高速公路改扩建工程桥梁拆除施工技术
时间：2023-04-16 17:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
江 凯
（安徽省交控建设管理有限公司，安徽 合肥）
在国家经济朝着高水平递进过程中，交通基础建设广泛推进。早期因相关标准和作业水平限制，上跨高速或既有高速桥梁的耐久性、安全性、适用性与近几年相比均存在不足之处，无法满足现今时期地域交通运营安全性要求，桥梁改扩建势在必行。桥梁拆除是高速公路改扩建作业的重要组成部分，也是不确定性、风险最高、施工难度最大的一部分，桥梁拆除施工方法的选择及施工组织，将影响整个工程进程。因此，探讨改扩建工程中的桥梁拆除作业工艺具有非常重要的意义。
1.1 基本情况
某高速公路改扩建工程为分离式立交桥。工程中孔上跨交通量密集的主干道，相距1 488.65 cm～1 800 cm，交叉角度为76°，最大纵坡为0.35‰，最大横坡为2.20‰。初期规划既有桥梁全部拆除扩建（除桩基础）。既有桥梁上部为（30+40+30）m 现浇连续非预应力变截面箱梁（预应力混凝土简支空心板结构，见图1），单跨重量为150 t；
桥墩位置梁体高度为3.0 m，桥台位置梁体高度为2.1 m，下部为双圆柱式桥墩、肋板式桥台，重量为35 t。既有桥梁全幅板梁高度为80 cm，共计60 片，轨道顶部、既有桥梁底部之间相距7.2 m，桥梁底部、线上承力索净高为0.72 m，上行线加强筋、桥墩既有盖梁横向净距离为0.70 m，拆除期间需保证上跨主干道顺利运营。
图1 现浇连续非预应力变截面箱梁结构
图1 中，1 为主梁的上顶板；
2 为中横隔板；
3 为端横隔板；
4 为钢腹板；
5 为预应力钢绞线；
6 为主梁的下底板。
1.2 拆除思路
由既有高速公路交通量可知，其交通量达到48 000 辆小客车/日，不适用于完全封闭作业，在既有桥梁拆除期间需保证双向车道通行能力，且拆除时机与高速公路改扩建总体路基拓宽、主线桥梁拼宽保持一致，确保结构拆除期间既有桥梁解体、结构体系转换、切割破碎、卸除移运环节均无失稳、断裂、破坏、倾覆问题，最大限度降低拆除操作对过往车辆及人员、建筑物、交通安全的威胁。根据操作要求，封闭前期准备作业占据比重较大。
交通封闭用时最大，占全部拆除作业用时的60%。在交通封闭前准备时，需要统计拆除机械设备，包括6 台切割机液压动力站、8 套金刚石绳锯机头、4套挖掘机、500 m 金刚石绳、16 张金刚石锯片、10 桶48#液压油等，并配置主要作业人员，包括切割组、机械操作人、吊装人、设备维修人。
相关准备工作完成，先封闭高速公路超车道，将临时支撑架设在高速公路改扩建工程既有桥梁中央分隔带、封闭道，再封闭紧急车道并搭设临时支撑，按设计位置进行金刚石绳锯切割，断开既有桥梁。断开既有桥梁后，拆除中央隔离带、封闭道临时支撑，将桥墩区域梁体吊离到指定位置并凿除，恢复交通。
确保剩余梁段无垮落风险后，封闭紧急车道，由中间位置朝向两边，对称拆除拱上梁板，按设计切割位置进行金刚石绳锯切割，断开拱部，经专业吊装工具移运梁段，拆除上部梁板后主拱肋，确保拱肋受力状态较为安全稳定。
最后，封闭高速公路左幅交通并搭建临时支撑，锚固支架、梁体，破除翼板、防撞墙，沿着第二跨中央分隔带，朝向箱梁横断面，破除箱体，逐块、逐段凿除[1]。凿除后，清理现场并恢复封闭交通，按照同样的方法，完成第三跨箱梁、第四跨箱梁拆除，确保拆除桥段稳定的情况下恢复交通。
既有桥梁拆除作业中，主梁吊装拆除顺序、下部结构切割方案是重点内容，也是难点部分，整个模块操作合理性关乎既有结构拆除安全性与经济性。
2.1 下部结构盖梁切割方案
下部结构盖梁切割需要考虑最适宜切割位置以及最佳切割操作顺序。在下部结构切割前，分析既有桥梁切割工作情况下的静力，并以数值模拟的方式，了解切割状况下的盖梁内力状态，确定最佳盖梁切割部位。常用的分析手段为有限元软件，先对分析盖梁拆除前的受力数值（自重荷载），再分析盖梁跨中节点约束释放后受力状态，最后释放既有桥梁墩部位置单元节点约束，模拟切割拆除作业，确定盖梁承受应力最均匀的切割部位。
2.1.1 有限元分析
借助“桥梁博士”有限元软件，构建桥梁盖梁模型，上部结构恒定荷载依据支座实际作用力、作用位置集中施加到相应节点位置，盖梁自身重量则经有限元内置程序计入自重。活动荷载作用期间，将各个1～18 单位作为活动荷载自定义依据，横向移动布置，受两跨结构纵向影响线的直接影响[2]。
如图2 所示，桥梁下部结构有限元模型可划分为18 个单元，作用于盖梁上部位置集中力P、车道荷载下支反力R 之间的关系如下：
