多跨連續箱梁橋拆除施工技術要點研究

張海

（莆田市交通投資集團有限公司，福建莆田 351100）

0 引言

隨著我國改革開放的持續深入，經濟不斷快速發展，高速公路通行車輛不斷地增加，很多既有高速公路的服務水平不斷下降，故需要對高速公路進行改建和擴建。在改建和擴建的過程中勢必涉及橋梁的拆除。目前國內常采用的橋梁拆除技術主要為爆破拆除、靜力切割、機械鑿除三種方式。針對多跨現澆連續箱梁的拆除目前的研究主要有：顏志強[1]充分利用既有未拆除的滿堂支架作為支撐，在最短工期內以逐段切割的方式安全地完成4×25m 現澆箱梁的拆除；拓明星[2]通過有限元軟件計算現澆箱梁拆除過程中的穩定驗算，分析了切割法在跨線預應力現澆箱梁拆除中應用。本文通過有限元軟件計算分析拆除中結構體系轉換后梁體的穩定性，提出在箱梁墩柱附近增設鋼結構支撐平臺的拆除方式，有效節約了深水支撐平臺費用和施工工期，為后續類似橋梁拆除工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程介紹

文章涉及的橋梁為跨江而建，路線與水流斜交41°，分為左右幅，每幅寬12.5m；該橋上部結構為9×25m 預應力混凝土T 型準連續梁+（35.4m+11×50m+35.4m）預應力混凝土箱型連續梁+22×25m 預應力混凝土T 型準連續梁；下部結構為鋼筋混凝土鉆孔灌注雙排樁基礎、實心雙柱式橋墩、肋板式橋臺。該研究涉及拆除的為第十跨至第二十二跨預應力混凝土現澆箱梁，均采用單箱單室斜腹板箱型截面，箱梁梁高2.8m，頂寬12.5m，底寬5.0m，箱梁懸臂長度為3.15m；頂板厚度從跨中處20cm 往支點漸變至40cm；底板厚度從跨中處20cm 往支點漸變至60cm；腹板厚度從跨中處32cm 往支點漸變至60cm；變化長度10m。擬拆除現澆箱梁橋型立面及平面見圖1、圖2。橋梁斷面見圖3、圖4。

圖1 擬拆除現澆箱梁立面圖（單位：cm）

圖2 擬拆除現澆箱梁平面圖（單位：cm）

圖3 現澆箱梁端部典型斷面示意圖（單位：cm）

圖4 現澆箱梁跨中典型斷面示意圖（單位：cm）

1.2 擬拆除橋梁周邊敏感點調查

根據對擬拆除橋位周邊進行調查，周邊敏感點主要有村莊、高鐵、河道、Ⅳ級航道，擬拆橋梁與周邊敏感點關系圖見圖5。

圖5 擬拆除橋梁周邊敏感點總體圖

1.2.1 擬拆第十跨下跨村道為道路和防洪堤結合，目前主要為當地村民通行用。高鐵橋梁上跨擬拆橋梁第十跨，近照見圖6。

圖6 擬拆橋梁第十跨近照

1.2.2 橋梁第十四跨至第二十二跨跨越河道，該河道為Ⅳ級航道，并在14-17#橋墩設置了防撞鋼結構；高鐵橋梁上跨擬拆橋梁第十五跨，現場情況見圖7。

圖7 擬拆橋梁第十四跨近照

2 橋梁拆除施工方案設計

如上所述，擬拆橋梁周邊敏感點多，該橋的拆除不能采用爆破進行，該研究對橋梁拆除采用繩鋸切割的方式進行拆除。

2.1 橋梁上部結構拆除方案設計

該研究采用上部結構拆除方案為先拆除防撞護欄，然后局部拆除橡膠箱梁翼緣板，最后從跨中往支點方向逐步拆除現澆箱梁頂板、腹板和底板。

該橋上部結構現澆箱梁與橋墩間設置盆式支座，考慮現澆箱梁跨中切割后其結構體系由連續結構變為懸臂結構[3]，見圖8、圖9，該研究在支點附近采用搭設鋼管支撐平臺支撐箱梁后再對連續箱梁拆除，支撐平臺方案簡圖如圖10、圖11 所示。

圖8 現澆箱梁切割橫斷面圖（單位：cm）

圖9 現澆箱梁切割平面圖（單位：cm）

圖10 支點臨時支撐平臺立面圖（單位：cm）

圖11 支點臨時支撐平臺橫斷面圖（單位：cm）

采用MIDAS/Civil 有限元分析計算程序對所需拆除的三跨連續梁各組成部分進行梁單元模擬，整體模型共計151 個節點和150 個單元，考慮二期鋪裝，并在貝雷梁架設部分設置僅受壓支座。切割施工階段考慮鈍化現澆箱梁跨中單元，將各支座反力提取，反向施加在支承貝雷梁分配梁上，即為所需拆除橋梁的荷載，模型如圖12 所示。

圖12 拆除橋梁結構整體計算模型

2.1.1 貝雷梁桁架計算

貝雷梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應力為-140.52MPa＜235MPa，滿足要求，如圖13 所示。貝類梁最大變形為11.88mm 滿足規范要求，變形如圖14 所示。

