鋼筋混凝土系桿拱橋無損性拆除技術研究

龔奇豐

(中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

隨著城市化建設和航道規劃發展的需要，一些橋梁因建造時技術標準偏低，承載能力達不到使用要求;或因長期超載運行，導致結構破壞失效，存在重大安全隱患，因此需要拆舊橋，建新橋，改建項目日益頻繁。在拆除既有橋梁施工過程中，傳統的拆除技術方法，主要包括人工鑿擊和錘砸，這種拆除工藝投入少，速度慢，施工時間長，容易對人身和周邊環境造成損害。隨著現代技術的發展，氣動破碎(風鎬、氣錘)、大型機械破碎(挖機、液動錘)等設備用于橋梁拆除施工，飛速發展的爆破技術也已廣泛應用于橋梁拆除施工中，這些拆除技術無一例外都會對施工現場的周邊環境造成較大的影響，包括高噪聲、高振動、拆除過程要保持一定的安全距離，現場形象較差，施工工期較長，并需要對施工現場進行交通(航道)管制等。無損性拆除技術是利用金剛石盤鋸、繩鋸等專業切割設備，對要分離的鋼筋混凝土結構進行切割分離的施工技術，是近幾年來發展起來的一種環保、高效、安全的新型靜力拆除施工方法。

1 工程概況

為適應蕪申運河發展規劃需要，蕪湖市袁澤橋老橋需拆除重建。袁澤橋主橋跨徑75 m，橋面寬26.1 m，上部結構為單孔下承式鋼筋混凝土系桿拱橋(圖1)。拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5，矢高為14.32 m，共設2片拱肋，斷面為鋼筋混凝土箱形截面。拱肋高1.6 m，寬1.6 m，壁厚為0.24 m。系桿采用預應力混凝土箱形截面梁，由2根組成，每根系桿梁高2.4 m，梁寬1.6 m。

圖1 袁澤橋老橋

2 拆除方案總體概述

2.1 項目特點

(1)本項目在既有新橋邊進行老橋拆除(其中老橋主橋與上游側新橋凈距為10 m)，且位于城區，周邊人口較密集，現場施工環境、條件特殊，對工程安全、工期及文明施工程度要求高。

(2)“拆橋”在一定程度上比“建橋”難，因拱內自身受力體系轉換復雜，可能存在眾多的不確定因素，危險性大，尤其是通航河道上的大跨徑拱橋拆除難度更大，傳統的拆橋工藝無法滿足本項目的特點和要求。

(3)袁澤橋右幅新橋建設須在拆除完成既有老橋的基礎上進行，施工總體工期要求緊，拆除施工周期直接影響項目總體施工進度。

2.2 拆除方案概述

無損性切割分離是一種新興的靜力拆除方法，主要設備包括金剛石盤鋸和金剛石繩鋸。施工切口整齊、平直，不受施工場地、環境保護、工期、安全原因等條件限制，具有施工作業速度快、噪聲低、無振動、無粉塵廢氣污染等優點。受篇幅所限，本文僅結合拱肋拆除施工進行介紹。

3 主要施工機械設備

主橋上部結構拆除施工主要施工機械設備見表1。

表1 主要施工機械設備

4 金剛石繩鋸工作原理及特點

4.1 工作原理

金剛石繩鋸的主要原理是通過液壓馬達高速驅動帶有金剛石串珠的鋼絲繩索繞著被切割物體運轉，在一定張拉力的作用下，高速磨削被切割物體，產生的磨屑和熱量被冷卻水帶走，最終達到分離被切割物體的目的。由于使用金剛石單晶作為研磨材料，故此可以對石材、鋼筋混凝土等堅硬物體進行切割。液壓泵運轉平穩，并且可以通過高壓油管遠距離控制操作，所以切割過程中不但操作安全方便，而且施工作業速度快、噪聲低、無振動、無粉塵、無廢氣污染，被切割物體能在幾乎無擾動的情況下被分離。

