绳锯切割技术在构筑物水下拆除施工中的应用

毕朝阳

(中铁交通投资集团有限公司，广西南宁 530000)

1 工程概况

柳州维义大桥全长2 090 m，其中主桥全长504 m，采用(108 m+288 m+108 m)中承式三跨连续钢桁拱结构，桥面总宽度为43.5 m。主桥主桁由两片钢桁架组成，主桁中心距37 m，主跨拱圈矢高55 m，主桁采用节间长度12 m的“N”形桁式。维义大桥钢桁拱梁架设采用膺架法半悬臂架设的方案，全桥共设置膺架临时墩12个，根据结构受力计算，临时墩采用钢筋混凝土钻孔桩，全桥临时墩的钻孔桩共计80根。

柳州维义大桥钢桁拱梁架设膺架临时墩布置图如图1所示。

图1 维义大桥钢桁拱梁架设膺架临时墩布置图

根据钢梁架设工况计算，临时墩最大反力为2 087.6 t，由于桥位处河床为光板岩，临时墩采用钻孔桩+钢管柱的结构形式，钻孔桩为 φ1.0 m 和 φ1.5 m。φ1.5 m 钻孔桩采用 φ1.7 m，δ=10 mm的钢护筒，φ1.0 m钻孔桩采用 φ1.2 m，δ=10 mm 的钢护筒，φ1.5 m，φ1.0 m 钻孔桩钢筋笼均为16根 Φ25 mm 钢筋。临时墩上部钢管切割后桩顶标高约为+80.0 m，河床标高约为+66 m～ +70.0 m，切割桩长约10.0 m～14.0 m。临时墩钻孔桩整体切割部分结构见图2。

2 临时墩钻孔桩拆除方案

维义大桥膺架临时墩钻孔桩拆除采用金刚石绳锯进行水下整体切割的方案，桩身整体完全切断后，利用浮吊吊起钻孔桩，驳船运送至岸边，钻孔桩桩身在岸上进行集中破碎处理。临时墩钻孔桩切割前，需在桩顶设置好吊点，在切割过程中，为防止桩身倾覆，需利用吊船进行辅助作业。

金刚石绳锯水下整体切割钢筋混凝土临时桩的拆除方法，其机理基于通过液压马达高速驱动带有金刚石串珠的钢丝绳索(金刚石锯绳)，通过导轮绕着钢筋混凝土临时桩运转，在一定张拉力的作用下，高速磨削被切割物体，产生的磨屑和热量随循环冷却水带走，最终达到分离被切割物体的目的。

图2 临时墩钻孔桩结构图

3 临时墩钻孔桩水下整体切割工艺

临时墩钻孔桩水下整体切割工艺流程见图3。

4 临时墩钻孔桩水下整体切割施工要点

4.1 施工准备

临时墩钻孔桩整体切割前的准备工作主要有:膺架临时墩上部钢结构的拆除、钻孔桩上部吊点的设置、切割施工平台的制造及安装、导向装置的制造及安装等。

图3 临时墩钻孔桩水下整体切割工艺流程图

4.2 设备配置

临时墩钻孔桩水下整体切割施工所需的机械设备主要有:起重设备、水上运输设备、交通船、切割设备、潜水设备以及水下气割设备等，具体机械设备配置如表1所示。

表1 钻孔桩水下整体切割施工机械设备配置表

4.3 桩身导向装置设计及安装

为保证金刚石绳索在切割钻孔桩时切割线方向与桩身垂直，同时在高度方向能牵引进绳锯机，需在切割线下部安装导向装置，导向装置为钢结构制造，分两部分采用螺杆连接，转向装置上设有水平转向轮和垂直转向轮，保证金刚石绳索能由水平向平顺转向过渡至垂直向，顺利进入绳锯机。导向装置安装时，先在桩顶处安装为整体，下放至设计位置后，潜水员水下将导向装置调整水平，并将连接螺杆拧紧，固定导向装置。桩身导向装置布置见图4。

