秦蘭芳

(焦作市公路管理局，河南 焦作 454000)

0 引 言

鄭常線上跨京廣鐵路立交橋始建于1991年，橋梁全長(zhǎng)160 m，寬11.5 m。設(shè)計(jì)載荷相當(dāng)于現(xiàn)行規(guī)范公路Ⅱ級(jí)，橋跨布置為3×20 m+40 m+3×20 m，其中20 m為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，40 m為鋼梁與混凝土板組合梁，支座采用橡膠支座，空心板采用140 mm×140 mm×42 mm橡膠支座，40 m主跨采用250 mm×350 mm×49 mm橡膠支座。橋臺(tái)為肋板式，橋墩為樁柱式，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，除連接墩采用L形蓋梁，其他各橋墩采用方形橋墩。由于橋梁建設(shè)時(shí)施工工藝及技術(shù)水平有限，該橋又位于焦作至鄭州的咽喉要道，是晉煤外運(yùn)的主要干道，公路交通量較大，重載、超載車輛較多，對(duì)橋梁損害巨大。在橋梁運(yùn)行期間，京廣鐵路升級(jí)改造為雙線電氣化鐵路，橋下有京廣鐵路上、下行線和渡線，2.7萬(wàn)伏的接觸網(wǎng)與鋼梁梁底凈距僅有0.95 m，日常維修及刷漆保養(yǎng)無(wú)法進(jìn)行，鋼梁跨中出現(xiàn)嚴(yán)重下?lián)?，鋼梁亦出現(xiàn)銹蝕情況，兩側(cè)橋臺(tái)、橋面鋪裝、鋼混組合梁及空心板梁均已出現(xiàn)不同程度的裂縫、變形、混凝土剝落等現(xiàn)象。經(jīng)多方論證，該橋已屬危橋，需拆除重建。由于橋梁位于京廣鐵路線上方，拆除施工的不利因素較多，安全拆除、確保京廣鐵路的安全運(yùn)行是完成施工作業(yè)的首要任務(wù)。

1 橋梁拆除的安全分析

1.1 分析內(nèi)容

根據(jù)《鄭常線上跨京廣鐵路立交橋設(shè)計(jì)圖紙》，對(duì)主跨在架橋機(jī)拆除組合梁過(guò)程中對(duì)相鄰跨上部及下部結(jié)構(gòu)受力的影響進(jìn)行分析。

根據(jù)架橋機(jī)荷載和拆除組合梁自重荷載，對(duì)蓋梁進(jìn)行承載力計(jì)算，對(duì)立柱進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)空心板進(jìn)行承載力及局部受壓承載力計(jì)算。

1.2 分析計(jì)算參數(shù)

主跨40 m組合梁橫向布置如圖1所示。主跨40 m組合梁在縱向被切割成3個(gè)部分[1-2]，每部分組合梁質(zhì)量為185 t；拆除時(shí)，先拆除中間部分，再拆除左邊和右邊2個(gè)部分。組合梁分離后如圖2所示。

圖1 主跨40 m組合梁的橫向布置

2 主要結(jié)構(gòu)材料及屬性

2.1 上部機(jī)構(gòu)

空心板汽車設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅱ級(jí)，采用C50混凝土，封頭混凝土C20，混凝土彈性模量為3.45×104MPa,泊松比為0.167。

鋼束采用國(guó)產(chǎn)ФS15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，每根張拉力為193.9 kN，設(shè)計(jì)彈性模量為1.95×105MPa，泊松比為0.3。

2.2 下部機(jī)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)遵從1985年規(guī)范，連接墩蓋梁、立柱、基樁均采用25號(hào)混凝土，立柱及基樁直徑分別為1.4 m和1.6 m。

3 設(shè)計(jì)荷載

空心板自重按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)計(jì)算，C50混凝土容重采用26 kN·m-3；組合梁拆除每一部分的質(zhì)量為185 t。因架橋機(jī)拆除組合梁時(shí)護(hù)欄已經(jīng)被拆除，因此橋面二期恒載為橋面鋪裝自重。

