張夢(mèng)為 （安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233040）

1 引言

隨著城市的擴(kuò)張，原本位于城市郊區(qū)鐵路運(yùn)營(yíng)線(xiàn)下方框架橋的通行能力已無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通需求，形成城市交通的堵點(diǎn)。拆除既有舊框架橋，在原址新建尺寸更大的新框架橋，對(duì)城市道路進(jìn)行拓寬改造，已成為城市發(fā)展的迫切需求。

通常采用金剛石繩鋸切割、機(jī)械破碎、膨脹爆破等方法對(duì)舊框架橋進(jìn)行拆除施工。如永年縣北環(huán)路地道橋工程[1]、沈陽(yáng)市南五馬路公鐵立交工程[2]、蘭溪市城北立交橋擴(kuò)孔工程[3]、天津北站25號(hào)橋改造工程[4]等工程采用了繩鋸切割法對(duì)舊框架橋進(jìn)行逐塊切割與移除。秦皇島市西港路橋拆舊頂新工程[5]、大石橋市鐵西地道橋改造工程[6]采用人工用風(fēng)鎬及機(jī)械破碎方式對(duì)舊框架橋進(jìn)行了拆除。

一般在舊框架橋拆除之前，新框架橋已在工作坑中的滑板上預(yù)制完成。待舊框架橋拆除騰出空間后，后續(xù)新框架橋緊接著開(kāi)展頂進(jìn)作業(yè)。因此在確保施工安全前提下，舊框架橋的拆除施工工期越短，對(duì)后續(xù)新框架橋的頂進(jìn)影響越小，對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)線(xiàn)的慢行控制時(shí)間越短。事實(shí)上，在條件允許情況下，也可采用把舊框架橋直接頂出的移除方法，其具有下列優(yōu)點(diǎn)。

在簡(jiǎn)易后背(或新框架橋做后背)支撐下，直接頂出舊框架橋施工時(shí)間短，為后續(xù)新框架橋的頂進(jìn)施工及時(shí)騰出空間；

舊框架橋頂出至鐵路安全范圍之外后再進(jìn)行破除，其拆解施工不影響后續(xù)新框架橋的頂進(jìn)作業(yè)，且可在工程相對(duì)空閑的時(shí)間段進(jìn)行破碎作業(yè)，工期較為寬松，不具有緊迫性。

但對(duì)舊框架橋采用直接頂出的施工方法，也存在下列難點(diǎn)。

舊框架橋作為既有道路的一部分，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的使用已與地基土體緊密接觸，直接頂出時(shí)的起動(dòng)頂力較大。當(dāng)然，可在舊框架橋底板均勻開(kāi)設(shè)若干鉆孔，基于鉆孔高壓注入觸變泥漿，可大大降低底板與地基土之間的摩擦力。

舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)，鑒于時(shí)間與成本的考慮，并不會(huì)修筑混凝土滑板，往往直接在地基土體上滑動(dòng)。導(dǎo)致舊框架橋滑移過(guò)程中的摩擦力也較大，頂出速度不理想，增加了施工成本。

為此，本文提出了一種舊框架橋頂出拆除時(shí)的簡(jiǎn)易滑板，為解決舊框架橋頂出施工的局限性提供技術(shù)支撐。

2 簡(jiǎn)易滑板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

舊框架橋頂出施工時(shí)，先破除影響范圍內(nèi)的原有路面結(jié)構(gòu)，并把框架橋前進(jìn)方向的原路基開(kāi)挖至框架橋底板以下，后續(xù)框架橋被頂出時(shí)，將沿著原路基土層向前滑動(dòng)，直至整體頂出至鐵路安全范圍之外。舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)，鑒于時(shí)間與成本的考慮，并不會(huì)修筑滑板。鋼筋混凝土滑板只在新框架橋的頂進(jìn)工作坑內(nèi)修筑，其主要作為新框架橋預(yù)制的場(chǎng)地使用[7]。

