跨高速公路混凝土斜腿剛構橋繩鋸切割拆除施工方案研究

中圖分類號：U448.23文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.038

文章編號：1673-4874（2025）04-0138-04

0 引言

隨著我國國民經濟的持續發展，城市道路交通運輸量不斷增大，部分原有交通設施無法滿足城市發展要求，需要對現有的一些橋梁進行拆除和改建1。但是目前我國針對橋梁拆除的指南、規范較少[2-3]，橋梁拆除設計缺乏理論指導和有效的經驗保證，在拆除施工中容易導致施工事故，如江西省泰和大橋在拆除過程中，由于拱上建筑拆除施工不當，導致部分墩柱承受巨大的不平衡水平力而引發了連續倒塌事故[4]。斜腿剛構橋因其斜腿與主梁固結的獨特結構形式，在拆除過程中易因體系轉換失衡引發安全事故，傳統橋梁拆除方案亟待優化調整，以保障舊橋拆除施工過程的科學性、安全性。

本文以原南友高速公路天西分離立交中橋拆除為研究背景，根據中橋實際情況設計了完善的拆除施工方案，并結合有限元模擬及機械設備選型計算保障方案可行性，通過工程實踐系統總結跨高速公路斜腿剛構橋拆除施工的關鍵技術，其研究成果可供類似橋梁拆除工程參考借鑒。

1工程概況

原南友高速公路天西分離立交中橋（舊橋）采用混凝土無臺斜腿剛構橋型，橋面總寬5.5m，橋梁總長44m，斜腿傾角為 45^° ，分跨比為0.48，跨徑組合為（10.75 + 22.5+10.75）m ，該橋無預應力存在。由于閘道口路基加寬，且新建天西樞紐互通式立交按照南友高速公路規劃擴建為雙向八車道設計，需要對原有的舊橋進行拆除。南友高速公路路面范圍內，新舊天橋最窄處為上行線最右側，凈距為 2.9m ，新舊天橋最寬處為下行線最左側，凈距為 6m 。新建 GKO+351 天橋橋面與南友高速公路面的高度為 14.8m ，舊天橋橋面與南友高速公路面的高度為 。新舊天橋平面位置圖如圖1所示。

圖1新舊天橋平面位置圖

2 總體拆除方案設計

2.1拆除方案選擇

常用的橋梁拆除方式主要有機械拆除法、頂推平移法、分段切割移除法[5-7]等多種方式。其中，分段切割移除法是舊橋拆除中技術含量較高的一種方法，通過金剛石繩鋸、液壓剪等設備對橋梁進行分段切割，可精準控制切割位置和順序，能有效避免整體結構突然失穩導致的意外坍塌，無爆破沖擊波污染，尤其適用于鋼結構、預應力混凝土橋梁或環境敏感區域。天西分離立交中橋橫跨運營高速公路，拆除過程要求不能中斷交通，且對施工過程的擾動要求嚴格。綜合考慮技術、成本要求，選用臨時支架配合金剛石繩鋸切割的拆除方案。

2.2 交通導行方案

舊橋拆除前必須先進行交通疏導，拆除施工交通組織方案如下：

（1）封閉南友高速公路上下行線右車道及應急車道，車輛保持左車道大單車道通行。利用天西樞紐互通式立交F、E匝道并入段作為進入南友高速公路的通道，搭設位于上下行線高速公路上外側的臨時支架。

（2）完成上下行線外支架搭設后，封閉臨時入口，將下行線（友誼關至南寧）改為雙向單車道通行，封閉南友高速公路上行線（南寧至友誼關），以天西樞紐互通式立交F匝道并入段作為進入南友高速公路上行線封閉區域的通道，搭設南友高速公路中央臨時支架。支架搭設完成后拆除舊橋右幅梁體，完畢后拆除上行線外側的臨時支架。

（3）上行線側天橋拆除完成后，通行車輛改道至上行線雙向單車道通行，封閉南友高速公路下行線，拆除舊橋左幅梁體。完畢后拆除下行線側臨時支架及中央支架，對路面進行沖刷清洗，恢復南友高速公路正常通行。

2.3主要拆除方案設計

2.3.1整體拆除順序

封閉高速公路交通、安裝臨時支架并分離附屬設施后，進行繩鋸切割作業，舊橋拆除切割分塊示意圖如圖2所示。根據交通導行方案，先拆上行線側，依次拆除上行線側HL-1～HL-4的防撞護欄及翼緣板，破除后將切割塊吊裝至上行線右側，并入整平段后破碎運走。隨后依次沿縱向切割線1和切割線2切割主梁，吊運XL-1后將XL-2切割為3塊，依次吊運 x_L-2.1～x_L-2.3 （20吊裝移除上行線側XL-3號塊斜腿主梁，XL-4位于南友高速公路線外的邊坡上，待路邊側臨時支架拆除后采用炮挖破除XL-4及搭板。按交通導行方案改道后拆除下行線側梁體，切割及拆除順序與上行線側對稱。

