄，然后局部拆除橡膠箱梁翼緣板，最后從跨中往支點(diǎn)方向逐步拆除現(xiàn)澆箱梁頂板、腹板和底板。

該橋上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆箱梁與橋墩間設(shè)置盆式支座，考慮現(xiàn)澆箱梁跨中切割后其結(jié)構(gòu)體系由連續(xù)結(jié)構(gòu)變?yōu)閼冶劢Y(jié)構(gòu)[3]，見圖8、圖9，該研究在支點(diǎn)附近采用搭設(shè)鋼管支撐平臺(tái)支撐箱梁后再對(duì)連續(xù)箱梁拆除，支撐平臺(tái)方案簡圖如圖10、圖11 所示。

圖8 現(xiàn)澆箱梁切割橫斷面圖（單位：cm）

圖9 現(xiàn)澆箱梁切割平面圖（單位：cm）

圖10 支點(diǎn)臨時(shí)支撐平臺(tái)立面圖（單位：cm）

圖11 支點(diǎn)臨時(shí)支撐平臺(tái)橫斷面圖（單位：cm）

采用MIDAS/Civil 有限元分析計(jì)算程序?qū)λ璨鸪娜邕B續(xù)梁各組成部分進(jìn)行梁單元模擬，整體模型共計(jì)151 個(gè)節(jié)點(diǎn)和150 個(gè)單元，考慮二期鋪裝，并在貝雷梁架設(shè)部分設(shè)置僅受壓支座。切割施工階段考慮鈍化現(xiàn)澆箱梁跨中單元，將各支座反力提取，反向施加在支承貝雷梁分配梁上，即為所需拆除橋梁的荷載，模型如圖12 所示。

圖12 拆除橋梁結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型

2.1.1 貝雷梁桁架計(jì)算

貝雷梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應(yīng)力為-140.52MPa＜235MPa，滿足要求，如圖13 所示。貝類梁最大變形為11.88mm 滿足規(guī)范要求，變形如圖14 所示。

圖13 貝雷梁應(yīng)力（單位：MPa）

圖14 貝類梁變形圖（單位：mm）

2.1.2 分配梁計(jì)算

分配梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應(yīng)力為-36.07MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖15 所示。分配梁最大變形為7.13mm 滿足規(guī)范要求，變形如圖16 所示。

圖15 分配梁應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖16 分配梁變形圖（單位：mm）

2.1.3 主橫梁計(jì)算

主橫梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應(yīng)力為-7.39MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖17 所示。主橫梁最大變形為0.85mm 滿足規(guī)范要求，變形如圖18 所示。

圖17 主橫梁應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖18 分配梁變形圖（單位：mm）

2.1.4 下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

下部結(jié)構(gòu)在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應(yīng)力為175.11MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖19 所示。下部結(jié)構(gòu)最大變形為1.63mm 滿足規(guī)范要求，變形如圖20 所示。

圖19 下部結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖20 下部結(jié)構(gòu)變形圖（單位：mm）

2.1.5 整體穩(wěn)定分析驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算橋梁支撐梁整體彈性穩(wěn)定系數(shù)為12.18，大于4.0，滿足要求，如圖21 所示。

圖21 支撐梁整體失穩(wěn)形態(tài)圖

如上計(jì)算所述，切割施工時(shí)支撐平臺(tái)應(yīng)力及變形均滿足規(guī)范要求，支撐平臺(tái)整體穩(wěn)定性滿足要求。

2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)拆除方案設(shè)計(jì)

該橋擬拆除下部結(jié)構(gòu)大部分位于深水中，擬采用水中切割方式拆除。拆除方案為待上部現(xiàn)澆箱梁拆除后，從上往下切割墩柱、承臺(tái)、外露樁基，其中樁基拆除高度為現(xiàn)狀河床地面位置，水下切割為通過潛水員潛入水中利用繩鋸進(jìn)行切割。方案簡圖見圖22。

圖22 橋墩拆除立面示意圖（單位：cm）

2.3 橋梁拆除平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述拆除方案，此次拆除需要搭設(shè)施工便橋作為拆除橋梁和后續(xù)橋梁施工的平臺(tái)。考慮拆橋吊裝和運(yùn)輸需求，便橋按6×9m 一聯(lián)設(shè)計(jì)，便橋?qū)挾葹?0m。便橋設(shè)計(jì)控制荷載考慮180t 履帶吊機(jī)。便橋總體布置圖如圖23 和圖24 所示。

