劉鵬， 周捷

(湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410004)

隨著交通的迅速發(fā)展和各地基礎(chǔ)建設(shè)投資力度的加大，一些無法滿足交通增長要求的老橋需拆除重建。依據(jù)橋型與當(dāng)?shù)貙嶋H情況，可采取不同的拆除方法。李述慧通過采用單元生死功能對模型一系列邊界單元進行關(guān)閉和激活模擬鋼箱梁橋的頂推過程，對連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)進行了施工階段及成橋階段結(jié)構(gòu)受力分析。陳旭勇等基于改進的小循環(huán)頂推施工方法，分析了控制拼裝桿件制造誤差、預(yù)拱度設(shè)置、桿件拼裝質(zhì)量、測量方案及測量技術(shù)等影響鋼桁梁橋成橋線形及應(yīng)力狀態(tài)的諸多措施。慕洪江等針對大跨徑橋梁，提出前導(dǎo)梁的設(shè)置更有利于控制頂推施工過程的應(yīng)力和撓度。廖萬輝等分析了北盤江大橋邊跨鋼桁梁頂推施工、支架設(shè)計情況。頂推拆除法是一種技術(shù)難度大的施工方法，施工過程需結(jié)合具體工程具體分析。某分離式預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋，在不影響正常交通的情況下，考慮成本、工期及在原地址上修建新橋等因素，采用鋼導(dǎo)梁頂推法進行拆除。

1 工程概況

湖南某跨江大橋中心樁號為K7+210，右角75°，橋長248.2 m。主橋為(40+7×50+40) m頂推施工預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，單跨由5塊梁組成，梁高2 m，邊梁預(yù)制寬2.05 m、中梁1.7 m，濕接縫寬70 cm，結(jié)構(gòu)先簡支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁基礎(chǔ)(樁徑1.6 m)，橋臺采用肋式臺、柱式臺、樁基礎(chǔ)(樁徑1.2 m，見圖1)。單側(cè)標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度12.1 m，人行道寬度1.49 m，縱坡為±2.29%。運用一段進行澆筑與頂推施工方式建設(shè)而成。

圖1 某大橋主橋橋型設(shè)置示意圖(單位：cm)

該橋1#～6#墩上跨芹江，江面寬度約170 m、水深5～9 m，下游約300 m處為水利電站。水中樁長度20 m，共12根，且處于蓄水區(qū)域。路線起訖樁號為K5+800—K7+766.577，全長1.966 km(包括上茨大橋1座)。路面工程主線里程樁號為K1+086.000—K7+765.409，三里亭支線里程樁號為K0+000.000—K1+067.000，路面工程全長7.731 km，為瀝青砼路面。擬對原老橋進行擴建，兩側(cè)加建新橋，待新橋完工后拆除老橋。在老橋位置之上修建新橋，2座橋梁完工后，每側(cè)再施工匯合形成一座全新橋梁。

2 頂推拆橋施工工藝分析

頂推工法是沿著橋梁縱軸方位，在現(xiàn)場搭建墩臺后鋪設(shè)澆筑梁段工地，待梁段澆筑且達到設(shè)計強度后，給提前預(yù)制節(jié)段增加預(yù)應(yīng)力與前一段梁關(guān)聯(lián)，最后鋪設(shè)在墩臺上的水平千斤頂產(chǎn)生荷載，使梁體在每個墩滑道上向前滑移。在預(yù)制工地進行下一節(jié)段梁的預(yù)制，重復(fù)上一節(jié)段梁的施工步驟，最后預(yù)制整個橋梁所需梁段，完成頂推施工。

該橋主梁拆除主要采用鋼導(dǎo)梁頂推拆除方案，該方案在預(yù)應(yīng)力砼箱梁尾孔插入一定尺寸的鋼導(dǎo)梁，以減少砼主梁的較大懸臂長度，降低主梁在頂推施工過程的內(nèi)力。該工藝的特點是應(yīng)用設(shè)備不是很多，工時短，成本較低，因而被廣泛應(yīng)用于舊橋拆除。主梁頂推拆除施工流程見圖2。

圖2 頂推施工流程

2.1 頂推施工準(zhǔn)備

(1) 前期準(zhǔn)備。拆除南、北兩邊引橋上的工字架，為主梁拆除平臺與導(dǎo)梁裝上具有一定安全作用的支架騰出地方；拆除防護欄及導(dǎo)梁兩側(cè)50 m橋面鋪裝；為減輕箱梁重量，提前拆除37#～38#孔箱梁的上翼板；拆除部分墩立柱與墩蓋上的砼，為導(dǎo)梁安裝提供空間。

