钢筋混凝土空腹拱的拆除工艺研究

张丽娟

摘要： 高速公路扩建中难以避免存在既有桥梁的拆除设计，本文对某高速公路在保通条件下1-55m钢筋砼拱桥的拆除方式进行比较分析，提出合理拆除方案，为设计者提供借鉴。

关键词： 高速公路；拱桥；拆除；保通

1、概述

某高速公路分离式立交桥为1-55m钢筋砼拱桥，因项目改扩建后拱桥跨径不能满足加宽路基宽度需要，需对该拱桥进行拆除重建。

该拱桥主桥采用二次抛物线等截面板拱，净跨径L0=55m，净矢高f0=11m，矢跨比1/5，拱肋高1m，桥下主桥净空不小于5.5m（即拱桥顶至沈吉高速路面净高差不小于16.5m）。拱上矩形立柱，行车道为“п”形梁，与立柱固接，形成连续刚构体系。

下部结构采用柱式墩、U型桥台、明挖扩大基础。该拱桥拱座基身、桥台台身及基础采用片石砼浇筑，其余均采用钢筋混凝土结构。该拱桥采用拱肋、立柱、纵梁一次浇筑整体落架方案施工。

2、拆除方案对比

该高速公路属于交通要道，且分流困难，不能进行完全封闭施工，故在制定拆除方案时必须保留其通行能力。因此，桥梁拆除过程中要严格保证通行安全，必须做到以下几点

（1）结构拆除时，随着桥梁结构体系转换、解体、构件卸下、破碎、运输等过程中，不能出现突然的破坏、断裂、失稳、倾覆。

（2）拆除过程中不能出现机械设备、支架的失稳、倾覆。

（3）拆除过程中形成的噪音、粉尘、建筑垃圾应有妥善的处理措施，不能影响环境及通行安全。

基于上述要求，对桥梁拆除主要采用机械拆除或者爆破拆除工艺。

2.1机械拆除

该拱桥拆除原则为“从上到下”，即：桥面附属结构→桥面铺装层砼→上部梁板→立柱→桥台、拱座及附属→拆除物处理。其拆除步骤如下：

（1）桥面附属结构物拆除

桥面附属结构物主要有梁侧防撞墙、防落网、路灯柱及各种管线等。桥上路灯柱、各种管线等，联系相关管理部门拆除。其余附属设施由于重量较轻，且拆除附属设施时，桥梁整体刚度未减小，此时桥梁结构是安全的。为加快施工进度，仅考虑全桥范围对称拆除。

（2）桥面铺装层砼拆除

砼面层拆除由桥梁中部向两端进行。由于桥面各构件主要为小型构件，采用空压机风镐人工凿除，不采用大型机械拆除，以保证上层构件的拆除，不损伤下层梁板，使梁板能被顺利安全的拆除。桥梁两侧应设置安全防护网，在可以起一定的防护作用外，还可以阻挡打碎的砼碎块掉落桥下公路上。桥面的凿除过程中应明确桥面砼与梁板砼的分界线，应尽量避免损伤到梁板砼，以防止梁板在起吊过程中断裂。

（3）上部梁板拆除

上部梁板拆除方案实施：用金刚石圆盘锯（切割深度达度0.6m左右）将上部梁板（一块板重4.7吨左右）沿纵、横向铰缝切割分离。由中间向两边遂孔、遂块实心板用吊车吊走。在此过程中可在拱肋处搭设支架设置防护网以防砼碎块掉落桥下公路。

（4）立柱拆除

用高效钻孔设备在立柱中钻孔后并用钢丝绳穿过，吊车吊起，再用金刚石圆盘锯或金刚石绳锯对立柱根部进行切割，完成后吊装走，其中最高立柱重17t。

（5）主拱肋拆除

①封闭右半幅交通，将交通量转移至左半幅并保证双向通行。在右半幅搭设脚手架，为确保

切割拱肋时剩余拱肋安全，在左幅硬路肩处搭设支撑支架。

②对拱顶进行切割，切割位置选择在高速公路中央分隔带中心处，拆除右半幅拱肋。此阶段要求拆除右幅形成到范围内后仅保留中央分隔带支架时能有效支撑左幅剩余拱肋。经计算，剩余左幅拱自身配筋能满足承载能力要求，此时中分带支架所受力为409kN，边支架受力为1160kN。

③ 右半幅拱肋拆除后，将交通量转移至右半幅并保证双向通行能力，再拆除左半幅拱肋。

（6）桥台、拱座及附属拆除

桥台、拱座及附属结构可采用使用挖掘破碎机破除后，废渣用挖掘机装车运走。两端桥台及拱座可同行进行。

2.2爆破拆除

2.2.1爆破拆除方案：

采用微差延期、重要受力点抛掷爆破、其余部位松散爆破的原地坍塌控制爆破技术进行爆破拆除（注：主体外露部分如拱肋、纵梁、立柱等采用爆破拆除，桥台基础、拱座基身等随挖方边坡开挖不采用爆破拆除）。

