改擴建工程斜腿剛構跨線橋拆除施工技術探討

王顯張，楊東海，段躍華，梁軍林

(1.廣西桂海高速公路有限公司，廣西 南寧 530021；2.廣西大學，廣西 南寧 530004)

0 引言

在舊橋拆除施工中，機械鑿除、控制爆破等方法較為常用，另外，斜腿打斷技術、切割法等也得到應用，但在施工作業(yè)空間受力、環(huán)保要求嚴、交通組織安全要求高等條件下難以實施。因此，探討一種高效、安全、環(huán)保的拆除施工方法具有重要意義。本文通過柳南改擴建工程高速公路某斜腿剛構橋拆除工程實踐，介紹了直線切割法的關鍵技術和施工過程控制要點，可為同類舊橋拆除提供借鑒。

1 工程概況

柳南改擴建工程高速公路某跨線斜腿剛構橋主跨長25 m，全長54.9 m，主梁為現(xiàn)澆箱梁，梁底寬2.5 m，橋面寬5.5 m，橋梁上構及橋面系總重共325.2 t。該橋拆除施工要在下線高速公路保持通通行的條件進行，交通流量大，施工交通組織難度大，現(xiàn)場大型機械作業(yè)受限。

2 拆除施工方案的比選

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況和結(jié)構受力分析，從施工效率、安全環(huán)保、受力穩(wěn)定及對高速公路運營的影響等方面綜合考慮，選擇直線切割法，各施工方法優(yōu)缺點對比具體如表1所示。

表1 舊橋拆除方法優(yōu)缺點對比表

通過對比，直線切割施工工藝具有高效、安全、環(huán)保及對高速公路運營影響小等特點，解決了在“邊通車、邊施工”的情況下，施工作業(yè)場地空間狹小、橋梁受力復雜、施工交通組織難等難題。

3 直線切割法應用原理和計算分析

3.1 直線切割法應用原理

通過對橋梁建立力學模型，分析結(jié)構受力情況，合理卸載部分荷載，減少橋梁自重，建立支撐體系將受力復雜的橋梁結(jié)構轉(zhuǎn)換成受力相對簡單、結(jié)構穩(wěn)定的橋梁結(jié)構，完成體系轉(zhuǎn)換；再應用直線切割分塊工藝，將橋梁結(jié)構物合理分成質(zhì)量較小的多塊進行吊裝運輸，達到拆除的目的。

3.2 力學模型的建立及轉(zhuǎn)換

斜腿剛構橋為超靜定結(jié)構，構件偏心受壓，斜腿根部鉸結(jié)處有水平推力，直接分塊切割易造成橋梁整體失穩(wěn)、傾斜等問題，因此，如何釋放斜腿的水平力，將斜腿剛構橋由超靜定體系轉(zhuǎn)換成連續(xù)梁橋，是實施直線切割法的關鍵，如圖1所示。

圖1 斜腿門架等效結(jié)構力學模型示意圖

通過搭建支架，設置支點，對斜腿處梁、梁跨中處進行合理頂升，從而釋放掉斜腿鉸接處水平力，斜腿失效后結(jié)構轉(zhuǎn)換為5點支撐四跨連續(xù)梁，如圖2所示。

圖2 頂升托換后結(jié)構力學模型(5點支撐四跨連續(xù)梁)示意圖

3.3 結(jié)構計算分析

3.3.1 橋梁切割分塊質(zhì)量

以半幅進行計算分塊，共分割成9塊，主梁最重塊質(zhì)量為23.8 t，斜腿質(zhì)量為28.1 t。各塊質(zhì)量如表2所示。

3.3.2 結(jié)構受力計算

采用Midas Civil有限元軟件模擬斜腿剛構橋翼板拆除、斜腿頂升、斜腿拆除三個主要工況的受力狀態(tài)，經(jīng)計算，翼板拆除后，最大拉應力為0.72 MPa<1.43 MPa，跨中最大撓度為1.4 cm<400/L=6.25 cm；斜腿頂升到水平力釋放的瞬間，跨中豎向位移3.7 mm<400/L=6.25 cm；斜腿拆除后，跨中豎向位移1.6 mm<400/L=6.25 cm，均滿足規(guī)范要求。如圖3所示。

圖3 頂升后梁跨中豎向位移3.7 mm模型圖

4 施工工藝技術

4.1 施工流程

由于要保證高速公路正常通行，且考慮施工對車輛通行的安全，所以要對交通進行轉(zhuǎn)換、改道，由原來雙向四車道改為雙向兩車道，封閉半幅，為支架搭設、切割施工、分塊吊裝等施工提供條件。