(2) 安裝拉錨器及架設(shè)反力架。

(3) 進行頂推施工相關(guān)輔助措施施工，包括搭建導(dǎo)梁安裝支架、拆除主梁平臺、對安裝導(dǎo)梁側(cè)面的砼箱梁頂進行預(yù)埋段的相關(guān)處理、施工各橋墩平臺等。此外，導(dǎo)梁安裝結(jié)束后對其進行靜載試驗，檢測其實際承載能力，為主橋安全頂推提供依據(jù)。

(4) 梁體頂升頂推。

(5) 安裝限位系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。限位系統(tǒng)由舊橋預(yù)留板、工字鋼支撐和軸承構(gòu)成，固定在主梁兩側(cè)，發(fā)生水平力作用時，在保證豎向工字鋼不發(fā)生變形的情況下，水平力由斜撐工字鋼和預(yù)設(shè)板之間焊接承載。頂推牽引系統(tǒng)由反力架、拉錨器、控制系統(tǒng)和牽引結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在30#～37#墩各設(shè)置8臺100 t縱向連續(xù)千斤頂，利用鋼絞線連接拉錨器進行牽引施工?？刂葡到y(tǒng)采用1臺ZLDK自動連續(xù)頂推主控臺，它具有分控與總控能力。在每個梁蓋上設(shè)置1臺液壓泵對每個墩上的4臺400 t豎向頂升千斤頂與1臺ZLDK自動連續(xù)牽引千斤頂進行控制。項推系統(tǒng)主要由主控臺控制。

2.2 頂推施工過程

箱梁頂推施工前，在37#～38#墩之間搭建鑿除平臺，鑿除平臺下部結(jié)構(gòu)采用鋼管樁，上部結(jié)構(gòu)采用貝雷架與工字鋼組合形式。主橋箱梁采用反頂推施工，即與舊橋施工時頂推方向相反，由北向南頂推。頂推施工利用連續(xù)千斤頂牽引箱梁節(jié)段沿頂推方向移動，每次頂推約16.64 m，連續(xù)箱梁節(jié)段到鑿梁平臺后鑿除一次。頂推過程中，待鑿除梁端的節(jié)段線需推移37#墩頂1 m，鑿除每節(jié)段時預(yù)設(shè)1 m不鑿除，以防下一節(jié)段箱梁預(yù)應(yīng)力不能達到要求。在主橋箱梁砼拆除后，利用38#墩蓋梁上卷揚機把導(dǎo)梁移到鑿梁平臺上，再一段一段地拆除。同時拆除主橋下部結(jié)構(gòu)，包括立柱、樁基、承臺及蓋梁等。

3 仿真建模分析

運用MIDAS/Civil 2010進行主橋頂推施工過程仿真分析，模型中頂推長度設(shè)為2 m，包含老橋頂推成橋施工過程共484個施工階段。對單幅橋進行模擬計算，根據(jù)施工中梁段長度與頂推長度將該橋劃分為723個節(jié)點、722個單元，其中27個鋼導(dǎo)梁單元、695個砼主梁。通過更換邊界條件模擬箱梁頂推受力過程，利用鈍化單元進行箱梁鑿除施工模擬分析。連續(xù)箱梁頂推施工仿真計算模型見圖3。經(jīng)過施工過程仿真計算，得出連續(xù)箱梁頂推各時期主梁與導(dǎo)梁變形、主梁與導(dǎo)梁應(yīng)力和承載力、主梁應(yīng)力、鋼-混連接段內(nèi)力、主梁位移及鋼導(dǎo)梁應(yīng)力等，為主橋箱梁頂推拆除施工提供理論依據(jù)。

圖3 連續(xù)箱梁頂推施工仿真計算模型

3.1 參數(shù)設(shè)置

3.1.1 材料參數(shù)

模型的材料參數(shù)見表1。

表1 有限元模型的材料參數(shù)

3.1.2 邊界條件

連續(xù)箱梁頂推過程中，各施工階段主梁的邊界條件會隨著施工工況發(fā)生變化。計算模型通過鈍化前一施工階段邊界條件同時激活當(dāng)前施工階段的邊界條件來模擬箱梁頂推過程，導(dǎo)梁橫、縱、平連相交處采用共節(jié)點模擬。由于導(dǎo)梁一端與砼箱梁焊接，導(dǎo)梁按懸臂梁的邊界進行模擬，約束導(dǎo)梁與砼箱梁相連一端節(jié)點的所有自由度。