4.2 施工工藝流程

確定切割斷面位置→鉆吊裝孔或穿繩孔→安裝固定導向輪→固定繩鋸機→穿吊裝繩→安裝金剛石繩索→連接相關操作系統→切割→吊裝→完成拆除。

4.3 施工特點

(1)不受被切割物體積大小和形狀的限制，能切割和拆除大型的鋼筋混凝土構筑物。

(2)可以實現任意方向的切割，如橫向、豎向、對角線方向等。

(3)快速的切割可以縮短工期，切割效率:2 m2/h左右。

(4)解決了常規拆除施工過程中的振動、噪聲、灰塵及其他環境污染問題。

(5)遠距離操作控制可以實現水下、高空、危險作業區等一些特定環境下一般設備、技術難以完成的切割。

5 主要施工方案

5.1 總體拆除順序

根據老橋先梁后拱再橋面(含附屬)的施工工藝，本橋拆除施工順序采用了逆向工序法先橋面(含附屬)后拱再梁部逐步拆除各構件，并采取解除約束、分段釋放等卸載程序。因本橋上游側為新建完成的新橋，浮吊無法在上游側進行吊裝作業，根據現場實際情況，采取非對稱順序進行拆除施工，總體拆除順序如下(拱肋分段見圖2)。

(1)拆除臨時支墩(鋼管樁)頂部橋面板，搭設系桿、拱肋支架→(2)拆除剩余橋面板，吊桿放張→(3)依次拆除下游側拱肋A、B、C段→(4)拆除4號～7號中橫梁和下游側臨時支墩間的系桿(用于浮吊就位拆除上游側拱肋)→(5)依次拆除上游側拱肋A、B段和臨時支墩間系桿→(6)完成剩余部分結構拆除→(7)完成支架拆除。

5.2支架設計

(1)按最不利工況計算(A段拱肋拆除完成)，單墩設計承載力需大于4 000 kN。設計采用φ50 cm、壁厚10 mm的鋼管樁、I36a型鋼等材料搭設完成系桿下的臨時支墩。支墩結構布置見圖2、圖3。

圖2 拱肋分段及支架布置示意(單位:cm)

圖3 支架

(2)為防止預應力筋回縮(管道壓漿可能不密實造成的)、機械設備碰撞及受力不平衡等原因造成系桿橫向位移，確保支墩穩定，在支墩頂面位于系桿兩側設置系桿橫向限位裝置(圖4)。將系桿和支墩連成一體，利用系桿來平衡支墩頂面的縱向水平力和彎矩，確保支墩的穩定。

圖4 系桿限位裝置

(3)采用碗扣腳手架搭設拱肋臨時支架，根據系桿寬度，碗扣支架橫橋向布置4排(間距為60 cm)，縱向在B段拱肋下布置18排(間距為60 cm)，步距120 cm。

5.3 吊桿放張

吊桿切割是拱橋拆除中十分重要的環節，涉及到結構受力的轉換，且吊桿由受力狀態瞬間轉化為無應力狀態，對安全保護措施要求高，稍有不慎易造成安全事故。因本項目無法進行單根索的逐級、可控放張，在總結以往經驗、結合本項目特點的基礎上，采取了直接切割放張。

(1)放張順序:臨時支架搭設完成后，進行吊桿放張，吊桿放張采用由跨中向兩端對稱進行。

(2)放張方法:單根吊桿設計為165φ5 mm高強鋼絲柔性吊桿。采用割刀(氣割)逐級割斷吊桿PE套內的高強鋼絲進行放張。

(3)保護措施:為確保吊桿放張施工的安全，吊桿放張前，在相應吊桿位置采取鋼管等材料搭設“井”字固定架對其定位固定，確保吊桿回彈控制在允許范圍，避免吊桿可能的回彈造成安全事故，吊桿固定及切割如圖5所示。

圖5 井字架設計、吊桿切割(單位:cm)

5.4 拱肋拆除

5.4.1 按照總體施工順序和施工步驟，進行拱肋分段拆除

(1)單個拱肋分5段拆除，最大質量為71 t，切割面與水平面夾角為75°。

(2)吊裝時采用直接捆綁方式，鋼絲繩與水平面夾角50°，單段拱肋吊裝時設2個吊點。

5.4.2 拱肋拆除(圖6～圖12)

