鐵路運營線下舊框架橋頂出拆除時的簡易滑板分析

張夢為 （安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040）

1 引言

隨著城市的擴張，原本位于城市郊區(qū)鐵路運營線下方框架橋的通行能力已無法滿足日益增長的交通需求，形成城市交通的堵點。拆除既有舊框架橋，在原址新建尺寸更大的新框架橋，對城市道路進行拓寬改造，已成為城市發(fā)展的迫切需求。

通常采用金剛石繩鋸切割、機械破碎、膨脹爆破等方法對舊框架橋進行拆除施工。如永年縣北環(huán)路地道橋工程[1]、沈陽市南五馬路公鐵立交工程[2]、蘭溪市城北立交橋擴孔工程[3]、天津北站25號橋改造工程[4]等工程采用了繩鋸切割法對舊框架橋進行逐塊切割與移除。秦皇島市西港路橋拆舊頂新工程[5]、大石橋市鐵西地道橋改造工程[6]采用人工用風鎬及機械破碎方式對舊框架橋進行了拆除。

一般在舊框架橋拆除之前，新框架橋已在工作坑中的滑板上預制完成。待舊框架橋拆除騰出空間后，后續(xù)新框架橋緊接著開展頂進作業(yè)。因此在確保施工安全前提下，舊框架橋的拆除施工工期越短，對后續(xù)新框架橋的頂進影響越小，對既有鐵路運營線的慢行控制時間越短。事實上，在條件允許情況下，也可采用把舊框架橋直接頂出的移除方法，其具有下列優(yōu)點。

在簡易后背(或新框架橋做后背)支撐下，直接頂出舊框架橋施工時間短，為后續(xù)新框架橋的頂進施工及時騰出空間；

舊框架橋頂出至鐵路安全范圍之外后再進行破除，其拆解施工不影響后續(xù)新框架橋的頂進作業(yè)，且可在工程相對空閑的時間段進行破碎作業(yè)，工期較為寬松，不具有緊迫性。

但對舊框架橋采用直接頂出的施工方法，也存在下列難點。

舊框架橋作為既有道路的一部分，經(jīng)過較長時間的使用已與地基土體緊密接觸，直接頂出時的起動頂力較大。當然，可在舊框架橋底板均勻開設若干鉆孔，基于鉆孔高壓注入觸變泥漿，可大大降低底板與地基土之間的摩擦力。

舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)，鑒于時間與成本的考慮，并不會修筑混凝土滑板，往往直接在地基土體上滑動。導致舊框架橋滑移過程中的摩擦力也較大，頂出速度不理想，增加了施工成本。

為此，本文提出了一種舊框架橋頂出拆除時的簡易滑板，為解決舊框架橋頂出施工的局限性提供技術支撐。

2 簡易滑板結(jié)構設計

舊框架橋頂出施工時，先破除影響范圍內(nèi)的原有路面結(jié)構，并把框架橋前進方向的原路基開挖至框架橋底板以下，后續(xù)框架橋被頂出時，將沿著原路基土層向前滑動，直至整體頂出至鐵路安全范圍之外。舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)，鑒于時間與成本的考慮，并不會修筑滑板。鋼筋混凝土滑板只在新框架橋的頂進工作坑內(nèi)修筑，其主要作為新框架橋預制的場地使用[7]。

但舊框架橋直接在原路基土層上頂出滑動時，存在下列局限性。

①原路面的破除、開挖，導致土體表面不平整，后續(xù)舊框架橋在不平整的土體表面滑動時，可能不同位置的高程發(fā)生變化，舊框架橋可能出現(xiàn)局部翹起現(xiàn)象，若與上部鐵路軌道發(fā)生碰撞，必將影響上部運營鐵路的安全[8]。

②舊框架橋在不平整的土體表面滑動時，其方向性難以控制，若軸線出現(xiàn)偏移，與鐵路路基一側(cè)土體發(fā)生刮擦，也會誘發(fā)施工風險。

③舊框架橋在不平整的土體表面滑動時，摩擦力較大，導致后方需配置較多的頂進設備，頂出速度較慢，增加了時間成本。

④若在舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)修建傳統(tǒng)的混凝土滑板，一方面耗時較長（混凝土的終凝需要時間），另一方面其僅能作為舊框架橋臨時滑行軌道使用，無其它功能，后續(xù)還需拆除，綜合成本高，顯然不會作為頂出施工方法的首選。

