多跨连续箱梁桥拆除施工技术要点研究

张海

（莆田市交通投资集团有限公司，福建莆田 351100）

0 引言

随着我国改革开放的持续深入，经济不断快速发展，高速公路通行车辆不断地增加，很多既有高速公路的服务水平不断下降，故需要对高速公路进行改建和扩建。在改建和扩建的过程中势必涉及桥梁的拆除。目前国内常采用的桥梁拆除技术主要为爆破拆除、静力切割、机械凿除三种方式。针对多跨现浇连续箱梁的拆除目前的研究主要有：颜志强[1]充分利用既有未拆除的满堂支架作为支撑，在最短工期内以逐段切割的方式安全地完成4×25m 现浇箱梁的拆除；拓明星[2]通过有限元软件计算现浇箱梁拆除过程中的稳定验算，分析了切割法在跨线预应力现浇箱梁拆除中应用。本文通过有限元软件计算分析拆除中结构体系转换后梁体的稳定性，提出在箱梁墩柱附近增设钢结构支撑平台的拆除方式，有效节约了深水支撑平台费用和施工工期，为后续类似桥梁拆除工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程介绍

文章涉及的桥梁为跨江而建，路线与水流斜交41°，分为左右幅，每幅宽12.5m；该桥上部结构为9×25m 预应力混凝土T 型准连续梁+（35.4m+11×50m+35.4m）预应力混凝土箱型连续梁+22×25m 预应力混凝土T 型准连续梁；下部结构为钢筋混凝土钻孔灌注双排桩基础、实心双柱式桥墩、肋板式桥台。该研究涉及拆除的为第十跨至第二十二跨预应力混凝土现浇箱梁，均采用单箱单室斜腹板箱型截面，箱梁梁高2.8m，顶宽12.5m，底宽5.0m，箱梁悬臂长度为3.15m；顶板厚度从跨中处20cm 往支点渐变至40cm；底板厚度从跨中处20cm 往支点渐变至60cm；腹板厚度从跨中处32cm 往支点渐变至60cm；变化长度10m。拟拆除现浇箱梁桥型立面及平面见图1、图2。桥梁断面见图3、图4。

图1 拟拆除现浇箱梁立面图（单位：cm）

图2 拟拆除现浇箱梁平面图（单位：cm）

图3 现浇箱梁端部典型断面示意图（单位：cm）

图4 现浇箱梁跨中典型断面示意图（单位：cm）

1.2 拟拆除桥梁周边敏感点调查

根据对拟拆除桥位周边进行调查，周边敏感点主要有村庄、高铁、河道、Ⅳ级航道，拟拆桥梁与周边敏感点关系图见图5。

图5 拟拆除桥梁周边敏感点总体图

1.2.1 拟拆第十跨下跨村道为道路和防洪堤结合，目前主要为当地村民通行用。高铁桥梁上跨拟拆桥梁第十跨，近照见图6。

图6 拟拆桥梁第十跨近照

1.2.2 桥梁第十四跨至第二十二跨跨越河道，该河道为Ⅳ级航道，并在14-17#桥墩设置了防撞钢结构；高铁桥梁上跨拟拆桥梁第十五跨，现场情况见图7。

图7 拟拆桥梁第十四跨近照

2 桥梁拆除施工方案设计

如上所述，拟拆桥梁周边敏感点多，该桥的拆除不能采用爆破进行，该研究对桥梁拆除采用绳锯切割的方式进行拆除。

2.1 桥梁上部结构拆除方案设计

该研究采用上部结构拆除方案为先拆除防撞护栏，然后局部拆除橡胶箱梁翼缘板，最后从跨中往支点方向逐步拆除现浇箱梁顶板、腹板和底板。

该桥上部结构现浇箱梁与桥墩间设置盆式支座，考虑现浇箱梁跨中切割后其结构体系由连续结构变为悬臂结构[3]，见图8、图9，该研究在支点附近采用搭设钢管支撑平台支撑箱梁后再对连续箱梁拆除，支撑平台方案简图如图10、图11 所示。

图8 现浇箱梁切割横断面图（单位：cm）

图9 现浇箱梁切割平面图（单位：cm）

图10 支点临时支撑平台立面图（单位：cm）

图11 支点临时支撑平台横断面图（单位：cm）

采用MIDAS/Civil 有限元分析计算程序对所需拆除的三跨连续梁各组成部分进行梁单元模拟，整体模型共计151 个节点和150 个单元，考虑二期铺装，并在贝雷梁架设部分设置仅受压支座。切割施工阶段考虑钝化现浇箱梁跨中单元，将各支座反力提取，反向施加在支承贝雷梁分配梁上，即为所需拆除桥梁的荷载，模型如图12 所示。

图12 拆除桥梁结构整体计算模型

2.1.1 贝雷梁桁架计算

贝雷梁在自重和箱梁荷载和施工荷载作用下的最大压应力为-140.52MPa＜235MPa，满足要求，如图13 所示。贝类梁最大变形为11.88mm 满足规范要求，变形如图14 所示。