图4 桩身导向装置布置示意图

4.4 绳锯机及金刚石锯绳安装

为保证切割作业时绳锯机能处于平稳的工作状态，需在待切割钻孔桩桩顶设置作业平台。为方便平台安装，作业平台采用钢结构制造成整体，安装时放置在钻孔桩顶钢管桩上，采用连接板与钢管桩临时焊接固定。绳锯机采用螺杆与作业平台固定，安装位置应能保证金刚石锯绳从切割线经导向结构后以竖直状态进入主机。

金刚石锯绳采用潜水员水下辅助安装，根据已经确定的钻孔桩切割线，水下部分金刚石锯绳通过导向轮绕着钢筋混凝土钻孔桩，水上部分金刚石绳索按一定的顺序缠绕在主动轮及辅助轮上，注意绳子的方向应和主动轮驱动方向一致，安装好的金刚石锯绳应进行收紧，同时应注意切割线位置的金刚石锯绳保持水平状态。

4.5 切割

绳锯机及金刚石锯绳切割系统安装完成并经检查符合要求后，浮吊就位，布置钻孔桩起吊钢丝绳，起吊系统检查合格后，撤出作业人员，通过遥控驱动设备进行切割作业。切割过程中应控制金刚石锯绳转速，要求锯绳线速度不小于18 m/s。

在柳州维义大桥临时墩钻孔桩刚开始切割时，由于切割线位置为钢护筒，钢护筒表面光滑，金刚石锯绳转动时容易打滑，严重影响切割速度，由于要同时切割钢护筒和钢筋混凝土钻孔桩，锯绳磨损很快，基本每切割1根桩就要更换锯绳，造成施工成本加大。后期，对施工作业进行了调整，在导向装置固定好后，将切割线范围50 cm内的钢护筒剥除，剥除护筒后切割效率以及锯绳寿命都得到提高。切割一根直径1.5 m的钢筋混凝土临时桩需要4 h～6 h，切割过程需定时观察是否正常。钻孔桩切割完成后，浮吊将其吊到岸上，对钢护筒和钢筋进行回收，并对破除的混凝土建筑垃圾进行专门处理，实现绿色环保的目的。临时墩钻孔桩水下整体切割施工示意图见图5。

图5 临时墩钻孔桩水下整体切割施工示意图

4.6 注意事项

1)绳索的变向是通过导向轮的组合安装来实现的，施工过程中导向轮的安装与主动驱动轮中的位置关系应巧妙的设计，以满足切割要求。

2)绳锯机及金刚石锯绳在进行钻孔桩整体切割时，可采用人工遥控操作，在设备安装调试好后，除辅助施工的吊船外，其他设备及人员均应撤离至安全区域。

3)每切割完成一根钻孔桩，应对绳锯机及金刚石锯绳进行检查，如金刚石锯绳磨损严重影响使用，应及时予以更换。

4)切割过程中，作业平台及导向装置均采用倒用，每次回收后倒用前，应对结构焊缝进行检查，保证结构满足作业过程中最大张拉强度的要求。

5)金刚石锯绳使用前须连接一个闭合的循环，锯绳连接采用金刚石绳锯专用液压钳将接头扣压紧，扣压后检查接头，用角磨机等将飞边和毛刺去除干净。

6)为避免绳锯机在整体切割钻孔桩过程中，桩身倾斜而发生卡绳现象或其他安全事故，切割前应收紧起吊钢丝绳并保持其处于受力状态。

5 结语

在现有的桥梁施工中，对水中钢筋混凝土临时桩一般采用水下爆破的方法进行拆除，施工时要求必须准确预埋爆破管道，这给施工布置带来诸多的不便，并且爆破施工存在极大的安全隐患，爆破后还会对环境造成污染。因此不推荐使用此方法施工。

本文中所采用的金刚石锯绳水下整体切割技术，属于机械式的切割方法，该技术在旧桥拆除等水上、岸上作业中采用较多，但在水下混凝土结构拆除中较少使用。柳州维义大桥临时墩钻孔桩拆除采用的金刚石锯绳水下整体切割技术，具有安全性能高、切割速度快、环境污染小等优点，值得推广。