一种改进型拆装技术在大桥加固改造工程中的应用

宁宇平，黄小慧，李福毅

(1.广西壮族自治区沿海公路发展中心，广西 钦州 535012；2.广西交科工程咨询有限公司，广西 南宁 530007；3.桂林理工大学，广西 桂林 541004)

0 引言

桥梁是公路交通的重要组成部分，在桥梁服役期内，由于受到恶劣的自然环境和使用环境等因素影响，病害会随之产生，使桥梁不能满足结构与功能安全的要求，此时就需要对其进行加固改造，恢复其正常使用功能。其中，增大桥梁截面和梁板的更换是加固改造工程常见的施工方法[1-4]。然而，更换梁板面临的难题之一就是如何进行梁板拆装。常见的梁板拆装施工工艺有龙门吊装安拆法、汽车吊吊装安拆法和架桥机吊装拆除法[5-7]。传统的龙门吊装安拆和汽车吊吊装安拆施工都需要足够的作业空间，架桥机吊装拆除不具备横向移动的功能，并且需要提梁机与运梁车搭配，工序复杂，造价较高[8]。

广西省道S313线清湖至科甲公路的丁屋大桥加固改造工程由于桥梁跨越河流，桥位河水较深，施工场地极其有限，并且需要扩大盖梁截面对其进行加固，若采用传统的梁板吊装安拆施工工艺，需要搭设相关施工作业平台，施工均较困难，安全风险高，且搭设和拆除作业平台时间较长，不利于工期控制。本文介绍的改进型拆装技术，其主要内容就是将该桥梁的原旧边梁作为施工作业平台，利用龙门吊装一次性提升和下放梁板，且具有纵横向移动的特点，在旧边梁纵向中心线上铺设龙门吊轨道，安装龙门吊设备，采用有限元软件Midas Civil分析施工过程中结构受力情况，以验证其可行性，并结合顶升技术，安装支撑梁，为盖梁增大截面施工创造良好的条件。改进型的龙门吊装安拆施工工艺解决了因河流或地势复杂，施工作业空间受限，安全不易得到保障的问题，其工艺可为后续类似的加固改造工程提供施工经验。

1 工程概况

广西省道S313线清湖至科甲公路的丁屋大桥加固改造工程位于钦州市以北约23 km处的久隆镇附近，该桥跨越钦江，桥位河水较深。桥梁全长122 m，桥面全宽8 m，横向具体布置为0.5 m(护栏)+7 m(行车道)+0.5 m(护栏)，桥面铺装为钢筋混凝土铺装。该桥梁上部结构为钢筋混凝土简支空心板梁，跨径为16 m，一共有7跨，每跨结构均由7片空心板梁组成。下部结构为桩柱式桥台，盖梁双圆柱式桥墩。本项目前期对旧桥检测技术状况评定为四类，因此需要进行加固改造。其施工主要内容是将该桥全部的简支空心板梁更换成预应力混凝土简支小箱梁，更换后每跨有6片小箱梁，全桥合计42片，并且对盖梁进行外包混凝土加固，拆除两桥台构造，新建桥台及耳墙，改建后桥宽变为10 m。

2 改进型拆装施工工艺研究

鉴于该桥加固改造工程周边环境保护、施工作业平台受限及施工安全等技术难题，通过广泛调研，进行方案比选和研究，本项目对传统的龙门吊装安拆施工工艺进行了改进，改进后的龙门吊设备可以架设在桥梁的旧边梁上。具体施工工序依次如下：

(1)全封闭交通后，拆除桥梁两侧防撞墙，在旧边梁外侧设置护栏用作施工通道，便于施工人员通行，同时进行预应力小箱梁预制。

(2)切除中梁桥面连续和中梁空心板横向缝，但为了加强边梁整体稳定性，旧边梁不拆除桥面连续，然后用绳锯解除全桥纵向湿接缝链接，并用千斤顶分别顶升梁体，使中间5片梁完全脱离。

(4)分别在桥梁两侧旧边梁的纵向中心线位置安装并固定龙门吊轨道，轨道铺设延伸至两桥头的引道上，在引道用两台25 t汽车吊安装2台龙门吊，跨度为6.2 m，其安装位置如图1所示。

图1 第一次龙门吊安装位置示意图(cm)

(5)用龙门吊依次拆除除旧边梁外的所有空心板。

(6)在盖梁和桥台处搭设钢管平台，拆除两桥台构造，然后进行钢筋制作安装及模板浇筑。自7#桥台往0#桥台依次浇筑，0#桥台为最后一次浇筑，完成盖梁外包混凝土加固，新建桥台及耳墙。