橋梁拆除的施工順序為：交通轉(zhuǎn)換、搭設支架、拆除防撞墻及翼緣板等、體系轉(zhuǎn)換、箱梁分塊切割及吊裝、場地清理及恢復交通，如圖4所示。

圖4 斜腿剛構天橋拆除總體施工工藝流程圖

4.2 施工工藝

為提高切割工作效率，本文采用了金剛石繩鋸切割工藝，具有操作簡便、不受物體形狀限制、對物體整體損傷小、高效、環(huán)保、作業(yè)空間要求低等特點。切割流程如圖5所示。

圖5 繩鋸施工工藝流程圖

4.3 施工控制

(1)搭設支撐體系。要充分考慮基礎承載力、整體穩(wěn)固性、頂推位置設置、切割空間及吊裝操作等因素。三個支撐均設置為雙排，便于布置橫向切割線，雙排鋼支撐之間用型鋼設有縱、橫向聯(lián)系，使兩排鋼支撐之間聯(lián)系成一整體，提高鋼支撐承載力，如圖6～8所示。

圖6 支撐體系總體立面布置圖(單位：mm)

圖7 支架立面圖(單位：mm)

圖8 支架側(cè)面圖(單位：mm)

(2)拆除橋面附屬結(jié)構物、防撞墻及翼緣板等，以減輕全橋恒載。由于橋梁附屬設施重量較輕，對橋的影響較小，拆除時結(jié)構整體穩(wěn)定、安全。采用直線切割法切割護欄，拆除護欄；然后，在翼板根部切割，將翼板與主箱室分離(如圖9所示)，拆除翼板；橫向切割每5～6 m切割一次，以便分塊吊裝，翼板切割前可采用汽車吊預吊，防止切割卡盤。切割完后，采用120 t的汽車吊轉(zhuǎn)運指定地點。

圖9 翼緣板切割示意圖

(3)橋梁分級頂升，逐步釋放斜腿根部水平推力。全橋翼板切割分離后，主箱梁總重量(含斜腿)為237.2 t；在三個支架體系設置千斤頂(100 t液壓千斤頂)，每個支架設置兩個，頂升托對準支架受力中心點；分級頂升，注意監(jiān)測支架的整體穩(wěn)定性、豎向位移和水平位移，在保證整體穩(wěn)定、安全的前提下，當斜腿部分脫離地面5 mm時，立即停止頂升，在縫隙位置采用臨時鋼板墊密實。頂升后，橋梁受力體系由原來的超靜定結(jié)構轉(zhuǎn)換成四跨連續(xù)梁，可對稱拆除斜腿，按照吊裝能力分5個節(jié)段拆除。

(4)拆除箱梁。翼板與斜腿切割后，只剩箱梁部分，為方便吊裝，半幅箱梁共切割為8塊，先縱向切割再橫向切割，分塊吊裝最大重量為23.8 t。同時，在切割時，做好箱梁鏈鋸切割安全防護措施，橋下采用2 mm花紋鋼板防護。用同樣的方法拆除另半幅。

(5)拆除支撐體系及清理現(xiàn)場。完成橋梁拆除后，及時拆除支撐體系和清理現(xiàn)場，做好環(huán)保衛(wèi)生工作，減少對高速公路的影響，以及時恢復原有交通。

5 施工安全及交通組織要點

舊橋拆除施工中，拆除過程的穩(wěn)定性控制是關鍵，要做好結(jié)構體系轉(zhuǎn)換的受力分析及計算，在頂升過程及吊裝過程要對支撐體系的整體穩(wěn)定性進行監(jiān)測。在舊橋拆除時對半幅高速公路進行封閉(如圖10所示)，要制定切實可行的、操作性強的交通組織方案，通過審批后，在交警示、運營、路政等的指導下實施。切實做好高速公路改道、分流及設置警示標志、導向牌等工作措施，確保施工期間交通暢通、安全，同時，也要做好施工安全及交通安全突發(fā)事故應急預案，最大程度地降低突發(fā)事故帶來的損失和影響。

圖10 封閉半幅交通組織改道及作業(yè)平面布置圖

6 結(jié)語

舊橋拆除涉及到結(jié)構安全、施工安全、交通組織等問題，選擇高效、安全的拆除方法是確保舊橋快速、安全拆除的關鍵。本文通過工程實例，總結(jié)了跨高速公路斜腿剛構拆除的關鍵技術和控制要點，為同類橋梁拆除提供借鑒。

(1)先拆除防撞墻、翼緣板等附屬工程對結(jié)構進行卸載，恒載減小后斜腿的水平力得到減小和釋放，有利于支架的穩(wěn)定性。

(2)進行體系轉(zhuǎn)換。通過頂升箱梁，釋放斜腿剛構的水平推力，將原超靜定結(jié)構轉(zhuǎn)換成連續(xù)梁橋，簡化橋梁受力體系。

(3)頂升施工時，各頂升點要同步、對稱，以消除頂升過程各支點的水平力荷載，確保支撐體系整體的穩(wěn)定性。