混凝土连续梁桥拆除施工中顶推法的应用

刘迪清

摘要：本文主要针对拆除跨越正在运营的高速公路钢筋混凝土连续梁桥工程，采用顶推法进行分析。

关键词：混凝土连续梁；顶推法；拆桥

1 概述

拆除跨越正在运营的高速公路天桥，考虑到高速公路交通流量大的实际特点，并且根据桥梁的受力特点、现有技术状况、交通组织等综合考虑，对各种可能的拆除方案分析判断、综合比较，合理权衡安全效益、技术效益和经济效益的关系，该桥梁拆除施工方案应遵循“不中断交通、不破坏原有路面、不影响行车安全、拆除周期短”的原则制定，并且选择“安全、高效、实用、环保”的拆除方案。在拆除工艺的选择上，顶推法施工具有不中断交通的特点，而本桥是等截面单箱双室的钢筋混凝土箱梁桥，箱梁较长，总体重量大，也比较适合顶推法施工。顶推法施工在国内外等截面箱梁桥的施工中运用较多，主要是在等截面的混凝土箱梁桥、钢箱梁等架设中应用较多，比如郑越、田中亚[1]在济青高速上拆除了一座立交桥，在文献中叙述了拆桥施工工艺的关键部位，王同[2]在佛开高速上拆除了一座 9 跨连续箱梁桥，对拆除过程中的导梁进行了受力分析。刘建龙[3]在黑龙江尚志大桥上对钢箱梁顶推施工技术进行了设计和分析。本次拆除的桥梁跨越高速公路，为 4 跨单箱双室钢筋混凝土连续箱梁桥，跨径组合为 13 +20+ 20 + 13 = 66 m，主梁宽度为 1 550 cm，高度为155.5 cm，桥台为三柱式轻型桥台，中间桥墩为独柱式桥墩，桥梁立面图如图 1 所示。该桥设计荷载为：汽-20； 挂-100。地基容许承载力为 280kPa。

平面图

图1 全桥立面图（ 单位： cm）

2 拆除总体方案

本拆除桥梁工程的处在交通流量特别大的高速路上，不允许封闭交通，同时混凝土桥梁自重大，混凝土方量多，而且必须保证在拆除过程中确保交通行车安全，不允许有飞石等出现，因此在保证高速公路正常运营状态下，结合较为先进、高效的吊装方式、运输方式和破碎技术，对主梁的拆除提出顶推拆除方案。在桥台后在基础上浇筑顶推滑道及临时墩，在 13 m 跨、20 m 跨中间均设置临时墩，先将主梁顶起将原支座更换成顶推滑动支座，同时在临时墩上布设顶推滑动支座，在桥台布设连续液压千斤顶。通过钢绞线或精轧螺纹钢牵引主梁到台后顶推滑道，采用液压破碎机（ 啄木鸟） 破碎工具进行破碎拆除，从而实现在不需要封闭交通的情况下，完成整座桥梁的拆除工作。

桥梁在顶推拆除过程中，与顶推法安装桥梁的工艺区别并不大，只是将顶推施工的顺序逆转过来，在保证受力结构安全的前提下，取消了导梁、预制台座等临时设施，但是对于拆桥方案，对主梁的受力要求降低，只要求桥梁在施工过程中满足承载能力极限状态，不出现桥梁垮塌，能将主梁顺利顶出桥跨范围即可。其他工艺如滑道、纠偏装置、临时墩设施仍然是拆除方案中必须的结构，按照普通顶推桥梁顶推工艺配置。在方案中，重点需要研究考虑临时墩的配置、主梁在各施工阶段的受力分析及承载能力计算、桥台在千斤顶水平力作用下的稳定分析等几个方面。

3 临时墩合理配置方案

根据桥梁桥跨分布，以及主梁在顶推过程中的承载能力、行车需要的空间，在 4 跨中间增设临时墩，变成 6 +7 +10 +10 +10 +10 +10 +7 +6 =66 m的跨径组合，将中间独柱式桥墩通过增设临时墩改成三柱式桥墩，这样配置增加了临时工程的费用，但有效的减小了各个桥墩的支座反力，从而减小了在顶推工程中的水平力，有效的提高了桥墩的受力安全。临时墩设置见图 2。

图2 临时墩设置示意图

4 主梁顶推施工受力分析研究

顶推拆除连续梁桥，关键需要计算截面在顶推过程中的弯矩、剪力包络图，并计算各截面的弯矩剪力的承载能力。采用 MIDAS 对结构进行结构顶推建模计算，混凝土采用 C40 模拟，顶推步长为 1 m，不设置导梁，横隔板采用集中荷载模拟，桥面铺装采用均布荷载模拟，结构计算模型如图 3 所示。通过计算得到主梁在顶推施工过程中的弯矩和剪力包络图，如图 4，图 5 所示。

图3 计算结构模型图

图4 顶推过程主梁弯矩包络图（ 单位： kN.m）

图5 顶推过程主梁剪力包络图

通过对主梁最薄弱断面 -13 m 跨跨中断面的负弯矩抗弯能力计算，抗剪承载能力计算，得到主梁负弯矩弯矩抗力最小为13741.7 kN.m，剪力抗力最小为 18 077.9kN。通过分析研究可以得知，主梁在顶推施工过程中，结构满足极限承载能力要求。

5 桥墩受力分析研究

顶推施工过程中，桥墩要承受主梁滑动产生的摩擦力，在水平摩擦力作用下，桥墩要求结构安全、稳定，因此需要对桥墩、桥台及临时墩的稳定性进行验算[2]。在顶推施工过程中 4#桥台、临 7#桥墩，临6#桥墩、3#桥墩的稳定性最为重要。在起步顶推作业时各墩反力及承受的水平力如表 1 所示。

对桥台建立有限元模型进行结构分析，在千斤顶位置设置水平力 160 t，建立结构模型见图 6。

图6 桥台结构模型图

施加 160 t水平力作用下，橋台最大位移为5.504mm，最大拉应力为 3.046MPa，出现在桥台顶部，台后滑道与桥台横梁交接点，应力水平较低，滑道与桥台连接部位配加强钢筋即可满足要求。

6更换支座主梁受力分析研究

结构在顶推前需要更换支座，更换支座可以视做顶推安装桥梁工程中落梁[1]的逆过程，本方案中采用单点顶起更换主梁方法，因此需要验算顶起主梁 1 cm 时主梁的内力。表 2 为主梁顶梁时最大弯矩、剪力及抗力对比表。计算结果表明，主梁受力在顶升主梁更换支座过程中满足受力的要求。

7 总结

跨高速公路等截面钢筋混凝土连续箱梁桥的拆除，在不间断交通的条件下，顶推法是较好的选择工艺，在顶推拆除施工中，临时墩的设置要满足受力要求和交通要求，并对临时墩的设置进行验算，使主梁在施工过程中保持受力安全。需要对主要承受水平力的桥墩进行验算，确保桥墩的受力及施工安全。通过对主梁、桥墩的验算，本桥的顶推施工拆除方案可行，为国内同行进行类似项目提供参考。

参考文献：

[1]郑越，田中亚. 顶推法在拆桥中的应用[J]. 公路，2000（ 02） ：59 - 60.

[2]王同. 北江大桥顶推法拆桥用钢导梁施工过程有限元分析[J]. 黑龙江科技信息，2013（ 13） ： 183 -184.

[3]刘建龙. 哈尔滨尚志大桥连续钢箱梁顶推设计与施工技术[J]. 中南公路工程，2005（ 01） ：110一112+129