改扩建工程斜腿刚构跨线桥拆除施工技术探讨

2018-08-27王显张杨东海段跃华梁军林

西部交通科技 2018年6期

王显张，杨东海，段跃华，梁军林

(1.广西桂海高速公路有限公司，广西南宁 530021；2.广西大学，广西南宁 530004)

0 引言

在旧桥拆除施工中，机械凿除、控制爆破等方法较为常用，另外，斜腿打断技术、切割法等也得到应用，但在施工作业空间受力、环保要求严、交通组织安全要求高等条件下难以实施。因此，探讨一种高效、安全、环保的拆除施工方法具有重要意义。本文通过柳南改扩建工程高速公路某斜腿刚构桥拆除工程实践，介绍了直线切割法的关键技术和施工过程控制要点，可为同类旧桥拆除提供借鉴。

1 工程概况

柳南改扩建工程高速公路某跨线斜腿刚构桥主跨长25 m，全长54.9 m，主梁为现浇箱梁，梁底宽2.5 m，桥面宽5.5 m，桥梁上构及桥面系总重共325.2 t。该桥拆除施工要在下线高速公路保持通通行的条件进行，交通流量大，施工交通组织难度大，现场大型机械作业受限。

2 拆除施工方案的比选

根据现场调研情况和结构受力分析，从施工效率、安全环保、受力稳定及对高速公路运营的影响等方面综合考虑，选择直线切割法，各施工方法优缺点对比具体如表1所示。

表1 旧桥拆除方法优缺点对比表

通过对比，直线切割施工工艺具有高效、安全、环保及对高速公路运营影响小等特点，解决了在“边通车、边施工”的情况下，施工作业场地空间狭小、桥梁受力复杂、施工交通组织难等难题。

3 直线切割法应用原理和计算分析

3.1 直线切割法应用原理

通过对桥梁建立力学模型，分析结构受力情况，合理卸载部分荷载，减少桥梁自重，建立支撑体系将受力复杂的桥梁结构转换成受力相对简单、结构稳定的桥梁结构，完成体系转换；再应用直线切割分块工艺，将桥梁结构物合理分成质量较小的多块进行吊装运输，达到拆除的目的。

3.2 力学模型的建立及转换

斜腿刚构桥为超静定结构，构件偏心受压，斜腿根部铰结处有水平推力，直接分块切割易造成桥梁整体失稳、倾斜等问题，因此，如何释放斜腿的水平力，将斜腿刚构桥由超静定体系转换成连续梁桥，是实施直线切割法的关键，如图1所示。

图1 斜腿门架等效结构力学模型示意图

通过搭建支架，设置支点，对斜腿处梁、梁跨中处进行合理顶升，从而释放掉斜腿铰接处水平力，斜腿失效后结构转换为5点支撑四跨连续梁，如图2所示。

图2 顶升托换后结构力学模型(5点支撑四跨连续梁)示意图

3.3 结构计算分析

3.3.1 桥梁切割分块质量

以半幅进行计算分块，共分割成9块，主梁最重块质量为23.8 t，斜腿质量为28.1 t。各块质量如表2所示。

3.3.2 结构受力计算

采用Midas Civil有限元软件模拟斜腿刚构桥翼板拆除、斜腿顶升、斜腿拆除三个主要工况的受力状态，经计算，翼板拆除后，最大拉应力为0.72 MPa<1.43 MPa，跨中最大挠度为1.4 cm<400/L=6.25 cm；斜腿顶升到水平力释放的瞬间，跨中竖向位移3.7 mm<400/L=6.25 cm；斜腿拆除后，跨中竖向位移1.6 mm<400/L=6.25 cm，均满足规范要求。如图3所示。

图3 顶升后梁跨中竖向位移3.7 mm模型图

4 施工工艺技术

4.1 施工流程

由于要保证高速公路正常通行，且考虑施工对车辆通行的安全，所以要对交通进行转换、改道，由原来双向四车道改为双向两车道，封闭半幅，为支架搭设、切割施工、分块吊装等施工提供条件。

桥梁拆除的施工顺序为：交通转换、搭设支架、拆除防撞墙及翼缘板等、体系转换、箱梁分块切割及吊装、场地清理及恢复交通，如图4所示。

图4 斜腿刚构天桥拆除总体施工工艺流程图

4.2 施工工艺

为提高切割工作效率，本文采用了金刚石绳锯切割工艺，具有操作简便、不受物体形状限制、对物体整体损伤小、高效、环保、作业空间要求低等特点。切割流程如图5所示。

图5 绳锯施工工艺流程图

4.3 施工控制

(1)搭设支撑体系。要充分考虑基础承载力、整体稳固性、顶推位置设置、切割空间及吊装操作等因素。三个支撑均设置为双排，便于布置横向切割线，双排钢支撑之间用型钢设有纵、横向联系，使两排钢支撑之间联系成一整体，提高钢支撑承载力，如图6～8所示。

图6 支撑体系总体立面布置图(单位：mm)

图7 支架立面图(单位：mm)

图8 支架侧面图(单位：mm)

(2)拆除桥面附属结构物、防撞墙及翼缘板等，以减轻全桥恒载。由于桥梁附属设施重量较轻，对桥的影响较小，拆除时结构整体稳定、安全。采用直线切割法切割护栏，拆除护栏；然后，在翼板根部切割，将翼板与主箱室分离(如图9所示)，拆除翼板；横向切割每5～6 m切割一次，以便分块吊装，翼板切割前可采用汽车吊预吊，防止切割卡盘。切割完后，采用120 t的汽车吊转运指定地点。

图9 翼缘板切割示意图

(3)桥梁分级顶升，逐步释放斜腿根部水平推力。全桥翼板切割分离后，主箱梁总重量(含斜腿)为237.2 t；在三个支架体系设置千斤顶(100 t液压千斤顶)，每个支架设置两个，顶升托对准支架受力中心点；分级顶升，注意监测支架的整体稳定性、竖向位移和水平位移，在保证整体稳定、安全的前提下，当斜腿部分脱离地面5 mm时，立即停止顶升，在缝隙位置采用临时钢板垫密实。顶升后，桥梁受力体系由原来的超静定结构转换成四跨连续梁，可对称拆除斜腿，按照吊装能力分5个节段拆除。

(4)拆除箱梁。翼板与斜腿切割后，只剩箱梁部分，为方便吊装，半幅箱梁共切割为8块，先纵向切割再横向切割，分块吊装最大重量为23.8 t。同时，在切割时，做好箱梁链锯切割安全防护措施，桥下采用2 mm花纹钢板防护。用同样的方法拆除另半幅。

(5)拆除支撑体系及清理现场。完成桥梁拆除后，及时拆除支撑体系和清理现场，做好环保卫生工作，减少对高速公路的影响，以及时恢复原有交通。

5 施工安全及交通组织要点

旧桥拆除施工中，拆除过程的稳定性控制是关键，要做好结构体系转换的受力分析及计算，在顶升过程及吊装过程要对支撑体系的整体稳定性进行监测。在旧桥拆除时对半幅高速公路进行封闭(如图10所示)，要制定切实可行的、操作性强的交通组织方案，通过审批后，在交警示、运营、路政等的指导下实施。切实做好高速公路改道、分流及设置警示标志、导向牌等工作措施，确保施工期间交通畅通、安全，同时，也要做好施工安全及交通安全突发事故应急预案，最大程度地降低突发事故带来的损失和影响。