胡海東

（浙江交工金筑交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

混凝土連續(xù)梁橋拆除重建工程受到早期設(shè)計(jì)理論限制及施工工藝、管理與技術(shù)水平、建筑材料自身局限、施工監(jiān)控等諸多不利因素的影響，部分已建混凝土連續(xù)梁橋拆除風(fēng)險(xiǎn)高。一般橋梁結(jié)構(gòu)拆除大多借鑒建筑物的拆除方法，如爆破法、直接破除法、機(jī)械吊拆法等[1]。目前，橋梁拆除方法主要有爆破拆除法和機(jī)械（非爆破）拆除兩大類，每個(gè)類別又包含了多種不同的拆除方法，均有各自的適用范圍[2-3]。張穎等[4-5]結(jié)合具體橋梁拆除工程，總結(jié)了跨河公路橋梁拆除施工工藝流程及拆除施工相關(guān)注意事項(xiàng)。蔣洪濤[6]論述了被拆混凝土箱梁結(jié)構(gòu)分析理論與方法，包括被拆混凝土箱梁結(jié)構(gòu)受力特征，以及混凝土箱梁橋狀態(tài)預(yù)測(cè)的方法。荊偉偉等[7]采用指標(biāo)體系法，建立了拆除規(guī)模、橋位特征、施工工藝等指標(biāo)的橋梁拆除工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系。

在橋梁拆除施工中，研究人員也對(duì)橋梁拆除過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析該過(guò)程結(jié)構(gòu)的受力、變形特征，以確保施工的安全順利進(jìn)行。禹兵兵[8]利用有限元軟件ANSYS/LS—DYNA建立橋墩的分離式共節(jié)點(diǎn)模型，再現(xiàn)了橋墩從受力到失穩(wěn)倒塌再到觸地形成爆堆的全過(guò)程；楊元輝[9]以立交橋爆破拆除為案例，通過(guò)數(shù)值模擬研究復(fù)雜環(huán)境下橋梁爆破拆除工藝及安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)拆除爆破的安全有效；馮劍平[10]對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行研究，建立了鋼筋混凝土橋墩和鋼筋混凝土簡(jiǎn)支板梁橋的分離式共節(jié)點(diǎn)模型，再現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)的倒塌過(guò)程。

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁部分研究著重爆破拆除法施工，但一些橋梁的拆除受限于周邊環(huán)境及通航要求，爆破法施工并不適宜。本文結(jié)合浙北高等級(jí)航道網(wǎng)集裝箱運(yùn)輸通道建設(shè)工程港區(qū)一標(biāo)段中山大橋拆除工程，通過(guò)數(shù)值模擬分析，提出了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土變截面橋梁精細(xì)化拆除施工方案，為實(shí)際工程提供參考。

1 工程概況

浙北高等級(jí)航道網(wǎng)集裝箱運(yùn)輸通道建設(shè)工程港區(qū)一標(biāo)段中山大橋長(zhǎng)353m，橋面總寬度為45m，上跨60m通航面寬的乍嘉蘇航道，為達(dá)到通航三層集裝箱船的目的，對(duì)其進(jìn)行拆建改造。主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，引橋?yàn)?跨分離式預(yù)應(yīng)力小箱梁，中山大橋現(xiàn)狀如圖1所示，航道現(xiàn)狀如圖2所示。中山大橋主橋與引橋、引橋與橋臺(tái)共設(shè)四道型鋼伸縮縫，其余均為橋面連續(xù)，兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道橋主梁斷面采用單箱雙室斷面，梁底寬度7.9m，兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)度1.3m；中幅橋采用單箱三室斷面，底寬13m，兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)度2.5m。

圖1 中山大橋現(xiàn)狀（老橋）

圖2 中山大橋航道現(xiàn)狀

2 精細(xì)化拆除方案

本次拆除工程為中山大橋指定范圍內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)，包括主橋上部變截面預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)、引橋小箱梁、蓋梁、立柱、承臺(tái)、1.2m、0.8m鉆孔灌注樁（陸地上灌注樁拆除至地面）、過(guò)橋管線、裝飾拱及附屬等。按照拆橋?yàn)樾陆蛄旱哪骓樞驗(yàn)橹笇?dǎo)原則，首先對(duì)橋面鋪裝和附屬工程拆除，然后拆除主橋主跨合龍段，再逐段拆除主跨節(jié)段梁體，緊接著拆除邊跨，同步拆除引橋。橋面部分主要為橋梁拆除區(qū)域的翼緣、頂板、腹板及底板切割拆卸施工，拆除區(qū)域如圖3所示。