架橋機(jī)重190 t，組合梁重185 t，架橋機(jī)荷載計(jì)算如圖3、4所示。

圖3 架橋機(jī)橫向計(jì)算(架橋機(jī)一端荷載)

圖4 架橋機(jī)縱向計(jì)算(架橋機(jī)一端荷載)

4 計(jì)算分析

4.1 蓋梁承載力計(jì)算

內(nèi)力分析計(jì)算荷載工況取最不利的2種工況：工況一，架橋機(jī)自重荷載和組合梁自重荷載分布在2個(gè)橋墩上；工況二，架橋機(jī)自重荷載分布在2個(gè)橋墩上，組合梁自重荷載分布在1個(gè)橋墩上。

溫度效應(yīng)及支座沉降計(jì)算考慮整體均勻溫升為20 ℃，整體均勻溫降為-20 ℃。

使用階段結(jié)構(gòu)重力作用下的支承反力如表1、2所示。

表1 工況一結(jié)構(gòu)重力作用下的支承反力

表2 工況二結(jié)構(gòu)重力作用下的支承反力

荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的支承反力如表3、4所示。

由以上對(duì)蓋梁的計(jì)算結(jié)果可以看出：結(jié)構(gòu)在施工階段及營(yíng)運(yùn)階段，應(yīng)力及結(jié)構(gòu)抗力皆滿足規(guī)范要求，各結(jié)構(gòu)是安全的[3-11]。

表3 工況一荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的支承反力

表4 工況二荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的支承反力

4.2 立柱穩(wěn)定性計(jì)算

連接墩處于20 m跨徑和40 m跨徑之間，外側(cè)為跨徑20 m的標(biāo)準(zhǔn)空心板，其中邊板2塊，中板9塊；中間為跨徑40 m組合梁，橋面凈寬9 m；橋面鋪裝為2 cm厚瀝青表處及6～13 cm厚C25混凝土；橋梁兩側(cè)有護(hù)欄，護(hù)欄斷面面積為0.928 m2；連接墩為單排雙柱式，單根立柱直徑為140 cm，混凝土保護(hù)層厚度為10 cm，柱高9.29 m，柱底部連接鉆孔灌注樁。設(shè)計(jì)參數(shù)：C50混凝土容重為26.0 kN·m-3，瀝青混凝土容重為24.0 kN·m-3，蓋梁重842.691 kN，其中作用點(diǎn)為立柱軸心處的蓋梁重626.756 kN；作用點(diǎn)偏離立柱軸心0.51 m的蓋梁重215.935 kN。

吊機(jī)作用點(diǎn)位于蓋梁左側(cè)支座中心處，單個(gè)軸重為70 t，總重為280 t(計(jì)算時(shí)，吊機(jī)軸重已經(jīng)包含正在拆除的凈跨40 m梁重)。已知需拆除的每片梁重185 t，共3片梁。根據(jù)施工順序，先拆除中板，再拆除邊板，每次拆除時(shí)立柱所受軸重和彎距均不一樣，計(jì)算結(jié)果如表5～7所示。

表5 拆除吊裝中板時(shí)的受力情況

根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土的相關(guān)規(guī)范，圓形鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的正截面抗壓承載力計(jì)算符合規(guī)定。

表6 拆除第一塊邊板時(shí)的受力情況

表7 拆除吊裝第二塊邊板的受力情況

經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，連接墩處立柱正截面偏心抗壓承載力滿足要求。

考慮到存在偏心受壓時(shí)墩頂會(huì)有水平位移，按m值法計(jì)算彈性樁水平位移，墩頂位移為3.702 cm，沖刷線處水平位移為0.391 4 cm，墩頂轉(zhuǎn)角位移為0.003 9 cm，沖刷線處的轉(zhuǎn)角位移為0.001 19 cm。