2.3.2臨時支架安拆順序

舊橋拆除前應先搭設臨時支架，如圖3所示。臨時支架采用格構柱形式，下行線側搭設順序為 1243， 上行線側搭設順序為 91078. 中央分隔帶處支架搭設順序為 65（1～10 表示受力架體編號）。配合繩鋸切割完成拆除作業后，按“先支后拆、后支先拆\"的順序依次拆除。

圖2舊橋拆除切割分塊示意圖

圖3臨時支架搭設示意圖

圖4臨時支架有限元模型圖

3拆除方案驗算

3.1 臨時支架驗算

臨時支架主要由鋼管立柱、槽鋼橫聯、鋼板、工字鋼橫梁及升降支座等組成。 ?529mm×10mm 的鋼管立柱間設置[14槽鋼橫聯及斜撐，以雙拼40c工字鋼作為橫梁，并預留 16～19cm 間距放置升降支座，支架鋼材選用Q235鋼，建立臨時支架Midascivil有限元模型如圖4所示。荷載系數按《建筑結構可靠性設計統一標準》（CGB50068一2018）[8取值，支架體系自重及施工活載取1.3，梁體重量取1.5。

3.1.1施工平臺支架受力驗算

施工平臺搭設在距離鋼管立柱頂面以下 1.0m 處（以最低鋼管進行控制），在鋼管立柱上縱橋向焊接 14^? 槽鋼固定，槽鋼上布設14槽鋼分配梁并滿鋪防滑踏板。平臺荷載主要為人員及材料自重，按3KN/m進行計算。根據有限元計算結果，支架承受平臺施工荷載時，最大組合應力為112.5 MPa lt; 215 MPa ，滿足最大強度容許值要求；支架最大剪力為23.0 MPa lt; 125 MPa ，滿足最大抗剪強度容許值要求；支架屈曲模態均 gt;4 ，滿足穩定性要求。

3.1.2主梁拆除驗算

主梁分段切割后橋梁體系轉換，架體在不同拆除階段承受的荷載信息見表1。由于梁底縱坡的存在，橫梁承受一定水平荷載，將荷載信息錄入MidasCivil軟件并輸出計算結果。由表1可知：邊跨主梁拆除階段支架最大應力為119. 5MPa ，最大剪力為18.8 MPa ，屈曲模態均gt;4 ；中跨主梁拆除階段支架最大應力為65.4MPa，最大剪力為28. 7MPa ，屈曲模態均 gt;4 ；斜腿拆除階段支架最大應力為 175.8MPa ，最大剪力為18. 7MPa ，屈曲模態均gt;4. ，支架在各拆除階段的強度、穩定性均能滿足要求。

表1主梁拆除階段的支架荷載信息表

注：拆除階段下的數字1～10表示受力架體編號

3.1.3地基承載力驗算

軸心荷載作用下臨時支架基礎底面承受的壓力標準組合值 P_k 應小于等于修正后的地基承載力特征值fa。根據MidasCivil軟件的計算結果，中央分隔帶處臨時支架基礎頂面豎向荷載為464.50KN，作用于長3.6m× 寬 1.6m× 高20cm的C20條形基礎上，基礎底部采用人工清除回填土至碎石層后換填底基層水泥穩定碎石材料；兩側路邊臨時支架基礎頂面豎向荷載為865.66KN，作用于長4 .8m× 寬3.35 m× 高1.2cm的C20條形基礎上，基礎澆筑于南友高速公路應急車道及水溝換填的級配碎石上；占用超車道的臨時支架基礎頂面豎向荷載為419.25KN，作用于長 3.6m× 寬 0.75m× 高1.2cm的C20條形基礎上，基礎澆筑于南友高速公路路面上。經驗算，處理過的地基承載力能滿足要求。

3.2 分塊吊裝計算

舊橋防撞護欄與翼緣板按8個塊段對稱分塊切割，梁體按12個塊段進行切割，其中XL-4和XL-8兩個塊段與邊斜撐采用炮挖破除。防撞護欄與翼緣板最重塊段為15.58t，梁體最重節段重47.66t（塊段編號同圖2）。主梁節段重量及尺寸見表2。

