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(shè)和航道規(guī)劃發(fā)展的需要，一些橋梁因建造時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，承載能力達(dá)不到使用要求;或因長期超載運行，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(tǒng)的拆除技術(shù)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(huán)境造成損害。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，氣動破碎(風(fēng)鎬、氣錘)、大型機械破碎(挖機、液動錘)等設(shè)備用于橋梁拆除施工，飛速發(fā)展的爆破技術(shù)也已廣泛應(yīng)用于橋梁拆除施工中，這些拆除技術(shù)無一例外都會對施工現(xiàn)場的周邊環(huán)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(xiàn)場形象較差，施工工期較長，并需要對施工現(xiàn)場進行交通(航道)管制等。無損性拆除技術(shù)是利用金剛石盤鋸、繩鋸等專業(yè)切割設(shè)備，對要分離的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行切割分離的施工技術(shù)，是近幾年來發(fā)展起來的一種環(huán)保、高效、安全的新型靜力拆除施工方法。

1 工程概況

為適應(yīng)蕪申運河發(fā)展規(guī)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(jié)構(gòu)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(shè)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(yù)應(yīng)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(cè)新橋凈距為10 m)，且位于城區(qū)，周邊人口較密集，現(xiàn)場施工環(huán)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(nèi)自身受力體系轉(zhuǎn)換復(fù)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(tǒng)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(shè)須在拆除完成既有老橋的基礎(chǔ)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(shè)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(huán)境保護、工期、安全原因等條件限制，具有施工作業(yè)速度快、噪聲低、無振動、無粉塵廢氣污染等優(yōu)點。受篇幅所限，本文僅結(jié)合拱肋拆除施工進行介紹。

3 主要施工機械設(shè)備

主橋上部結(jié)構(gòu)拆除施工主要施工機械設(shè)備見表1。

表1 主要施工機械設(shè)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(dá)高速驅(qū)動帶有金剛石串珠的鋼絲繩索繞著被切割物體運轉(zhuǎn)，在一定張拉力的作用下，高速磨削被切割物體，產(chǎn)生的磨屑和熱量被冷卻水帶走，最終達(dá)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(zhuǎn)平穩(wěn)，并且可以通過高壓油管遠(yuǎn)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(yè)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(dǎo)向輪→固定繩鋸機→穿吊裝繩→安裝金剛石繩索→連接相關(guān)操作系統(tǒng)→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(gòu)筑物。

(2)可以實現(xiàn)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(guī)拆除施工過程中的振動、噪聲、灰塵及其他環(huán)境污染問題。

(5)遠(yuǎn)距離操作控制可以實現(xiàn)水下、高空、危險作業(yè)區(qū)等一些特定環(huán)境下一般設(shè)備、技術(shù)難以完成的切割。

5 主要施工方案

5.1 總體拆除順序

根據(jù)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(gòu)件，并采取解除約束、分段釋放等卸載程序。因本橋上游側(cè)為新建完成的新橋，浮吊無法在上游側(cè)進行吊裝作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)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(shè)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(cè)拱肋A、B、C段→(4)拆除4號～7號中橫梁和下游側(cè)臨時支墩間的系桿(用于浮吊就位拆除上游側(cè)拱肋)→(5)依次拆除上游側(cè)拱肋A、B段和臨時支墩間系桿→(6)完成剩余部分結(jié)構(gòu)拆除→(7)完成支架拆除。

5.2支架設(shè)計

(1)按最不利工況計算(A段拱肋拆除完成)，單墩設(shè)計承載力需大于4 000 kN。設(shè)計采用φ50 cm、壁厚10 mm的鋼管樁、I36a型鋼等材料搭設(shè)完成系桿下的臨時支墩。支墩結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力筋回縮(管道壓漿可能不密實造成的)、機械設(shè)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(wěn)定，在支墩頂面位于系桿兩側(cè)設(shè)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(wěn)定。

圖4 系桿限位裝置

(3)采用碗扣腳手架搭設(shè)拱肋臨時支架，根據(jù)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(huán)節(jié)，涉及到結(jié)構(gòu)受力的轉(zhuǎn)換，且吊桿由受力狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)化為無應(yīng)力狀態(tài)，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(jié)以往經(jīng)驗、結(jié)合本項目特點的基礎(chǔ)上，采取了直接切割放張。

(1)放張順序:臨時支架搭設(shè)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(shè)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(nèi)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(yīng)吊桿位置采取鋼管等材料搭設(shè)“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(shè)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(zhì)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(shè)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(zhǔn)備切割。

(2)在拱肋表面測量畫線標(biāo)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(jù)鋼絲繩受力情況進行施力調(diào)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(diào)運到指定點破除。

(4)按施工順序依次進行構(gòu)件切割拆除。

圖7 浮吊就位

圖8 金剛石繩鋸切割作業(yè)

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(jié)構(gòu)拆除穩(wěn)定驗算(圖13、圖14)

因老橋上部結(jié)構(gòu)在拆除過程中處于非對稱狀態(tài)，需要對各工況下老橋上部結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定進行驗算。老橋拆除各階段穩(wěn)定驗算采用MADIS空間軟件程序進行驗算，拆橋步驟按方案執(zhí)行。通過計算可知各拆橋階段穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，穩(wěn)定最不利階段為拆除縱梁階段，穩(wěn)定系數(shù)最小為5.4。當(dāng)拆除完下游側(cè)一段系桿階段時，穩(wěn)定系數(shù)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(cè)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(shè)置浮標(biāo)，明示通航水域，按要求設(shè)置導(dǎo)航、安全標(biāo)志，及時發(fā)布航行通告，并設(shè)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(yīng)進行老橋竣工圖會審，認(rèn)真閱圖，了解老橋的基本概況及各部分構(gòu)件的工程量，充分掌握橋梁的結(jié)構(gòu)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(jù)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(shè)計要求。

(4)吊桿拆除是一個應(yīng)力釋放的過程，安全風(fēng)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(yè)測量人員對老橋進行現(xiàn)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(cè)面采用鋼管腳手架搭設(shè)安全護欄，并設(shè)置密目安全網(wǎng)。

(7)拆除A段拱肋時，浮吊、拱肋容易處于相對不穩(wěn)定狀態(tài)，在拱肋切割、提升過程中，可能出現(xiàn)卡鋸、卡拱現(xiàn)象。通過調(diào)整浮吊提升力來調(diào)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(shè)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(shù)，并配足設(shè)備和專業(yè)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(jié)語

通過采用無損拆除施工技術(shù)，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(huán)境造成的影響;整體分塊切割下來的構(gòu)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(jīng)濟效益;采用整體切割分離技術(shù)，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(tài)，同時取得了良好的經(jīng)濟效益。無損拆除是一種安全可靠，具有眾多優(yōu)點的施工技術(shù)，適用于所有大型的鋼筋混凝土構(gòu)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(shù)，相對其他工藝需增加吊裝等設(shè)備，因此對于不受通航、地形條件和周邊環(huán)境限制的橋梁或建筑物拆除施工要與其他方案進行經(jīng)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(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(2):97-99.