图2 桥梁下部结构有限元模型
式（1）中，P 为盖梁上部位置集中力，MPa；
R 为车道荷载下支反力，MPa。根据式（1），结合现有数据，得出有限元模型中不同状态下中跨弯矩见表1。
表1 不同状态下中跨弯矩
根据有限元分析结果，得出盖梁由中跨位置、1/4跨周边切割时，桥墩位置弯矩较大，分别为495.6 kN·m、417.6 kN·m，安全风险较高；
而在桥墩位置拆除盖梁时，弯矩较切割前减少28 kN·m，盖梁内力下降。因此，可以先切割桥墩位置盖梁，再切割盖梁中跨，最后切割1/4 跨位置盖梁。
2.1.2 金刚石绳锯切割方案确定
切割操作时，选择切割平直、操作快速、尺寸精准、作业安全无碎块飞溅、噪音较低的金刚石绳锯切割方案，以液压马达驱动金刚石绳索绕切割面高速运转，在经金刚石单晶研磨切割体的同时，配合水冷却冲走研磨碎屑，完成对密集钢筋混凝土料的切割[3]。因金刚石绳锯切割可经高压油管远距离控制，振动、噪声均处于较低水平，可基本实现既有桥梁无扰动切割。金刚石绳锯切割参数见表2。
表2 金刚石绳锯切割参数
根据表2 设计金刚石绳锯切割设备参数。
2.1.3 切割操作要点
改扩建工程中，桥梁下部盖梁金刚石绳锯切割流程见图3。
图3 桥梁下部盖梁金刚石绳锯切割流程
根据图4，有序进行桥梁下部盖梁金刚石绳锯切割操作。第一步，确定切割位置，切割位置由设计图纸确定，具体见图4。
图4 金刚石绳锯切割位置
图4 中，1 为切割缝。
在切割位置搭设临时支撑，临时支撑参数见表3。临时支撑稳定后，启动电动马达，调整主动轮，绷紧金刚石绳，并持续供应循环冷却水[4]。
表3 桥梁下部盖梁金刚石绳锯切割部位临时支撑参数
切割期间，密切观察机械稳定性，根据观察结果进行导向轮的持续调整，确保金刚石切割绳未超过平面，且运转线速度为27 m/s[5]。在运转稳定情况下，作业者可以采用2 台金刚石绳锯机横向全幅分段切割，各跨之间距离为6.5 cm±1.5 cm。切割后，经专业吊装工具将切割物（跨中与1/4 跨切割截面5.3 m2，墩部切割截面7.0 m2）调离平面，吊离孔位于翼缘板、腹板交接位置，吊离孔纵向长为2.5 m±0.5 m。
2.2 主梁吊装拆除方案
主梁吊装拆除需要考虑高速公路通行要求以及新上部结构搭建要求。以往机械破碎主梁的方式需封闭操作，对预先留设操作空间具有较高要求，且存在噪声大、不确定风险因子多、作业扬尘多的问题[6]。为满足交通要道正常运营要求，作业者可以利用基于SPMT（self-propelled module transporters，自行式运输机械）的快速托运支撑系统，选择中心回转、横行、直行、斜行、八字转向等模式，经顶升工具顶起分割梁段，沿设计路线运输到规划场地。
基于SPMT 的吊装拆除流程见图5。
图5 基于SPMT 的吊装拆除流程
在基于SPMT 的吊装拆除前，作业人员应联系管线部门，改移临时架空线管，并在既有桥梁一侧进行存梁场地设置，存梁场地与高速公路边缘标高一致，均为30 cm 碎石水平碾压密实后摊铺水泥面。准备完毕后，拼接组合6 轴线动力车、动力模块，形成一排移动运输模块车组[7]。同时，根据结构受力状态，借助1.5 m 高钢筒支撑落梁支架、托梁支架。支撑平稳后，先封闭左幅车道，开设中央分隔带临时改道口，右幅车道正常运营，促使左幅梁板落到模块车中央，经模块车将拆除梁板水平运出场地。同理，封闭右幅车道，改道口到左幅，快速完成移动运输。在左右幅梁板移动运输期间，作业者应采用分级顶升方式，分别依据60%载荷、80%载荷、100%载荷、最大105%载荷的标准，进行顶升运移，顶升速度超过20 mm/min 但小于50 mm/min，整体向上顶升20 cm。顶升后沿着前期规划快速移动路线运离现场，完成体系转换。
统计高速公路改扩建工程既有桥梁拆除过程监控结果，得出监控结果见表4。
表4 高速公路改扩建工程既有桥梁拆除过程监控结果
如表4 所示，SPMT 与金刚石绳锯切割结合作业模式下，梁体、支撑结构、车组、地基基础均处于正常状态，切割移运拆除期间无异常，作业效率较高，满足预期作业要求。
通过上述总结和分析，在既有桥梁拆除作业期间存在着不安全因素多、作业环境复杂、作业难度大等情况，亟待规范化、标准化的作业工艺。探索采用SPMT、金刚石绳锯机械支撑下的桥梁拆除工艺，是本高速公路桥梁拆除最适宜的方法，也可为类似货运任务繁忙、车流量密集的立交桥桥梁拆除提供借鉴。
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