圖23 橋梁拆除平臺(tái)立面示意圖（單位：cm）

圖24 橋梁拆除橫斷面示意圖（單位：cm）

3 橋梁拆除施工要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)澆箱梁拆除步驟

結(jié)合舊橋現(xiàn)場調(diào)查，此次橋梁拆除步驟具體如下：一是拆除橋面交安門架等其他附屬物。二是搭設(shè)施工便橋及現(xiàn)澆箱梁支撐平臺(tái)。三是拆除橋梁水中鋼結(jié)構(gòu)防撞設(shè)施。四是采用金剛繩鋸分段切割及外運(yùn)護(hù)欄。五是按照建橋逆序采用金剛繩鋸進(jìn)行切割吊裝拆除現(xiàn)澆箱梁。六是采用水下切割設(shè)備及履帶吊裝進(jìn)行切割拆除下部結(jié)構(gòu)。

3.2 橋梁拆除施工要點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

第一，需對(duì)現(xiàn)狀橋梁進(jìn)行勘察和檢測，針對(duì)舊橋的關(guān)鍵缺陷制定保護(hù)措施，確保拆除安全。第二，針對(duì)該工程施工特點(diǎn)，在拆橋施工前，對(duì)所有施工人員進(jìn)行一次安全培訓(xùn)及詳細(xì)的施工技術(shù)交底。第三，為做好跨線橋拆除施工現(xiàn)場的維護(hù)，應(yīng)在拆除跨線橋的施工區(qū)域合理的位置設(shè)置圍擋、施工安全生產(chǎn)標(biāo)志牌、安全警示標(biāo)志牌，并委托專業(yè)機(jī)構(gòu)或配備專職安全人員實(shí)施專項(xiàng)安全防護(hù)措施以確保安全。第四，施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施：一是鉆切割孔時(shí)應(yīng)查清橋面水平及坡度情況，并應(yīng)根據(jù)橋面坡度及水平情況安裝鉆孔機(jī)，以確保現(xiàn)澆箱梁切割面垂直。二是為防止切割垂直度傾斜，切割孔范圍不得超過5m，切割繩波動(dòng)不得過大。三是要提前根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙確認(rèn)、標(biāo)識(shí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨頭位置，避免切割箱體時(shí)造成相鄰段鋼絞線損壞，從而影響箱體安全。四是起重機(jī)的吊鉤繩在切塊縱向和橫向必須垂直吊鉤，應(yīng)在每片切塊縱向中心點(diǎn)，切塊兩端安裝纜風(fēng)繩，防止梁片吊離橋面后對(duì)上方的架橋機(jī)碰撞。五是起重機(jī)作業(yè)人員應(yīng)持證上崗，支腿橫梁應(yīng)固定到位，起重機(jī)吊裝應(yīng)正確操作。

4 結(jié)語

本文通過周邊環(huán)境調(diào)查，利用有限元計(jì)算切割過程中體系轉(zhuǎn)換的受力模式，提出利用金剛繩鋸切割并設(shè)置支承平臺(tái)的拆除方案，目前該橋已經(jīng)完成拆除施工，拆除施工共用時(shí)18 個(gè)月。橋梁拆除是一個(gè)復(fù)雜的問題，本文僅針對(duì)一座現(xiàn)澆箱梁的拆除，提出相應(yīng)的拆除方案，能夠簡單地反映一部分現(xiàn)澆箱梁拆除存在的施工難點(diǎn)和對(duì)應(yīng)措施，但針對(duì)其他橋型或復(fù)雜現(xiàn)澆箱梁的拆除，目前沒有具體的工程試驗(yàn)做依托，故提出以下建議：一是舊橋拆除過程中應(yīng)對(duì)舊橋進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)計(jì)算和安全評(píng)估，確保拆除過程的安全；二是舊橋拆除過程中特別是涉及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的過程，應(yīng)加強(qiáng)該施工階段的結(jié)構(gòu)檢算，充分考慮施工過程中的不確定性，確保拆除過程順利。