表2主梁節段重量及尺寸明細表

3.2.1 吊車選型

舊橋防落網總重1.7t，廣告牌總重16t，均分為4節段吊裝，最大吊裝重量為4t，采用1臺25t汽車吊單機吊裝可滿足要求；舊橋分塊切割后，最大吊裝重量為47.66t，450t汽車吊主臂最大伸長為26.5m，配重為142t，最大作業半徑為22m時最大允許吊重為57.6t，采用1臺450t吊車可以滿足要求。為保證汽車吊在吊裝過程中的穩定性，以遠離汽車吊側端頭的節段為對象，需進行抗傾覆驗算，計算得到的穩定力矩大于傾覆力矩，汽車吊抗傾覆穩定性滿足要求。

450t汽車吊吊裝主梁時，最重塊段為邊跨主梁，支腿采用2 m×2m×3 cm的鋼板進行支墊，此時計算出支腿處所需的承載力為 327.08kPa ，汽車吊擺放于南友高速公路路面上，承載力滿足要求；吊裝上行線側梁體時汽車吊支腿有一半擺放于并入段上時，至少需要換填1m厚的碎石土方可滿足承載力要求。為節省施工成本，若非特殊情況下汽車吊均擺放于南友高速公路路面上，不對并入段進行換填。

3.2.2鋼絲繩及卸扣選型計算

天橋拆除主梁切割塊吊裝鋼絲繩根據最大內力進行計算選型，單根吊索承受的內力 S?S_b/K，S_b 為鋼絲繩的破斷拉力總和， K 為安全系數。根據《路橋施工計算手冊》， S_b= 鋼絲繩最小破斷拉力 ×1.336 考慮到鋼絲捻制成鋼絲繩過程中存在不均勻現象，取折減系數0.82。根據計算結果，鋼絲繩選擇 ?52mm-6×37 鋼芯，抗拉強度1770 MPa 可滿足要求。根據吊裝荷載確定卸扣型號，選用SL-S1004-55型號的卸扣。

3.2.3 鋼棒計算

現場采用鋼棒進行輔助吊裝，最大塊重為47.66t，單根鋼棒承受的最大荷載為238.3KN，根據 N/Alt;205MPa 即 Agt;238600N/205MPa=1 163.9mm² ，鋼棒直徑應 gt; ?39mm 根據現場條件及現有材料，選用直徑 ? 15cm的鋼棒作為扁擔梁進行輔助吊裝，能夠滿足要求。

4拆除施工關鍵技術

4.1支架搭設

條形基礎混凝土澆筑前做好地基處理，定位安裝75cm×75cm預埋鋼板，第一層混凝土澆筑至預埋鋼板頂面處，待鋼管立柱搭設就位后澆筑第二層混凝土。基礎兩端需預埋2個吊鉤，以便舊橋拆除后能快速將基礎吊離。

臨時支架先在工廠制作成單片，在現場臨時加工場地組裝為整體后運輸至現場，能夠提高安裝精度及效率。在立柱及與立柱安裝位置對應的翼緣板上鉆設吊裝孔，鋼絲繩穿過吊裝孔連接橋底的9m長I20a工字鋼扁擔梁，通過手拉葫蘆將扁擔梁提升完成立柱搭設。立柱頂部焊接16mm厚鋼板 + II40c雙拼工字鋼橫梁，工字鋼橫梁上設置升降支座，升降支座頂部焊接一塊楔形鋼板并設置加勁肋頂到箱梁底板，保證切割時梁體的穩定。搭設內側斜腿處鋼管立柱時，應先在斜腿上植入8根?12cm×82 cm的鋼棒，錨固2塊75 cm×95cm×1.6 cm的鋼板，鋼管立柱搭設就位后與鋼板進行焊接，然后在錨固鋼板兩端緊挨鋼板處各植入2根 ?32mm×650mm| 的螺紋鋼進行限位，確保斜腿處支架穩固。

4.2 分離附屬設施

廣告牌與防護網等附屬設施拆除應在防撞護欄與翼緣板拆除施工前進行。封閉高速公路交通并安裝臨時支架后，工人使用扳手、撬棍、氧割等工具破拆舊天橋的防護網、廣告牌，用吊車吊住廣告牌和防護網后，松開固定螺絲，由吊車分段吊裝移除。廣告牌、防落網由中間向兩邊進行拆除。

4.3繩鋸切割與拆除

嚴格按照分塊方案順序完成舊橋切割。確定切割斷面位置后，在橋面安裝繩鋸機固定導向輪系統，確保金剛石繩鋸形成閉合切割路徑，固定繩鋸機后安裝金剛石繩索，繞繩方向應與主動輪驅動方向一致。切割過程中，繩子運動方向的前方必須進行安全防護，并設警戒區。啟動繩鋸機電動馬達，通過控制盤調整主動輪提升張力，保證金剛石繩適當繃緊，供應循環冷卻水，啟動另一個電動馬達帶動金剛石繩索回轉切割。切割過程中必須密切觀察機座的穩定性，隨時調整導向輪的偏移，以確保切割繩在同一個平面內；通過操作控制盤調整切割參數，確保金剛石繩運轉線速度在18m/s左右，并保證足夠的沖洗液量，以冷卻金剛石繩并帶走磨削粉屑。