圖3 中山大橋拆除區(qū)域

為減少施工對(duì)船舶通航的影響，主橋中跨全部采用無(wú)損繩鋸切割工藝進(jìn)行拆除，邊跨靠近0#塊部分采用無(wú)損繩鋸切割工藝進(jìn)行拆除，其余邊跨部分采用原位破除。繩鋸切割工藝切割掉的梁體用浮吊調(diào)運(yùn)至西岸空地進(jìn)行破除、清運(yùn)，引橋采用炮頭機(jī)鑿除箱梁濕接縫、接頭、橫隔板，然后逐片就地破除。

2.1 施工流程

總體施工流程為：前期老橋拆除施工準(zhǔn)備→交通封閉、施工場(chǎng)地封閉→管線遷改→確定拆除范圍→橋面瀝青銑刨、人行道板磚拆除→橋面系、護(hù)欄拆除→邊跨支撐搭建并驗(yàn)收→預(yù)切割主橋→吊裝穿繩孔取芯→預(yù)提吊→切割分離→提吊存放→破碎→清運(yùn)→完工。中山大橋拆除流程如圖4所示。

圖4 中山大橋老橋拆除流程圖

2.2 橋面系及附屬拆除

首先拆除橋面系和附屬工程，中山大橋橋面鋪裝層主要為瀝青混凝土，施工采用銑刨機(jī)清除，直到面層結(jié)構(gòu)全部破除，銑刨時(shí)不得破壞橋梁梁體頂板，銑刨完成后裝車外運(yùn)。伸縮縫用風(fēng)鎬配合人工鑿除伸縮縫間混凝土鋪裝層及填充混凝土，使伸縮縫型鋼露出，再在伸縮縫型鋼與鋼筋焊接處采用乙炔氧氣切割拆除即可。附屬結(jié)構(gòu)主要為過(guò)橋管線、行車道防撞墩、人行道景觀護(hù)欄，采用乙炔氧氣進(jìn)行切割拆除即可。

2.3 主橋變截面箱梁拆除

中山大橋變截面箱梁分為兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道和中間機(jī)動(dòng)車道，共3幅。拆除順序?yàn)橄群淆埗?，然后是各?jié)段梁體，三幅橋的拆除順序是先拆除兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道主跨，再拆除中間機(jī)動(dòng)車道主跨，其次拆除兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道邊跨，最后拆除中間機(jī)動(dòng)車道邊跨，拆除順序如圖5所示。

圖5 主橋拆除順序示意圖

（1）主橋非機(jī)動(dòng)車道拆除

中山大橋中跨兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道橋采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，梁底寬度為7.9m，兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)度為1.3m。非機(jī)動(dòng)車道橋主跨拆除時(shí)先拆除中跨合龍段，兩側(cè)節(jié)段箱梁整體對(duì)稱切割、吊除至0#塊時(shí)再進(jìn)行邊跨切割。中跨切割時(shí)沿原節(jié)段施工縫留50cm處切割，確保不切壞預(yù)應(yīng)力錨頭。非機(jī)動(dòng)車道中跨切割共分為17個(gè)塊段，非機(jī)動(dòng)車道中跨拆除面見(jiàn)圖6。

圖6 非機(jī)動(dòng)車道中跨拆除面示意圖

中山大橋邊跨拆除采用沿腹板布置落地鋼管柱支撐，見(jiàn)圖7。鋼管柱沿順橋向設(shè)置四排，鋼管采用φ300×8mm，兩根并排布置。鋼管柱之間用橫撐、剪刀撐連接固定，基礎(chǔ)采用配筋混凝土條形基礎(chǔ)，鋼板預(yù)埋，與鋼管樁四周焊接。

圖7 落地鋼管柱支撐斷面布置圖（單位：cm）

（2）主橋機(jī)動(dòng)車道拆除

中山大橋中跨機(jī)動(dòng)車道橋采用單箱三室結(jié)構(gòu)，機(jī)動(dòng)車道因箱梁寬較大，除合龍段以外，其余6-1號(hào)節(jié)段梁均采用半幅切割、提吊施工，提吊重量在50～79t區(qū)間。主跨切割時(shí)沿原節(jié)段施工縫留50cm處切割，確保不切壞預(yù)應(yīng)力錨頭。中跨機(jī)動(dòng)車道切割共分為17個(gè)塊段，拆除順序見(jiàn)圖8。