本文提供一種舊框架橋頂出拆除時的簡易滑板，其由工字鋼與鋼板組成，取材方便，可快速、安全的實現(xiàn)臨時滑板的安裝與拆除，可重復使用，達到縮短工期、節(jié)約造價的目的。

一種舊框架橋頂出拆除時的簡易滑板，包括受壓工字鋼、導向工字鋼、定位工字鋼與應力擴散板；多塊應力擴散板鋪設在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的土層表面，多根受壓工字鋼整齊排列置于應力擴散板上，受壓工字鋼的頂部略低于舊框架橋的底板底面；排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設置導向工字鋼，導向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面；兩側(cè)導向工字鋼的內(nèi)側(cè)水平凈距大于舊框架橋外側(cè)寬度5cm～10cm；定位工字鋼置于受壓工字鋼與導向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導向工字鋼，在其它常規(guī)輔助措施協(xié)助下定位工字鋼能阻止受壓工字鋼與導向工字鋼沿舊框架橋頂出方向的移動；受壓工字鋼、導向工字鋼、定位工字鋼、應力擴散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。所提簡易滑板的結(jié)構形式如圖1～圖5所示。

圖1 所提簡易滑板三維方位

圖2 所提簡易滑板三維方位

圖3 所提簡易滑板三維方位圖

圖4 所提簡易滑板橫向剖面圖

圖5 所提簡易滑板縱向剖面圖

上述提及的“其它常規(guī)輔助措施”包括大體積塊石抵住定位工字鋼、大型施工機械（挖土機、推土機等）抵住定位工字鋼、大卡車輪胎抵住定位工字鋼、堆放建筑材料抵住工字鋼等，使定位工字鋼在舊框架橋頂出的推力作用下不發(fā)生移動。使定位工字鋼位置固定的方法較多，故不一一列舉，在施工現(xiàn)場因地制宜、靈活選用即可。

多根受壓工字鋼整齊排列置于應力擴散板上，且使受壓工字鋼截面的寬度方向與應力擴散板垂直、受壓工字鋼截面的高度方向與應力擴散板平行，這樣擺放受壓工字鋼的穩(wěn)定性最高，不至于發(fā)生傾覆。

排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設置導向工字鋼，導向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面。舊框架橋頂出過程中若發(fā)生偏移，其外側(cè)必然與導向工字鋼發(fā)生刮擦、碰撞，導向工字鋼能約束舊框架橋的偏移量在允許范圍內(nèi)。

受壓工字鋼、導向工字鋼、定位工字鋼、應力擴散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體，組裝時應考慮后續(xù)拆卸的方便。連接方式應考慮對材料的影響較小，方便材料的后續(xù)重復使用。

受壓工字鋼端部伸入舊框架橋底板下方的長度不小于0.5m，且在舊框架橋底面與受壓工字鋼頂面之間鋪設承接板。舊框架橋起動頂出后，其前端壓在承接板上，承接板再壓在受壓工字鋼上。后續(xù)舊框架橋繼續(xù)頂出時，舊框架橋壓住承接板在受壓工字鋼上滑行，鋼材與鋼材之間的摩擦力較小，且增設承接板對保護簡易滑板的整體性有利。

應力擴散板下方鋪設碎石墊層并找平。鋪設碎石墊層后，還需采用機械進行碾壓平整，使應力擴散板與土體表面接觸緊密。

應力擴散板、承接板均為鋼板，舊框架橋頂出前在受壓工字鋼朝上與承接板接觸的表面涂抹潤滑劑。涂抹潤滑劑可進一步降低舊框架橋頂出過程中的摩阻力。

3 簡易滑板施工方法

簡易滑板的安裝施工方法如下。

對舊框架橋內(nèi)部及前后一段范圍內(nèi)的原有路面進行破除、清理干凈，露出地基土體。通常原有路面為瀝青路面或水泥路面。

開挖舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體，使土體表面低于舊框架橋的底板底面的高度大于受壓工字鋼與應力擴散板的豎向高度之和。