但舊框架橋直接在原路基土層上頂出滑動(dòng)時(shí)，存在下列局限性。

①原路面的破除、開(kāi)挖，導(dǎo)致土體表面不平整，后續(xù)舊框架橋在不平整的土體表面滑動(dòng)時(shí)，可能不同位置的高程發(fā)生變化，舊框架橋可能出現(xiàn)局部翹起現(xiàn)象，若與上部鐵路軌道發(fā)生碰撞，必將影響上部運(yùn)營(yíng)鐵路的安全[8]。

②舊框架橋在不平整的土體表面滑動(dòng)時(shí)，其方向性難以控制，若軸線(xiàn)出現(xiàn)偏移，與鐵路路基一側(cè)土體發(fā)生刮擦，也會(huì)誘發(fā)施工風(fēng)險(xiǎn)。

③舊框架橋在不平整的土體表面滑動(dòng)時(shí)，摩擦力較大，導(dǎo)致后方需配置較多的頂進(jìn)設(shè)備，頂出速度較慢，增加了時(shí)間成本。

④若在舊框架橋頂出的行程范圍內(nèi)修建傳統(tǒng)的混凝土滑板，一方面耗時(shí)較長(zhǎng)（混凝土的終凝需要時(shí)間），另一方面其僅能作為舊框架橋臨時(shí)滑行軌道使用，無(wú)其它功能，后續(xù)還需拆除，綜合成本高，顯然不會(huì)作為頂出施工方法的首選。

本文提供一種舊框架橋頂出拆除時(shí)的簡(jiǎn)易滑板，其由工字鋼與鋼板組成，取材方便，可快速、安全的實(shí)現(xiàn)臨時(shí)滑板的安裝與拆除，可重復(fù)使用，達(dá)到縮短工期、節(jié)約造價(jià)的目的。

一種舊框架橋頂出拆除時(shí)的簡(jiǎn)易滑板，包括受壓工字鋼、導(dǎo)向工字鋼、定位工字鋼與應(yīng)力擴(kuò)散板；多塊應(yīng)力擴(kuò)散板鋪設(shè)在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的土層表面，多根受壓工字鋼整齊排列置于應(yīng)力擴(kuò)散板上，受壓工字鋼的頂部略低于舊框架橋的底板底面；排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向工字鋼，導(dǎo)向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面；兩側(cè)導(dǎo)向工字鋼的內(nèi)側(cè)水平凈距大于舊框架橋外側(cè)寬度5cm～10cm；定位工字鋼置于受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼，在其它常規(guī)輔助措施協(xié)助下定位工字鋼能阻止受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼沿舊框架橋頂出方向的移動(dòng)；受壓工字鋼、導(dǎo)向工字鋼、定位工字鋼、應(yīng)力擴(kuò)散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。所提簡(jiǎn)易滑板的結(jié)構(gòu)形式如圖1～圖5所示。

圖1 所提簡(jiǎn)易滑板三維方位

圖2 所提簡(jiǎn)易滑板三維方位

圖3 所提簡(jiǎn)易滑板三維方位圖

圖4 所提簡(jiǎn)易滑板橫向剖面圖

圖5 所提簡(jiǎn)易滑板縱向剖面圖

上述提及的“其它常規(guī)輔助措施”包括大體積塊石抵住定位工字鋼、大型施工機(jī)械（挖土機(jī)、推土機(jī)等）抵住定位工字鋼、大卡車(chē)輪胎抵住定位工字鋼、堆放建筑材料抵住工字鋼等，使定位工字鋼在舊框架橋頂出的推力作用下不發(fā)生移動(dòng)。使定位工字鋼位置固定的方法較多，故不一一列舉，在施工現(xiàn)場(chǎng)因地制宜、靈活選用即可。

多根受壓工字鋼整齊排列置于應(yīng)力擴(kuò)散板上，且使受壓工字鋼截面的寬度方向與應(yīng)力擴(kuò)散板垂直、受壓工字鋼截面的高度方向與應(yīng)力擴(kuò)散板平行，這樣擺放受壓工字鋼的穩(wěn)定性最高，不至于發(fā)生傾覆。

排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向工字鋼，導(dǎo)向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面。舊框架橋頂出過(guò)程中若發(fā)生偏移，其外側(cè)必然與導(dǎo)向工字鋼發(fā)生刮擦、碰撞，導(dǎo)向工字鋼能約束舊框架橋的偏移量在允許范圍內(nèi)。