圖6 金剛石繩鋸安裝

(1)臨時封閉航道，浮吊就位，對所需拆除的拱肋用鋼絲繩捆綁并用浮吊吊住，準備切割。

(2)在拱肋表面測量畫線標出切割面位置，切割面與水平面成75°角，固定好繩鋸機后進行拱肋混凝土切割，浮吊根據鋼絲繩受力情況進行施力調整。

(3)起吊時，浮吊鋼絲繩緩緩提升，使切斷拱肋慢慢脫離后調運到指定點破除。

(4)按施工順序依次進行構件切割拆除。

圖7 浮吊就位

圖8 金剛石繩鋸切割作業

圖9 A段拱肋切割完成

圖10 A段拱肋拆除完成

圖11 B段拱肋拆除

圖12 C段拱肋拆除

6 主橋上部結構拆除穩定驗算(圖13、圖14)

因老橋上部結構在拆除過程中處于非對稱狀態，需要對各工況下老橋上部結構的自身穩定進行驗算。老橋拆除各階段穩定驗算采用MADIS空間軟件程序進行驗算，拆橋步驟按方案執行。通過計算可知各拆橋階段穩定滿足規范要求，穩定最不利階段為拆除縱梁階段，穩定系數最小為5.4。當拆除完下游側一段系桿階段時，穩定系數為32.5。驗算表明，采取非對稱拆除施工順序和步驟是可行的。

圖13 縱梁拆除計算模型

圖14 下游側系桿拆除計算模型

7 主要安全、進度控制措施

(1)主橋拆除施工前，向航道部門申請在施工水域設置浮標，明示通航水域，按要求設置導航、安全標志，及時發布航行通告，并設置必要的防撞墩，確保不禁航時段過往船只通行和支墩的安全。

(2)編制方案前，應進行老橋竣工圖會審，認真閱圖，了解老橋的基本概況及各部分構件的工程量，充分掌握橋梁的結構及受力特點。

(3)臨時墩施工，特別是鋼管樁打入施工，必須根據實際各點的河床高程確定鋼管樁長度和打入深度，確保臨時墩受力滿足設計要求。

(4)吊桿拆除是一個應力釋放的過程，安全風險高，必須采取可靠措施確保安全順利進行吊桿拆除。實踐證明，只要采取了有效的保護措施，進行吊桿直接切割放張是簡單、有效、可行的。

(5)拆除施工過程中，配專業測量人員對老橋進行現場觀測測量，在拱腳、1/4拱肋、拱頂、臨時墩等位置布置測量觀測點，以便在拆橋過程中及時觀測拱肋及臨時支墩的變形情況。

(6)沿拱肋側面采用鋼管腳手架搭設安全護欄，并設置密目安全網。

(7)拆除A段拱肋時，浮吊、拱肋容易處于相對不穩定狀態，在拱肋切割、提升過程中，可能出現卡鋸、卡拱現象。通過調整浮吊提升力來調整拱肋段的平衡，必要時采取二次切割等措施確保拆除的安全、順利進行。

(8)起吊設備的吊裝能力、吊裝用鋼絲繩等必須有足夠的安全儲備。

(9)采用先進的施工技術，并配足設備和專業施工人員，實際僅用40 d就完成了主橋拆除施工，確保了施工進度。

8 結語

通過采用無損拆除施工技術，不僅提高了施工操作的安全性，也降低了噪聲、粉塵、建筑垃圾等對環境造成的影響;整體分塊切割下來的構件集中破碎處理，并將破碎后的廢渣用于修建臨時便道等用途，提高了經濟效益;采用整體切割分離技術，避免了建筑垃圾進入河道，使對河水污染降到最低;同時只對航道采取了間隙性封航，使封航造成的社會影響降到最小。

在進行主橋無損拆除施工中，施工安全、進度均處于可控狀態，同時取得了良好的經濟效益。無損拆除是一種安全可靠，具有眾多優點的施工技術，適用于所有大型的鋼筋混凝土構筑物拆除，具有較好的推廣價值。但無損拆除采用的是整體切割分離、分塊吊裝技術，相對其他工藝需增加吊裝等設備，因此對于不受通航、地形條件和周邊環境限制的橋梁或建筑物拆除施工要與其他方案進行經濟比較。

[1]周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社，2005.

[2]章國慶.桐廬富春江二橋主橋拆除施工技術[J].鐵道標準設計，2010(2):97-99.