图13 贝雷梁应力（单位：MPa）

图14 贝类梁变形图（单位：mm）

2.1.2 分配梁计算

分配梁在自重和箱梁荷载和施工荷载作用下的最大压应力为-36.07MPa＜235MPa，满足受力要求，如图15 所示。分配梁最大变形为7.13mm 满足规范要求，变形如图16 所示。

图15 分配梁应力图（单位：MPa）

图16 分配梁变形图（单位：mm）

2.1.3 主横梁计算

主横梁在自重和箱梁荷载和施工荷载作用下的最大压应力为-7.39MPa＜235MPa，满足受力要求，如图17 所示。主横梁最大变形为0.85mm 满足规范要求，变形如图18 所示。

图17 主横梁应力图（单位：MPa）

图18 分配梁变形图（单位：mm）

2.1.4 下部结构验算

下部结构在自重和箱梁荷载和施工荷载作用下的最大压应力为175.11MPa＜235MPa，满足受力要求，如图19 所示。下部结构最大变形为1.63mm 满足规范要求，变形如图20 所示。

图19 下部结构应力图（单位：MPa）

图20 下部结构变形图（单位：mm）

2.1.5 整体稳定分析验算

经计算桥梁支撑梁整体弹性稳定系数为12.18，大于4.0，满足要求，如图21 所示。

图21 支撑梁整体失稳形态图

如上计算所述，切割施工时支撑平台应力及变形均满足规范要求，支撑平台整体稳定性满足要求。

2.2 桥梁下部结构拆除方案设计

该桥拟拆除下部结构大部分位于深水中，拟采用水中切割方式拆除。拆除方案为待上部现浇箱梁拆除后，从上往下切割墩柱、承台、外露桩基，其中桩基拆除高度为现状河床地面位置，水下切割为通过潜水员潜入水中利用绳锯进行切割。方案简图见图22。

图22 桥墩拆除立面示意图（单位：cm）

2.3 桥梁拆除平台设计

根据上述拆除方案，此次拆除需要搭设施工便桥作为拆除桥梁和后续桥梁施工的平台。考虑拆桥吊装和运输需求，便桥按6×9m 一联设计，便桥宽度为10m。便桥设计控制荷载考虑180t 履带吊机。便桥总体布置图如图23 和图24 所示。

图23 桥梁拆除平台立面示意图（单位：cm）

图24 桥梁拆除横断面示意图（单位：cm）

3 桥梁拆除施工要点

3.1 现浇箱梁拆除步骤

结合旧桥现场调查，此次桥梁拆除步骤具体如下：一是拆除桥面交安门架等其他附属物。二是搭设施工便桥及现浇箱梁支撑平台。三是拆除桥梁水中钢结构防撞设施。四是采用金刚绳锯分段切割及外运护栏。五是按照建桥逆序采用金刚绳锯进行切割吊装拆除现浇箱梁。六是采用水下切割设备及履带吊装进行切割拆除下部结构。

3.2 桥梁拆除施工要点及应对措施

第一，需对现状桥梁进行勘察和检测，针对旧桥的关键缺陷制定保护措施，确保拆除安全。第二，针对该工程施工特点，在拆桥施工前，对所有施工人员进行一次安全培训及详细的施工技术交底。第三，为做好跨线桥拆除施工现场的维护，应在拆除跨线桥的施工区域合理的位置设置围挡、施工安全生产标志牌、安全警示标志牌，并委托专业机构或配备专职安全人员实施专项安全防护措施以确保安全。第四，施工重难点及应对措施：一是钻切割孔时应查清桥面水平及坡度情况，并应根据桥面坡度及水平情况安装钻孔机，以确保现浇箱梁切割面垂直。二是为防止切割垂直度倾斜，切割孔范围不得超过5m，切割绳波动不得过大。三是要提前根据原设计图纸确认、标识预应力钢绞线锚头位置，避免切割箱体时造成相邻段钢绞线损坏，从而影响箱体安全。四是起重机的吊钩绳在切块纵向和横向必须垂直吊钩，应在每片切块纵向中心点，切块两端安装缆风绳，防止梁片吊离桥面后对上方的架桥机碰撞。五是起重机作业人员应持证上岗，支腿横梁应固定到位，起重机吊装应正确操作。

4 结语

本文通过周边环境调查，利用有限元计算切割过程中体系转换的受力模式，提出利用金刚绳锯切割并设置支承平台的拆除方案，目前该桥已经完成拆除施工，拆除施工共用时18 个月。桥梁拆除是一个复杂的问题，本文仅针对一座现浇箱梁的拆除，提出相应的拆除方案，能够简单地反映一部分现浇箱梁拆除存在的施工难点和对应措施，但针对其他桥型或复杂现浇箱梁的拆除，目前没有具体的工程试验做依托，故提出以下建议：一是旧桥拆除过程中应对旧桥进行必要的结构计算和安全评估，确保拆除过程的安全；二是旧桥拆除过程中特别是涉及结构体系转换的过程，应加强该施工阶段的结构检算，充分考虑施工过程中的不确定性，确保拆除过程顺利。