3.1.3 負載計算

(1) 主梁自重由模型依照相應(yīng)材料的容重自行計入。

(2) 齒板與橫隔板重量采用在相應(yīng)位置施加均勻荷載的形式進行模擬(見表2)。

表2 齒板與橫隔板的重量

(3) 清除橋面上護欄之后的二期恒載為22.70 kN/m2；拆除導(dǎo)梁一側(cè)50 m范圍內(nèi)橋面鋪裝。

(4) 預(yù)應(yīng)力鋼束特性參數(shù)見表3。

表3 預(yù)應(yīng)力鋼束的材料特性

(5) 主梁頂推拆除是在主梁使用多年后的受力情景基礎(chǔ)上進行，需考慮砼10年徐變效應(yīng)。建立模型時，需考慮橋梁從頂推施工到成橋的所有過程，不能打亂拆除順序。

(6) 鋼導(dǎo)梁其他附屬重量視為均勻布置，荷載大小為8.59 kN/m。

3.2 連續(xù)箱梁頂推施工過程分析

限于篇幅，僅選擇連續(xù)箱梁頂推施工中最具代表性的主梁應(yīng)力與承載力展開分析。頂推施工中主梁截面抗彎承載力與彎矩變化見圖4～8。

(a) 鑿除前

(b) 鑿除后

(a) 鑿除前

(b) 鑿除后

(a) 鑿除前

(b) 鑿除后

(a) 鑿除前

(b) 鑿除后

由圖4～8可知：1) 依據(jù)頂推施工工藝及舊橋狀況分析，舊橋墩頂截面至跨中截面位置，載面下緣的承載力和彎矩最不利于橋梁施工。頂推施工過程中，部分截面的計算彎矩和截面承載力相近；13#梁段拆除后，35#～36#墩距離36#墩8 m左右的位置，正彎矩和跨中負彎矩不符合；6#梁端拆除后，最大負彎矩出現(xiàn)在第一跨距離30#墩10 m左右的位置。在連續(xù)箱梁頂推施工中，每支點截面與每跨大約1/4處是最不利于施工的位置。2) 原支點梁段頂推到接近跨中時，主梁截面抗力小于主梁局部截面計算彎矩，主梁正截面抗彎承載力無法滿足頂推施工要求，其他梁段正截面抗彎承載力能達到要求；頂推施工中，斜截面抗剪大都能滿足要求，但也有極少數(shù)局部位置不能滿足要求。3) 為防止主梁截面產(chǎn)生較大彎矩而使承載力無法達到頂推施工要求，每次拆除梁段長度不能太大，但其懸壁長度應(yīng)超過4.5 m。

(a) 鑿除前

(b) 鑿除后

4 頂推拆除法與其他方法對比

除頂推拆除法外，連續(xù)箱梁拆除方法還有靜力切割、吊運拆除、爆破、人工或機械破碎等。從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面指標(biāo)對這些方法進行對比分析，結(jié)果見表4。

從表4可看出：相比其他施工方法，頂推拆除法對施工場地要求較低，不受地基穩(wěn)定性影響，拆除過程不影響周邊生態(tài)環(huán)境，對周邊交通流的影響也不大，其適用性較強，施工速度較快，具有化整為零的功能，且施工中人員安全風(fēng)險較小，是一種較為經(jīng)濟的方法。但其施工技術(shù)風(fēng)險較高，技術(shù)難度較復(fù)雜。

表4 頂推拆除法與其他方法的比較

5 頂推拆橋施工注意事項

(1) 前期預(yù)應(yīng)力砼箱梁內(nèi)應(yīng)變計內(nèi)加入膨脹螺栓的安裝辦法，導(dǎo)致測試結(jié)果與理論計算結(jié)果偏差大。將梁段之間全部替換為粘膠方式，得到的每個工況測試值與理論值相匹配。

(2) 主梁軸線偏移較大會導(dǎo)致梁偏移滑道，使工字鋼底板受力逐漸降低，其實測和理論值存在偏差，同時引起同樁號橋墩底應(yīng)力重分布。

(3) 頂推前若鋼-砼結(jié)合段附近存在預(yù)應(yīng)力砼裂縫，會導(dǎo)致主梁剛度下降，直接影響主梁第一跨與鋼導(dǎo)梁線形，亦會對墩頂摩阻力產(chǎn)生影響，造成墩底應(yīng)力變化。

(4) 施工中滑道的清潔程度、是否卡住，會影響滑塊推送難易程度，并引起墩底應(yīng)力分布的改變。

(5) 主梁施工幾年后，剛度折弱和實際預(yù)應(yīng)力呈現(xiàn)失效狀態(tài)，模型假設(shè)的理論計算與監(jiān)控數(shù)據(jù)之間的偏差明顯增大。