受壓工字鋼、導(dǎo)向工字鋼、定位工字鋼、應(yīng)力擴(kuò)散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體，組裝時(shí)應(yīng)考慮后續(xù)拆卸的方便。連接方式應(yīng)考慮對(duì)材料的影響較小，方便材料的后續(xù)重復(fù)使用。

受壓工字鋼端部伸入舊框架橋底板下方的長(zhǎng)度不小于0.5m，且在舊框架橋底面與受壓工字鋼頂面之間鋪設(shè)承接板。舊框架橋起動(dòng)頂出后，其前端壓在承接板上，承接板再壓在受壓工字鋼上。后續(xù)舊框架橋繼續(xù)頂出時(shí)，舊框架橋壓住承接板在受壓工字鋼上滑行，鋼材與鋼材之間的摩擦力較小，且增設(shè)承接板對(duì)保護(hù)簡(jiǎn)易滑板的整體性有利。

應(yīng)力擴(kuò)散板下方鋪設(shè)碎石墊層并找平。鋪設(shè)碎石墊層后，還需采用機(jī)械進(jìn)行碾壓平整，使應(yīng)力擴(kuò)散板與土體表面接觸緊密。

應(yīng)力擴(kuò)散板、承接板均為鋼板，舊框架橋頂出前在受壓工字鋼朝上與承接板接觸的表面涂抹潤(rùn)滑劑。涂抹潤(rùn)滑劑可進(jìn)一步降低舊框架橋頂出過(guò)程中的摩阻力。

3 簡(jiǎn)易滑板施工方法

簡(jiǎn)易滑板的安裝施工方法如下。

對(duì)舊框架橋內(nèi)部及前后一段范圍內(nèi)的原有路面進(jìn)行破除、清理干凈，露出地基土體。通常原有路面為瀝青路面或水泥路面。

開(kāi)挖舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體，使土體表面低于舊框架橋的底板底面的高度大于受壓工字鋼與應(yīng)力擴(kuò)散板的豎向高度之和。

開(kāi)挖舊框架橋頂出前端底部的土體，開(kāi)挖長(zhǎng)度不小于0.5m，為后續(xù)受壓工字鋼端部伸入舊框架橋底板下方提供空間準(zhǔn)備。

在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體表面鋪設(shè)碎石墊層，并碾壓平整。

在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的地基土體碎石墊層上方鋪設(shè)應(yīng)力擴(kuò)散板。

在應(yīng)力擴(kuò)散板上整齊排列布置受壓工字鋼，受壓工字鋼的一端伸入舊框架橋底板下方的長(zhǎng)度不小于0.5m。

在排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向工字鋼，導(dǎo)向工字鋼的頂部高于舊框架橋底板底面。兩側(cè)導(dǎo)向工字鋼的內(nèi)側(cè)水平凈距大于舊框架橋外側(cè)寬度5cm～10cm。

把承接板塞入舊框架橋底板底面與受壓工字鋼之間，使舊框架橋未頂出之前承接板已置于舊框架橋的底部下部。承接板的寬度應(yīng)大于1.0m，使承接板的一半左右位于舊框架橋的底板外側(cè)。

把定位工字鋼置于受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼，在其它常規(guī)輔助措施協(xié)助下定位工字鋼能阻止受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼沿舊框架橋頂出方向的發(fā)生移動(dòng)。

受壓工字鋼、導(dǎo)向工字鋼、定位工字鋼、應(yīng)力擴(kuò)散板之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。組裝時(shí)應(yīng)考慮后續(xù)拆卸的方便。連接方式應(yīng)考慮對(duì)材料的影響較小，方便材料的后續(xù)重復(fù)使用。

舊框架橋頂出前在受壓工字鋼朝上與承接板接觸的表面涂抹潤(rùn)滑劑。涂抹潤(rùn)滑劑可進(jìn)一步降低舊框架橋頂出過(guò)程中的摩阻力。

待后續(xù)舊框架橋頂出至鐵路線(xiàn)安全范圍之外、拆解破除、清理混凝土碎塊后，再對(duì)所提簡(jiǎn)易滑板進(jìn)行拆除。

所提簡(jiǎn)易滑板的優(yōu)點(diǎn)包括以下三點(diǎn)。

①簡(jiǎn)易滑板能有效約束、控制舊框架橋頂出過(guò)程中的高程與軸線(xiàn)，確保舊框架橋的在預(yù)定軌道上準(zhǔn)確滑行，提高了鐵路運(yùn)營(yíng)線(xiàn)下方舊框架橋拆除的安全性。