圖13 貝雷梁應力（單位：MPa）

圖14 貝類梁變形圖（單位：mm）

2.1.2 分配梁計算

分配梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應力為-36.07MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖15 所示。分配梁最大變形為7.13mm 滿足規范要求，變形如圖16 所示。

圖15 分配梁應力圖（單位：MPa）

圖16 分配梁變形圖（單位：mm）

2.1.3 主橫梁計算

主橫梁在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應力為-7.39MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖17 所示。主橫梁最大變形為0.85mm 滿足規范要求，變形如圖18 所示。

圖17 主橫梁應力圖（單位：MPa）

圖18 分配梁變形圖（單位：mm）

2.1.4 下部結構驗算

下部結構在自重和箱梁荷載和施工荷載作用下的最大壓應力為175.11MPa＜235MPa，滿足受力要求，如圖19 所示。下部結構最大變形為1.63mm 滿足規范要求，變形如圖20 所示。

圖19 下部結構應力圖（單位：MPa）

圖20 下部結構變形圖（單位：mm）

2.1.5 整體穩定分析驗算

經計算橋梁支撐梁整體彈性穩定系數為12.18，大于4.0，滿足要求，如圖21 所示。

圖21 支撐梁整體失穩形態圖

如上計算所述，切割施工時支撐平臺應力及變形均滿足規范要求，支撐平臺整體穩定性滿足要求。

2.2 橋梁下部結構拆除方案設計

該橋擬拆除下部結構大部分位于深水中，擬采用水中切割方式拆除。拆除方案為待上部現澆箱梁拆除后，從上往下切割墩柱、承臺、外露樁基，其中樁基拆除高度為現狀河床地面位置，水下切割為通過潛水員潛入水中利用繩鋸進行切割。方案簡圖見圖22。

圖22 橋墩拆除立面示意圖（單位：cm）

2.3 橋梁拆除平臺設計

根據上述拆除方案，此次拆除需要搭設施工便橋作為拆除橋梁和后續橋梁施工的平臺。考慮拆橋吊裝和運輸需求，便橋按6×9m 一聯設計，便橋寬度為10m。便橋設計控制荷載考慮180t 履帶吊機。便橋總體布置圖如圖23 和圖24 所示。

圖23 橋梁拆除平臺立面示意圖（單位：cm）

圖24 橋梁拆除橫斷面示意圖（單位：cm）

3 橋梁拆除施工要點

3.1 現澆箱梁拆除步驟

結合舊橋現場調查，此次橋梁拆除步驟具體如下：一是拆除橋面交安門架等其他附屬物。二是搭設施工便橋及現澆箱梁支撐平臺。三是拆除橋梁水中鋼結構防撞設施。四是采用金剛繩鋸分段切割及外運護欄。五是按照建橋逆序采用金剛繩鋸進行切割吊裝拆除現澆箱梁。六是采用水下切割設備及履帶吊裝進行切割拆除下部結構。

3.2 橋梁拆除施工要點及應對措施

第一，需對現狀橋梁進行勘察和檢測，針對舊橋的關鍵缺陷制定保護措施，確保拆除安全。第二，針對該工程施工特點，在拆橋施工前，對所有施工人員進行一次安全培訓及詳細的施工技術交底。第三，為做好跨線橋拆除施工現場的維護，應在拆除跨線橋的施工區域合理的位置設置圍擋、施工安全生產標志牌、安全警示標志牌，并委托專業機構或配備專職安全人員實施專項安全防護措施以確保安全。第四，施工重難點及應對措施：一是鉆切割孔時應查清橋面水平及坡度情況，并應根據橋面坡度及水平情況安裝鉆孔機，以確保現澆箱梁切割面垂直。二是為防止切割垂直度傾斜，切割孔范圍不得超過5m，切割繩波動不得過大。三是要提前根據原設計圖紙確認、標識預應力鋼絞線錨頭位置，避免切割箱體時造成相鄰段鋼絞線損壞，從而影響箱體安全。四是起重機的吊鉤繩在切塊縱向和橫向必須垂直吊鉤，應在每片切塊縱向中心點，切塊兩端安裝纜風繩，防止梁片吊離橋面后對上方的架橋機碰撞。五是起重機作業人員應持證上崗，支腿橫梁應固定到位，起重機吊裝應正確操作。

4 結語

本文通過周邊環境調查，利用有限元計算切割過程中體系轉換的受力模式，提出利用金剛繩鋸切割并設置支承平臺的拆除方案，目前該橋已經完成拆除施工，拆除施工共用時18 個月。橋梁拆除是一個復雜的問題，本文僅針對一座現澆箱梁的拆除，提出相應的拆除方案，能夠簡單地反映一部分現澆箱梁拆除存在的施工難點和對應措施，但針對其他橋型或復雜現澆箱梁的拆除，目前沒有具體的工程試驗做依托，故提出以下建議：一是舊橋拆除過程中應對舊橋進行必要的結構計算和安全評估，確保拆除過程的安全；二是舊橋拆除過程中特別是涉及結構體系轉換的過程，應加強該施工階段的結構檢算，充分考慮施工過程中的不確定性，確保拆除過程順利。