開挖舊框架橋頂出前端底部的土體，開挖長度不小于0.5m，為后續(xù)受壓工字鋼端部伸入舊框架橋底板下方提供空間準備。

在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體表面鋪設碎石墊層，并碾壓平整。

在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體碎石墊層上方鋪設應力擴散板。

在應力擴散板上整齊排列布置受壓工字鋼，受壓工字鋼的一端伸入舊框架橋底板下方的長度不小于0.5m。

在排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設置導向工字鋼，導向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面。兩側(cè)導向工字鋼的內(nèi)側(cè)水平凈距大于舊框架橋外側(cè)寬度5cm～10cm。

把承接板塞入舊框架橋底板底面與受壓工字鋼之間，使舊框架橋未頂出之前承接板已置于舊框架橋的底部下部。承接板的寬度應大于1.0m，使承接板的一半左右位于舊框架橋的底板外側(cè)。

把定位工字鋼置于受壓工字鋼與導向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導向工字鋼，在其它常規(guī)輔助措施協(xié)助下定位工字鋼能阻止受壓工字鋼與導向工字鋼沿舊框架橋頂出方向的發(fā)生移動。

受壓工字鋼、導向工字鋼、定位工字鋼、應力擴散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。組裝時應考慮后續(xù)拆卸的方便。連接方式應考慮對材料的影響較小，方便材料的后續(xù)重復使用。

舊框架橋頂出前在受壓工字鋼朝上與承接板接觸的表面涂抹潤滑劑。涂抹潤滑劑可進一步降低舊框架橋頂出過程中的摩阻力。

待后續(xù)舊框架橋頂出至鐵路線安全范圍之外、拆解破除、清理混凝土碎塊后，再對所提簡易滑板進行拆除。

所提簡易滑板的優(yōu)點包括以下三點。

①簡易滑板能有效約束、控制舊框架橋頂出過程中的高程與軸線，確保舊框架橋的在預定軌道上準確滑行，提高了鐵路運營線下方舊框架橋拆除的安全性。

②舊框架橋頂出過程中，框架橋僅與受壓工字鋼翼板側(cè)面接觸，接觸面積非常小，摩擦力非常小，故最終所需頂力較小，施工時間短。

③簡易滑板由鋼板與工字鋼構成，產(chǎn)品成熟，選材方便，組裝與拆卸方便，可重復使用，綜合費用較低。

4 簡易滑板受力分析

某既有鐵路運營線下方舊框架橋全寬 16.1m、凈寬 14.0m、高度 6.20m、長度13.60m、頂板厚度0.65m、底板厚度0.75m，因道路改造需要須進行拆除，后續(xù)再頂進尺寸與規(guī)格更大的新框架橋。

現(xiàn)以該舊框架橋為例，測算直接頂出施工時簡易滑板的具體結(jié)構參數(shù)。舊框架橋自重N=11090.8kN；舊框架橋底板面積S底=13.6×16.1=218.96m2。

4.1 頂力計算

通常，在決定頂力值的諸多因素中，框架橋自重是主要因素。頂力P計算公式可簡化為

式中μ—綜合摩阻系數(shù)；

N—框架橋自重(包括線路加固重及附屬設備重)。

一般地，綜合摩阻系數(shù)μ在0.8～1.8之間[9-10]。本案例中，舊框架橋經(jīng)過長時間的使用已與地基土體緊密接觸，故綜合摩阻系數(shù)應取大值，未經(jīng)地基潤滑處理的原始頂力為：

顯然該原始頂力過大，需配置較多的頂進設備，且對臨時后背要求高，增加了施工成本。鑒于舊框架橋無需進行保護，在舊框架橋上可進行隨意鉆孔，通過鉆孔可對底板下方的地基土高壓注入膨潤土泥漿。已有實驗表明[11-12]，觸變泥漿可使框架橋與土體之間的摩阻系數(shù)減少50%以上。在舊框架橋底部均勻開設若干鉆孔并注入觸變泥漿，其費用在合理范圍內(nèi)。關鍵在在降低摩阻力后，可減少頂進設備數(shù)量及臨時后背的規(guī)模，總體上可降低施工造價。不妨以摩阻系數(shù)降低50%為例，潤滑處理后的所需頂力為：