②舊框架橋頂出過(guò)程中，框架橋僅與受壓工字鋼翼板側(cè)面接觸，接觸面積非常小，摩擦力非常小，故最終所需頂力較小，施工時(shí)間短。

③簡(jiǎn)易滑板由鋼板與工字鋼構(gòu)成，產(chǎn)品成熟，選材方便，組裝與拆卸方便，可重復(fù)使用，綜合費(fèi)用較低。

4 簡(jiǎn)易滑板受力分析

某既有鐵路運(yùn)營(yíng)線(xiàn)下方舊框架橋全寬 16.1m、凈寬 14.0m、高度 6.20m、長(zhǎng)度13.60m、頂板厚度0.65m、底板厚度0.75m，因道路改造需要須進(jìn)行拆除，后續(xù)再頂進(jìn)尺寸與規(guī)格更大的新框架橋。

現(xiàn)以該舊框架橋?yàn)槔瑴y(cè)算直接頂出施工時(shí)簡(jiǎn)易滑板的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。舊框架橋自重N=11090.8kN；舊框架橋底板面積S底=13.6×16.1=218.96m2。

4.1 頂力計(jì)算

通常，在決定頂力值的諸多因素中，框架橋自重是主要因素。頂力P計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為

式中μ—綜合摩阻系數(shù)；

N—框架橋自重(包括線(xiàn)路加固重及附屬設(shè)備重)。

一般地，綜合摩阻系數(shù)μ在0.8～1.8之間[9-10]。本案例中，舊框架橋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用已與地基土體緊密接觸，故綜合摩阻系數(shù)應(yīng)取大值，未經(jīng)地基潤(rùn)滑處理的原始頂力為：

顯然該原始頂力過(guò)大，需配置較多的頂進(jìn)設(shè)備，且對(duì)臨時(shí)后背要求高，增加了施工成本。鑒于舊框架橋無(wú)需進(jìn)行保護(hù)，在舊框架橋上可進(jìn)行隨意鉆孔，通過(guò)鉆孔可對(duì)底板下方的地基土高壓注入膨潤(rùn)土泥漿。已有實(shí)驗(yàn)表明[11-12]，觸變泥漿可使框架橋與土體之間的摩阻系數(shù)減少50%以上。在舊框架橋底部均勻開(kāi)設(shè)若干鉆孔并注入觸變泥漿，其費(fèi)用在合理范圍內(nèi)。關(guān)鍵在在降低摩阻力后，可減少頂進(jìn)設(shè)備數(shù)量及臨時(shí)后背的規(guī)模，總體上可降低施工造價(jià)。不妨以摩阻系數(shù)降低50%為例，潤(rùn)滑處理后的所需頂力為：

千斤頂?shù)捻斄σ话惆搭~定頂力的70%計(jì)算，使其具有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備?？刹捎貌煌吞?hào)的千斤頂進(jìn)行配置，如選用噸位200t的千斤頂7個(gè)即可。

當(dāng)舊框架橋頂出至簡(jiǎn)易滑板時(shí)，混凝土底板與受壓工字鋼接觸產(chǎn)生摩擦，其僅與工字鋼的翼緣板側(cè)面接觸，接觸面積非常小，此時(shí)的摩擦系數(shù)非常小。且后續(xù)頂出過(guò)程中，還可在受壓工字鋼翼緣板上涂抹潤(rùn)滑劑，進(jìn)一步降低舊框架橋底板與受壓工字鋼之間的摩阻力。參考相關(guān)文獻(xiàn)，以鋼-混凝土之間摩阻系數(shù)μ=0.20考慮，得到舊框架橋進(jìn)入簡(jiǎn)易滑板后的頂力為：