圖8 機(jī)動(dòng)車道合龍段、節(jié)段梁體半跨拆除平面示意圖

中山大橋邊跨拆除仍然采用沿腹板布置落地鋼管柱支撐，布置情況如圖9所示。

圖9 邊跨機(jī)動(dòng)車道斷面支架布置圖（單位：cm）

2.4 金剛石繩鋸切割工藝

液壓金剛石繩鋸切割是金剛石繩索在液壓馬達(dá)帶動(dòng)下繞切割面高速運(yùn)動(dòng)研磨切割體，完成切割工作。金剛石繩鋸機(jī)切割步驟為：

（1）固定繩鋸機(jī)及導(dǎo)向輪，用化學(xué)錨栓固定繩鋸主腳架及輔助腳架，導(dǎo)向輪安裝一定要穩(wěn)定，且輪的邊緣一定要對(duì)準(zhǔn)穿繩孔的中心線，以確保切割面的有效切割速度，嚴(yán)格執(zhí)行安裝精度要求。

（2）安裝繩索，根據(jù)已確定的切割形式將金剛石繩索按一定順序纏繞在主動(dòng)輪及輔助輪上，注意繩子的方向應(yīng)和主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方向一致。

（3）相關(guān)操作系統(tǒng)的連接及安全防護(hù)技術(shù)措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，水、電、機(jī)械設(shè)備等相關(guān)管路的連接應(yīng)正確規(guī)范、相對(duì)集中，走線擺放嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，以防機(jī)多、人多，輔助設(shè)備、材料亂擺、亂放，造成事故隱患。

（4）切割時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，通過(guò)控制盤調(diào)整主動(dòng)輪提升張力，保證金剛石繩適當(dāng)繃緊，供應(yīng)循環(huán)冷卻水，再啟動(dòng)另一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪帶動(dòng)金剛石繩索回轉(zhuǎn)切割。

3 數(shù)值模型驗(yàn)證

3.1 基本假定及計(jì)算模型建立

采用有限元分析軟件Midas Civil對(duì)中山大橋老橋拆除過(guò)程進(jìn)行模擬，模型效果如圖10所示，具體建模流程如下：

圖10 有限元模型示意圖

（1）材料：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，混凝土強(qiáng)度大于50MPa，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力筋按設(shè)計(jì)1 860鋼絞線。

（2）截面：變截面箱梁。

（3）單元：采用梁?jiǎn)卧?，主梁建?0個(gè)單元、支架建有474個(gè)單元。

（4）邊界條件：主梁與墩柱采用一般支撐，支架與梁?jiǎn)卧倪吔绮捎脧椥赃B接模擬。

（5）荷載：自重荷載、預(yù)應(yīng)力荷載、二期恒載、溫度荷載。

3.2 主橋機(jī)動(dòng)車道拆除各工況計(jì)算

機(jī)動(dòng)車道拆除按拆除順序可分為兩種工況，即工況1：全部鋼管支撐作用；工況2：剩余最后1跨支撐。將兩種工況下的最大支反力、最大剪力、最大彎矩分別計(jì)算匯總?cè)绫?所示。由表1可知，鋼管支撐的結(jié)構(gòu)支反力、剪力、彎矩均滿足要求；通過(guò)在拆除橋梁處施加臨時(shí)鋼管支撐，可使結(jié)構(gòu)受力及變形得到改善。

表1 數(shù)值模擬驗(yàn)算結(jié)果匯總表

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，提出了大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁精細(xì)化拆除優(yōu)化方案，邊跨安裝臨時(shí)支撐，主跨分塊拆除，合理安排吊點(diǎn)位置，確保起吊拆除過(guò)程主跨及邊跨各部位平衡穩(wěn)定；采用金剛繩鋸切割工藝，切割過(guò)程震動(dòng)和噪聲較小，且能夠平穩(wěn)切割，使被切割體靜態(tài)分離，優(yōu)于其他類型切割方法。通過(guò)Midas Civil有限元分析軟件模擬中山大橋拆除過(guò)程，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，橋梁拆除模擬過(guò)程中鋼管支撐的結(jié)構(gòu)支反力、剪力、彎矩均滿足要求，可為優(yōu)化和改善老橋拆除方案提供技術(shù)參考。