4.3.1防撞護欄、翼緣板拆除

防撞護欄與翼緣板作為整體進行切割拆除。在翼緣板上鉆設直徑為15cm的吊裝孔，注意鉆孔位置應保證4根鋼絲繩在穿過吊裝孔后、吊車緩慢提升直至鋼絲繩收緊時，吊鉤位置與梁體重心基本重合，鋼絲繩與混凝土塊間的空隙用輪胎膠填充，防止吊裝過程梁體晃動或傾覆。準備就緒后，用液壓墻鋸沿切割線縱向切割至翼緣板距腹板20cm處時停止，用繩鋸對翼緣板進行橫向切割。進行橫向切割時，繩鋸應擺放于靠近邊坡側，切割方向為由中向邊對稱切割。

為防止起吊瞬間發生翻轉，吊裝時需在端頭設置牽引線。牽引線選用 ?16mm-6×37 鋼芯鋼絲繩，通過滑輪固定于預先制作的地錨上，待吊裝節段平穩吊起后放松牽引線，并將節段吊裝至指定位置。防撞護欄、翼緣板防傾覆立面圖見圖5。

圖5防撞護欄、翼緣板防傾覆立面圖

4.3.2主梁拆除

主梁拆除按照“先邊后中\"的順序進行：即先拆除邊跨主梁，再拆除中跨主梁，最后拆除斜腿主梁。其中，位于上行線與下行線的中跨主梁均分為3個塊段進行拆除。主梁節段采用金剛繩鋸切割，除中跨切割線外，其他切斷線要求與水平線夾角 αlt;80^° ，保證梁體切斷后仍有摩擦力，防止梁體瞬時下落給臨時支架施加瞬時應力。

邊跨主梁與斜腿主梁采用15cm鋼棒作為扁擔梁輔助吊裝，中跨主梁吊裝采用鋼絲繩穿過吊裝孔兜底捆綁。鋼棒作為扁擔梁進行輔助吊裝時，需焊接4根10cm長的?32 mm螺紋鋼進行限位，防止鋼絲繩滑落。拆除斜腿主梁前，應先將邊跨主梁支架橫梁移除，防止橫梁影響斜腿吊裝。

4.3.3 斜腿拆除

斜腿部分采用 ?15 cm鋼棒作為扁擔梁輔助兜底吊裝，如圖6（a）所示。在距斜腿邊部40cm、距底座150cm處打設2個吊裝孔，鋼絲繩穿過吊裝孔，并利用斜腿上的錨固鋼棒對扁擔梁進行限位，防止鋼絲繩滑落。限位措施細部大樣如圖6（b所示。吊裝工作準備就緒后，用汽車吊將鋼絲繩提升至收緊狀態，從斜腿根部進行切割（保留50cm混凝土，最后用破碎錘破除）完成分離，吊裝至平板運輸車運走。采用炮挖將橋頭搭板與邊斜撐主梁一同破除，即可完成拆除作業。

5 施工效果分析

原南友高速公路天西分離立交中橋已按方案順利拆除，實際拆除工期為21d，較傳統的機械拆除方案工期縮短 40% ，拆除過程將交通干擾壓縮至 50% 車道，半幅封閉施工期間，南友高速公路未發生擁堵或事故，總體實現了“不中斷交通、零事故、低擾動\"的拆除目標。

圖6內側斜腿拆除工況示意圖

6結語

本文針對舊橋拆除需求，設計了臨時支架配合金剛石繩鋸切割的拆除方案，通過有限元模型分析了拆除過程中臨時支架的穩定性，確定了吊車及鋼絲繩、鋼棒選型。工程實例表明，拆除作業涉路施工選用半幅封閉半幅施工的交通導行方案具有合理性；主梁分塊割除后全橋體系轉換，荷載分散到各區域的支架上，結構分析考慮了梁底縱坡對水平荷載的影響，計算結果驗證了支架體系在斜腿剛構橋拆除中的穩定性；拆除過程充分考慮主梁及斜腿拆除的風險，通過防傾覆牽引線及鋼棒扁擔梁限位等優化措施，有效保障了吊裝過程的安全性。該拆除方案設計與施工關鍵技術可為類似橋型的舊橋拆除提供可靠經驗，具有良好的應用前景。

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