可見(jiàn)，當(dāng)舊框架橋進(jìn)入滑板后，其所需頂力大大降低，僅為起動(dòng)頂力(潤(rùn)滑處理后)的22.2%。頂力減小一方面可降低對(duì)液壓設(shè)備的需求，另一方面可加快頂出速度(頂出施工無(wú)需考慮對(duì)舊框架橋的保護(hù))，縮短施工時(shí)間。只要前期準(zhǔn)備充分，舊框架橋頂出至鐵路安全線(xiàn)之外，通?？稍谝惶靸?nèi)完成?？梢?jiàn)，簡(jiǎn)易滑板能發(fā)揮較大作用。

4.2 應(yīng)力擴(kuò)散板的選用

由于原框架橋所在的城市道路已使用多年(超過(guò)10年)，道路地基土體的固結(jié)土體可視為早已完成，舊框架橋附近的地基承載力可視為相同。故應(yīng)力擴(kuò)散板的總和面積不小于舊框架橋底面面積即可，如可選用 6.0m(長(zhǎng))×1.5m(寬)×2.0cm(厚)的普通鋼板27塊，其總面積為S鋼板=6×1.5×27=243m2，沿舊框架橋頂出方向布置9排，每排鋪設(shè)3塊即可。

4.3 受壓工字鋼的選用

受壓工字鋼截面的寬度方向與應(yīng)力擴(kuò)散板垂直，使受壓工字鋼“橫躺”在應(yīng)力擴(kuò)散板上，這樣擺放受壓工字鋼的穩(wěn)定性最高，不至于發(fā)生傾覆，如圖6所示。

圖6 受壓工字鋼的擺放姿態(tài)

所提簡(jiǎn)易滑板中的受壓工字鋼僅承受壓力，其把舊框架橋的自重傳遞至下方的應(yīng)力擴(kuò)散板上，兼發(fā)揮“滑軌”的作用。受壓工字鋼基本不承擔(dān)彎矩與剪力，不需驗(yàn)算其強(qiáng)度問(wèn)題，故可選用截面尺寸較小(費(fèi)用較低)的工字鋼型號(hào)即可。所提舊框架橋頂出拆除案例中，可選擇10#或12#工字鋼6根(間距3.0m)即可。

4.4 導(dǎo)向工字鋼的選用

導(dǎo)向工字鋼位于滑板的兩側(cè)，起到約束舊框架橋頂進(jìn)軌跡的作用，使其不會(huì)發(fā)生較大的偏移，故導(dǎo)向工字鋼的高度應(yīng)相對(duì)較大。所提舊框架橋頂出拆除案例中，可選擇22#或25#型號(hào)的工字鋼作為導(dǎo)向工字鋼即可。

置于簡(jiǎn)易滑板中的其它材料，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際靈活選用即可。各構(gòu)件之間用螺栓連接或焊接連接形成整體，其需考慮后續(xù)拆卸的方便。所提簡(jiǎn)易滑板由鋼板與工字鋼構(gòu)成，組裝與拆卸方便，可重復(fù)使用，綜合費(fèi)用較低，為舊框架橋的頂出施工提供了便利。

5 結(jié)語(yǔ)

提出了一種舊框架橋頂出拆除時(shí)的簡(jiǎn)易滑板，包括受壓工字鋼、導(dǎo)向工字鋼、定位工字鋼與應(yīng)力擴(kuò)散板；多塊應(yīng)力擴(kuò)散板鋪設(shè)在舊框架橋頂出行程范圍內(nèi)的土層表面，受壓工字鋼整齊排列置于應(yīng)力擴(kuò)散板上；排列整齊的受壓工字鋼兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向工字鋼；定位工字鋼置于受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼的前端且抵住受壓工字鋼與導(dǎo)向工字鋼；各構(gòu)件之間用螺栓連接或焊接連接形成整體。

所提簡(jiǎn)易滑板能有效約束、控制舊框架橋頂出過(guò)程中的高程與軸線(xiàn)，提高了施工的安全性；舊框架橋頂出過(guò)程中，框架橋僅與受壓工字鋼翼板側(cè)面接觸，摩擦力非常小，施工時(shí)間短；簡(jiǎn)易滑板由鋼板與工字鋼構(gòu)成，組裝與拆卸方便，可重復(fù)使用，綜合費(fèi)用較低。