千斤頂?shù)捻斄σ话惆搭~定頂力的70%計算，使其具有適當?shù)膬洹？刹捎貌煌吞柕那Ы镯斶M行配置，如選用噸位200t的千斤頂7個即可。

當舊框架橋頂出至簡易滑板時，混凝土底板與受壓工字鋼接觸產(chǎn)生摩擦，其僅與工字鋼的翼緣板側(cè)面接觸，接觸面積非常小，此時的摩擦系數(shù)非常小。且后續(xù)頂出過程中，還可在受壓工字鋼翼緣板上涂抹潤滑劑，進一步降低舊框架橋底板與受壓工字鋼之間的摩阻力。參考相關文獻，以鋼-混凝土之間摩阻系數(shù)μ=0.20考慮，得到舊框架橋進入簡易滑板后的頂力為：

可見，當舊框架橋進入滑板后，其所需頂力大大降低，僅為起動頂力(潤滑處理后)的22.2%。頂力減小一方面可降低對液壓設備的需求，另一方面可加快頂出速度(頂出施工無需考慮對舊框架橋的保護)，縮短施工時間。只要前期準備充分，舊框架橋頂出至鐵路安全線之外，通常可在一天內(nèi)完成。可見，簡易滑板能發(fā)揮較大作用。

4.2 應力擴散板的選用

由于原框架橋所在的城市道路已使用多年(超過10年)，道路地基土體的固結(jié)土體可視為早已完成，舊框架橋附近的地基承載力可視為相同。故應力擴散板的總和面積不小于舊框架橋底面面積即可，如可選用 6.0m(長)×1.5m(寬)×2.0cm(厚)的普通鋼板27塊，其總面積為S鋼板=6×1.5×27=243m2，沿舊框架橋頂出方向布置9排，每排鋪設3塊即可。

4.3 受壓工字鋼的選用

受壓工字鋼截面的寬度方向與應力擴散板垂直，使受壓工字鋼“橫躺”在應力擴散板上，這樣擺放受壓工字鋼的穩(wěn)定性最高，不至于發(fā)生傾覆，如圖6所示。

圖6 受壓工字鋼的擺放姿態(tài)

所提簡易滑板中的受壓工字鋼僅承受壓力，其把舊框架橋的自重傳遞至下方的應力擴散板上，兼發(fā)揮“滑軌”的作用。受壓工字鋼基本不承擔彎矩與剪力，不需驗算其強度問題，故可選用截面尺寸較小(費用較低)的工字鋼型號即可。所提舊框架橋頂出拆除案例中，可選擇10#或12#工字鋼6根(間距3.0m)即可。

4.4 導向工字鋼的選用

導向工字鋼位于滑板的兩側(cè)，起到約束舊框架橋頂進軌跡的作用，使其不會發(fā)生較大的偏移，故導向工字鋼的高度應相對較大。所提舊框架橋頂出拆除案例中，可選擇22#或25#型號的工字鋼作為導向工字鋼即可。

置于簡易滑板中的其它材料，可根據(jù)現(xiàn)場實際靈活選用即可。各構件之間用螺栓連接或焊接連接形成整體，其需考慮后續(xù)拆卸的方便。所提簡易滑板由鋼板與工字鋼構成，組裝與拆卸方便，可重復使用，綜合費用較低，為舊框架橋的頂出施工提供了便利。

5 結(jié)語

提出了一種舊框架橋頂出拆除時的簡易滑板，包括受壓工字鋼、導向工字鋼、定位工字鋼與應力擴散板；多塊應力擴散板鋪設在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的土層表面，受壓工字鋼整齊排列置于應力擴散板上；排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設置導向工字鋼；定位工字鋼置于受壓工字鋼與導向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導向工字鋼；各構件之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。

所提簡易滑板能有效約束、控制舊框架橋頂出過程中的高程與軸線，提高了施工的安全性；舊框架橋頂出過程中，框架橋僅與受壓工字鋼翼板側(cè)面接觸，摩擦力非常小，施工時間短；簡易滑板由鋼板與工字鋼構成，組裝與拆卸方便，可重復使用，綜合費用較低。