(8)在新盖梁或台帽上平移旧边梁至新边梁位置处后，在引道上第二次架设龙门吊，跨度为8 m，其安装位置如图2所示。拆除盖梁搭设钢管平台及桥台处的钢支撑架，安装中梁，并进行湿接缝施工，施工完成后再次拆除龙门吊。

图2 第二次龙门吊安装位置示意图(cm)

(9)用吊车拆除旧边梁，安装新边梁，并浇筑边梁侧湿接缝。

(10)按原设计进行桥面铺装、防撞墙及连接段处理等其他工程施工。

上述改进型龙门吊拆装施工工艺与传统的龙门吊施工工艺相比，合理利用了旧边梁作为施工作业平台，且采用了钢支撑梁，有效避免了因旧边梁的存在影响盖梁外包混凝土加固及新建台帽的施工，并解决了因河流导致施工作业空间困难的技术难题，明显缩短了施工工期，降低了建设成本，工程质量安全性好。

3 施工工况结构受力计算

为了验证改进型龙门吊拆装施工工艺的可行性，需要对施工过程中结构受力情况进行计算。旧边梁和工字钢支撑梁作为龙门吊的支撑体系，考虑了恒载(旧边梁的自重)及活载(龙门吊自重+吊重)，按最不利位置布载，吊装旧梁时单侧旧边梁最大活载效应剪力为200.95 kN，吊装新梁时单侧旧边梁最大活载效应剪力为206.33 kN。根据边梁支撑体系，采用Midas Civil软件建立边梁支撑结构模型进行结构安全受力分析，边梁采用梁单元模拟，支撑工字钢采用板单元模拟。边梁支撑体系验算模型如图3、图4所示。

图3 边梁支撑结构整体模型图

图4 支撑纵梁及分配横梁局部模型图

3.1 旧边梁内力验算

根据施工工序可知，龙门吊吊装新梁位于旧边梁跨中位置时结构受力最不利。由《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)[9]可知，荷载组合采用基本组合进行验算，此时旧边梁内力验算需考虑恒载(旧边梁的自重)及活载(龙门吊自重+吊重)，利用Midas Civil软件进行分析，内力计算结果如图5～6和表1所示，位移计算结果如图7和表2所示。

图5 旧边梁最不利受力工况弯矩云图

图6 旧边梁最不利受力工况剪力云图

图7 旧边梁最不利受力工况位移云图

表1 旧边梁抗弯、抗剪承载能力验算结果表

表2 旧边梁挠度验算结果表

从表1和表2可以看出，旧边梁抗弯、抗剪承载能力安全系数分别为1.04和1.29，旧边梁最大挠度为27.8 mm，比容许挠度要小，表明利用旧边梁作为龙门吊吊装安拆的承载平台是可行的。

3.2 支撑型钢验算

根据施工工序可知，工字钢支撑梁类似于支座，承受着旧边梁传递的荷载，此时龙门吊吊装旧梁位于支点处，支撑型钢梁受力最不利，利用Midas Civil软件计算该工况下的支撑型钢梁应力，其最不利工况云图如图8所示，计算结果如表3所示。

图8 最不利工况下支撑型钢梁应力云图

表3 支撑型钢梁应力计算结果表

3.3 支撑体系稳定性验算

根据施工工序可知，利用龙门吊吊装安拆梁板，对旧边梁和型钢支撑梁的支撑结构的稳定有一定要求，因此需要进行支撑体系稳定性验算。支撑体系稳定性验算主要检验边梁支撑结构在恒载和活载作用下的失稳安全系数，本文采用Midas Civil软件建立计算模型，将恒载设置为常量，活载设置为变量，进行屈曲分析，得到支撑稳定的安全系数。支撑结构屈曲模态如图9所示，验算结果如表4所示。

图9 边梁支撑屈曲(支撑型钢梁局部)模态云图

表4 支撑结构稳定性验算结果表

从表4可以看出，边梁支撑结构安全系数大于规定值，因此支撑结构稳定性满足施工要求。但需要强调的是，稳定性验算是建立在支撑型钢梁与盖梁、边梁与支撑横梁连接可靠的前提下进行的，施工时应注意这些部位的连接设置。

4 结语

(1)较传统龙门吊施工工艺，改进型的龙门吊吊装安拆技术解决了因河流或地势复杂导致施工作业空间困难的技术问题，同时保障了施工安全，降低了建设成本。桥上可使用龙门吊运输混凝土及各种材料、机具，极大缩减工期。

(2)采用旧边梁和支撑型钢梁作为支撑体系，为盖梁外包混凝土加固创造了良好施工条件，且安全可靠。