4.3 空心板局部應(yīng)力分析

在空心板距離板端30 cm的范圍內(nèi)，空心板的支座附近所受壓力均較大。在距離支撐附近1 cm范圍內(nèi)，混凝土的壓應(yīng)力為62.1 MPa，已經(jīng)超過(guò)混凝土的極限抗壓強(qiáng)度；在支撐附近2～6 cm范圍內(nèi)，壓應(yīng)力降至43.5 MPa；在支撐附近7～13 cm范圍內(nèi)，壓應(yīng)力降至24.9 MPa；在空心板的支撐附近，混凝土已接近壓碎。在空心板現(xiàn)有支撐和受力狀況下進(jìn)行提梁作業(yè)，距離板端30 cm范圍內(nèi)圓孔內(nèi)下部?jī)蛇叺谝恢鲬?yīng)力達(dá)到8.2 MPa，厚度0～6 cm，說(shuō)明在強(qiáng)大的上部壓力作用下，空心板的中間圓孔下部?jī)蛇呌猩僭S混凝土開(kāi)裂。空心板在有堵頭板的情況下，不至于整體壓碎。

空心板梁整體在距離梁端25 cm處主應(yīng)力分布中，板端的約束部位應(yīng)力分布最大，支座集中約束處應(yīng)力最大值為21.5 MPa，但是應(yīng)力的最大值出現(xiàn)的范圍很小，沒(méi)有向大范圍擴(kuò)散的趨勢(shì)。在支撐向上13 cm范圍內(nèi)，壓應(yīng)力下降至12 MPa，空心板不存在被壓碎的可能，但是需要在做空心板支撐加強(qiáng)時(shí)，使空心板與支撐的接觸良好。在空心板支撐寬度按縱橋向增加至0.5 m的狀況下進(jìn)行提梁作業(yè)，距離板端30 cm范圍內(nèi)圓孔內(nèi)下部?jī)蛇叺谝恢鲬?yīng)力達(dá)到1.86 MPa，厚度0～2 cm，空心板的圓孔部分完好，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂跡象。

空心板梁縱向抗剪力為585.8 kN，設(shè)計(jì)剪力為565.6 kN，雖然滿足規(guī)范要求，但是安全富裕度不大。空心板局部受力分析表明，支座處需加寬空心板梁的承壓面積，從而改善空心板支座處的局部受力狀況，然后方能提梁。

4.4 建議

(1)在原有的支座上進(jìn)行提梁作業(yè)不可行，需要對(duì)空心板的支撐采取措施，方可進(jìn)行提梁作業(yè)。

(2)在對(duì)原有40 m組合鋼梁進(jìn)行切割和提梁的過(guò)程中，應(yīng)避免原有鋼梁的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)對(duì)下部鐵路形成安全隱患[12-13]。

5 結(jié) 語(yǔ)

拆除上跨既有鐵路舊橋是一項(xiàng)不確定性因素多、技術(shù)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高的工程，上跨既有鐵路營(yíng)業(yè)線的危橋拆除項(xiàng)目往往面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)，選擇合理的技術(shù)方案、拆除方法是保障安全的前提。任何項(xiàng)目的施工過(guò)程都有一定的風(fēng)險(xiǎn)，只是所面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)類型、程度有所差異；要針對(duì)不同的項(xiàng)目，結(jié)合具體風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，才能確保工程項(xiàng)目的安全、順利實(shí)施。在鄭常線上跨京廣鐵路立交的舊橋拆除過(guò)程中，如果沒(méi)有嚴(yán)密的組織設(shè)計(jì)，沒(méi)有周全的施工方案，就不能準(zhǔn)確把握施工組織中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，也無(wú)法及時(shí)采用有效的解決措施。因此，對(duì)舊橋拆除的方案進(jìn)行可靠設(shè)計(jì)研究是非常必要的。