微差爆破-通过合理设计起爆网路，精确控制每个炮孔炸药起爆的顺序和时间，将桥梁爆破的炸药量合理的分布，减少爆破危害，通过桥梁不同结点的破坏顺序来控制桥梁的坍塌范围及倒塌方向。

根据桥梁各结点的力学结构不同，精确设计炸药用量，确保少产生多余炸药爆炸作用力，尽量减少不必要的破坏，从而有效主动控制爆破危害。

2.2.2爆破位置及参数：

（1）主要爆破部位

共有三处分别是左、右拱脚和拱顶。

（2）基本爆破参数

1）、左拱脚处

①爆破口范围

由结合部往上约2m的桥拱（厚1m，长5.5m，宽2m）。

②孔网参数

布孔形式：梅花形（又称三角形）

孔径：D=40mm间距：a=0.4m

排距：b=0.4m孔深：l=0.8m

排数：nb=2/0.4+1=6

单排孔数：na=5.5/0.4+1=15

总孔数：N=na×nb=90

③装药及其结构

单耗：q取1500g/m3（具体以实验炮为准）

單孔药量：Q=q×a×b×H=1500×0.4×0.4×1=240g

总药量：∑Q=Q×N=240×90=21600g=21.6kg

堵塞长度：L2=0.3m装药长度：L1=0.5m

装药结构：导爆索串不耦合装药结构（将单孔240克炸药分成3个80克的，用导爆索将其等间距串起）

2）、右拱脚处

同上-左拱脚处。

3）、拱顶处

①爆破口范围

拱顶中线往两边长约1.2m（厚1.5m，长5.5m，宽1.2m）。

②孔网参数

布孔形式：梅花形（又称三角形）

孔径：D=40mm间距：a=0.4m

排距：b=0.4m孔深：l=1.3m

排数：nb=1.2/0.4+1=4

单排孔数：na=5.5/0.4+1=15

总孔数：N= na×nb=60

③装药及其结构

单耗：q取1500g/m3（具体以实验炮为准）。

单孔药量：Q=q×a×b×H=1500×0.4×0.4×1.5=360g

总药量：∑Q=Q×N=240×90=21600g=21.6kg

堵塞長度：L2=0.3m

装药长度：L1=1.0m

装药结构：导爆索串不耦合装药结构（将单孔360克炸药分成3个100克、1个60克的，用导爆索将其等间距串起）

2.2.3路面防护措施

（1）主动措施：即通过合理设计爆破参数，依据等能爆破原理，确保炸药爆炸产生的能量大致等于钢筋混凝土结构解体所需要的能量，尽量少的让炸药爆炸能量作无用功从而产生爆破振动、爆破冲击波以及爆破飞散物等爆破危害。

①抛掷爆破装药-为确保桥梁在重力作用下坍塌解体，在主要受力点处（拱肋与支座的结点、拱顶等）进行大药量的抛掷爆破装药设计，确保混凝土脱钢筋笼钢筋屈服，而不能靠大炸药量的爆炸作用直接炸断钢筋。

②松散爆破装药-为减少对路的冲击破坏，应尽量减小爆破块度，对桥梁的其余部位只能采用小药量的松散爆破设计，爆破破碎钢筋笼内的混凝土让其脱笼，致使形成不大体积的坍落块，从而减少对路的冲击破坏力。

（2）被动措施：即在路面一定范围内敷设刚-柔组合缓冲隔离层（10m宽30m长），减缓桥梁解体块对路面的冲击破坏。一般在路上先用木方横竖敷设二层，再于其上敷设一层钢板，最后在钢板上再堆积上约0.5m厚度的河沙。根据理论计算及工程实际情况，可以有效保护路面。

3、结论

通过对两个方案拆除工艺的具体分析，两方案的优缺点如下：

（1）从工程造价的角度分析，机械拆除较为经济，爆破拆除造价较高。

（2）从施工安全方面考虑，爆破拆除安全防护设施较为复杂，机械拆除安全防护设计相对简单。

（3）从保通影响方面考虑，机械拆除能实现不中断交通，而爆破拆除需临时封闭交通，对通行影响大。

4、结束语

本文通过对具体桥梁拆除工艺的机械拆除和控制性爆破拆除进行了详细的阐述，并综合分析了各自工艺的优缺点，为广大桥梁拆除设计提供了借鉴。

参考文献：

[1] 李必红等.爆炸作用基础，长沙：国防科技大学出版社，2015

[2] 张守中.爆炸冲击动力学，北京：兵器工业出版社，1993

[3] 李必红等.特种爆破[M]，长沙：国防科技大学出版社，2015