浅析桥面混凝土铺装层凿除方案

方艳红

中铁大桥局武汉分公司，湖北武汉 430050

0 引言

桥面铺装层的凿除，既要将铺装层完全从桥面剥离，又不能损伤原桥梁梁体。本文结合武汉市江汉二桥改造工程中桥面系的改造，分析桥面混凝土铺装层凿除的各种方案，并从中选择最优的方案，达到高效优质的施工目的。

1 工程概况

江汉二桥全长566.2m，桥面总宽26m，行车道宽21m，双向四车道，沥青路面。桥梁总体布置为4×32.9＋（83.95+135+83.95）+4×32.9m，全桥共11孔，12个墩台。主桥桥面纵坡为1%，引桥桥面纵坡为2%。

桥面铺装层主要分布在引桥及挂梁简支T梁上，共计长362m，总宽度21m，总面积7 602m2。桥面铺装层厚度3cm～21.3cm，混凝土标号为200号混凝土，混凝土内布设粗钢丝网片。

2 主要工程内容

将原桥面混凝土铺装层凿除，铺设新的C50钢纤维混凝土。原铺装层凿除时，既要将铺装层混凝土与梁体完全剥离，但不能损伤梁体。且施工工期较紧，必须优质高效完成。

3 施工方法

为达到优质高效的凿除目的，根据混凝土强度及厚度考虑凿除方案，并从中优化选择一种或几种方案进行施工。下面简单介绍在江汉二桥改造过程中使用的几种方案。

3.1 风镐凿除

考虑到混凝土标号较低，厚度较小，拟采用风镐凿除。

风镐是一种手持机具，风镐由配气机构、冲击机构和镐钎等组成，风镐作业时，使镐钎顶住混凝土面，另一端通入气缸，推压手柄套筒，压缩柱塞阀的弹簧而接通气路，在气缸壁的四周有许多纵向气孔，配气阀随即自动配气，气缸后端装有配气阀箱。使冲击锤不断往复运动，打击钎尾，破碎混凝土。

在实际操作过程中，配置了两台高压移动空压机及30把风镐，进行地毯式凿除。但由于镐钎接触面积较小，每次凿除掉的混凝土面积过小，效率极低。并且风镐采用人工凿除，风压过大容易造成风管脱落，极易造成人员受伤，不具安全性。就凿除效果而言，凿除的混凝土部分不能完全从梁体剥离，无法达到工程质量要求。并且风镐凿除时镐钎损耗率大，不具备经济效益。

考虑到铺装层为后浇混凝土，以后浇混凝土与原梁体结合面粘结力为突破口，拟采用小块起撬的方案，先将桥面混凝土用切缝机切割成50cm×50cm的小块，切缝深度按照混凝土厚度进行切割，并切断粗钢丝，再利用风镐的振动从两面振动铺装层与梁体的结合面，使结合面的粘结力破坏，再用撬杠将小块混凝土撬起，达到混凝土从梁体剥离的目的。这种方案利用结合面的粘结力不及混凝土强度的特点，在破坏粘结力时，不使小块混凝土破损，可以整体撬起，提高了凿除的工效，凿除效果也比风镐直接凿除的好。

3.2 “啄木鸟”凿除

“啄木鸟”凿除的原理与风镐凿除原理是一致的，不同的是风镐是借助人的推力反作用在混凝土上，而“啄木鸟”凿除借助的是挖掘机液压臂，显然“啄木鸟”的振动力更大。

在使用“啄木鸟”凿除时，一样的也需要将混凝土切割成50cm×50cm的小块，然后借助“啄木鸟”的振动，破坏铺装层与梁体的结合面，达到剥离的目的。这种方案振动力大，工效快，但也存在缺点，首先，由于“啄木鸟”的振动力无法控制，无法设置到适当的范围，振动力过大时会损伤到梁体，可能将梁体翼缘板顶面击穿，造成结构质量隐患；其次，由于振动力过大，会使粘结力破坏之前将小块混凝土凿碎，达不到整体起撬的结果；然后，对于混凝土厚度较小处，“啄木鸟”尖嘴相对过大，振动力无法传递到结合面，直接将混凝土击碎，达不到剥离效果；最后，“啄木鸟”凿除时噪音太大，夜间施工时影响周围居民生活环境，造成较坏的社会影响。因此次方案不可行。

3.3 静态爆破技术

静态爆破剂进行破碎的机理主要是靠破碎剂在被破碎体内发生缓慢的化学反应和物理变化而使晶粒变形、温度升高、体积膨胀，以致逐渐增大对孔壁的静膨胀压力作用，使介质产生龟裂而解体。

静态爆破剂是以特殊硅酸盐、氧化钙为主要原料，配合其他有机、无机添加剂而制成的粉状物质，典型的化学反应式为：CaO+H2O→Ca（OH）2+6.5×10^4 J。当氧化钙变成氢氧化钙时，其晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面体，这种晶体的转化，会引起晶体体积的膨胀。如果将它注入孔内，这种膨胀受到孔壁的约束，压力可上升到50MPa，大于混凝土的抗拉强度，介质在这种压力作用下会产生径向压缩应力和切向的拉伸应力。

静态爆破技术在本工程实施过程中，由于铺装层混凝土中布设有粗钢丝网片，粗钢丝抗拉强度大于静态爆破剂的膨胀压力，无法将混凝土膨胀开裂，因此，静态爆破技术在本工程实施失败。

3.4 劈裂机凿除

风镐凿除和“啄木鸟”凿除是用高频的外力强力冲击结构物表面，从而摧毁混凝土结构。然而，由于混凝土有很高的抗压强度，因此很多情况下以强制强，效果并不好。

劈裂机是利用混凝土抗拉强度低的特性和安全可靠的楔形块组的工作原理发展起来的。首先用普通的凿岩机在铺装层上钻出一个设定直径和深度的孔，将分裂机放入孔中，中间楔块在60MPa液压力的推动下，使一对反向楔块向孔的两边撑开，当撑力超过其抗拉强度时，就可以将被拆除的结构从内部裂开，细钢筋可同时被拉断。

劈裂机以液压油为能源，并巧妙地应用斜契原理，使劈裂头分裂力达到几百吨，甚至上千吨，这样就可以在几秒钟时间内把上千吨的巨石轻而易举地劈裂开来。劈裂机在本工程应用过程中，首先也是用切缝机将铺装层切割成50cm×50cm的正方形块，然后在正方形的中央用凿岩机钻一个直径4cm～5cm，深度同铺装层厚度一致的孔，将劈裂机的鸭嘴头放入孔内，开启液压油阀门，几秒钟后，当油压达到35MPa～40MPa时，混凝土块从劈裂机孔处向四周出现裂缝，并逐渐扩散，最终将混凝土块劈开，通过劈裂机鸭嘴头的特殊构造，混凝土劈开后，鸭嘴头会将孔处混凝土从内部顶出，加剧混凝土破坏。

劈裂机具有体积小、重量轻、操作方便、安全可靠、使用灵活、工作效率高、工作时无振动、无冲击、无噪音、无粉尘、分裂方向可控制、经济实用等特点。

4 结论

通过对以上4种凿除方案的比较，结合江汉二桥改造工程的实际，最终选择使用小块风镐起撬凿除和劈裂机凿除方案为最优方案。