鋼筋混凝土空腹拱的拆除工藝研究

張麗娟

摘要： 高速公路擴(kuò)建中難以避免存在既有橋梁的拆除設(shè)計(jì)，本文對(duì)某高速公路在保通條件下1-55m鋼筋砼拱橋的拆除方式進(jìn)行比較分析，提出合理拆除方案，為設(shè)計(jì)者提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 高速公路；拱橋；拆除；保通

1、概述

某高速公路分離式立交橋?yàn)?-55m鋼筋砼拱橋，因項(xiàng)目改擴(kuò)建后拱橋跨徑不能滿足加寬路基寬度需要，需對(duì)該拱橋進(jìn)行拆除重建。

該拱橋主橋采用二次拋物線等截面板拱，凈跨徑L0=55m，凈矢高f0=11m，矢跨比1/5，拱肋高1m，橋下主橋凈空不小于5.5m（即拱橋頂至沈吉高速路面凈高差不小于16.5m）。拱上矩形立柱，行車道為“п”形梁，與立柱固接，形成連續(xù)剛構(gòu)體系。

下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、U型橋臺(tái)、明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。該拱橋拱座基身、橋臺(tái)臺(tái)身及基礎(chǔ)采用片石砼澆筑，其余均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該拱橋采用拱肋、立柱、縱梁一次澆筑整體落架方案施工。

2、拆除方案對(duì)比

該高速公路屬于交通要道，且分流困難，不能進(jìn)行完全封閉施工，故在制定拆除方案時(shí)必須保留其通行能力。因此，橋梁拆除過程中要嚴(yán)格保證通行安全，必須做到以下幾點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)拆除時(shí)，隨著橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、解體、構(gòu)件卸下、破碎、運(yùn)輸?shù)冗^程中，不能出現(xiàn)突然的破壞、斷裂、失穩(wěn)、傾覆。

（2）拆除過程中不能出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備、支架的失穩(wěn)、傾覆。

（3）拆除過程中形成的噪音、粉塵、建筑垃圾應(yīng)有妥善的處理措施，不能影響環(huán)境及通行安全。

基于上述要求，對(duì)橋梁拆除主要采用機(jī)械拆除或者爆破拆除工藝。

2.1機(jī)械拆除

該拱橋拆除原則為“從上到下”，即：橋面附屬結(jié)構(gòu)→橋面鋪裝層砼→上部梁板→立柱→橋臺(tái)、拱座及附屬→拆除物處理。其拆除步驟如下：

（1）橋面附屬結(jié)構(gòu)物拆除

橋面附屬結(jié)構(gòu)物主要有梁側(cè)防撞墻、防落網(wǎng)、路燈柱及各種管線等。橋上路燈柱、各種管線等，聯(lián)系相關(guān)管理部門拆除。其余附屬設(shè)施由于重量較輕，且拆除附屬設(shè)施時(shí)，橋梁整體剛度未減小，此時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)是安全的。為加快施工進(jìn)度，僅考慮全橋范圍對(duì)稱拆除。

（2）橋面鋪裝層砼拆除

砼面層拆除由橋梁中部向兩端進(jìn)行。由于橋面各構(gòu)件主要為小型構(gòu)件，采用空壓機(jī)風(fēng)鎬人工鑿除，不采用大型機(jī)械拆除，以保證上層構(gòu)件的拆除，不損傷下層梁板，使梁板能被順利安全的拆除。橋梁兩側(cè)應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，在可以起一定的防護(hù)作用外，還可以阻擋打碎的砼碎塊掉落橋下公路上。橋面的鑿除過程中應(yīng)明確橋面砼與梁板砼的分界線，應(yīng)盡量避免損傷到梁板砼，以防止梁板在起吊過程中斷裂。

（3）上部梁板拆除

上部梁板拆除方案實(shí)施：用金剛石圓盤鋸（切割深度達(dá)度0.6m左右）將上部梁板（一塊板重4.7噸左右）沿縱、橫向鉸縫切割分離。由中間向兩邊遂孔、遂塊實(shí)心板用吊車吊走。在此過程中可在拱肋處搭設(shè)支架設(shè)置防護(hù)網(wǎng)以防砼碎塊掉落橋下公路。

（4）立柱拆除

用高效鉆孔設(shè)備在立柱中鉆孔后并用鋼絲繩穿過，吊車吊起，再用金剛石圓盤鋸或金剛石繩鋸對(duì)立柱根部進(jìn)行切割，完成后吊裝走，其中最高立柱重17t。

（5）主拱肋拆除

①封閉右半幅交通，將交通量轉(zhuǎn)移至左半幅并保證雙向通行。在右半幅搭設(shè)腳手架，為確保

切割拱肋時(shí)剩余拱肋安全，在左幅硬路肩處搭設(shè)支撐支架。

②對(duì)拱頂進(jìn)行切割，切割位置選擇在高速公路中央分隔帶中心處，拆除右半幅拱肋。此階段要求拆除右幅形成到范圍內(nèi)后僅保留中央分隔帶支架時(shí)能有效支撐左幅剩余拱肋。經(jīng)計(jì)算，剩余左幅拱自身配筋能滿足承載能力要求，此時(shí)中分帶支架所受力為409kN，邊支架受力為1160kN。

③ 右半幅拱肋拆除后，將交通量轉(zhuǎn)移至右半幅并保證雙向通行能力，再拆除左半幅拱肋。

（6）橋臺(tái)、拱座及附屬拆除

橋臺(tái)、拱座及附屬結(jié)構(gòu)可采用使用挖掘破碎機(jī)破除后，廢渣用挖掘機(jī)裝車運(yùn)走。兩端橋臺(tái)及拱座可同行進(jìn)行。

2.2爆破拆除

2.2.1爆破拆除方案：

采用微差延期、重要受力點(diǎn)拋擲爆破、其余部位松散爆破的原地坍塌控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破拆除（注：主體外露部分如拱肋、縱梁、立柱等采用爆破拆除，橋臺(tái)基礎(chǔ)、拱座基身等隨挖方邊坡開挖不采用爆破拆除）。

微差爆破-通過合理設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)路，精確控制每個(gè)炮孔炸藥起爆的順序和時(shí)間，將橋梁爆破的炸藥量合理的分布，減少爆破危害，通過橋梁不同結(jié)點(diǎn)的破壞順序來控制橋梁的坍塌范圍及倒塌方向。

根據(jù)橋梁各結(jié)點(diǎn)的力學(xué)結(jié)構(gòu)不同，精確設(shè)計(jì)炸藥用量，確保少產(chǎn)生多余炸藥爆炸作用力，盡量減少不必要的破壞，從而有效主動(dòng)控制爆破危害。

2.2.2爆破位置及參數(shù)：

（1）主要爆破部位

共有三處分別是左、右拱腳和拱頂。

（2）基本爆破參數(shù)

1）、左拱腳處

①爆破口范圍

由結(jié)合部往上約2m的橋拱（厚1m，長5.5m，寬2m）。

②孔網(wǎng)參數(shù)

布孔形式：梅花形（又稱三角形）

孔徑：D=40mm間距：a=0.4m

排距：b=0.4m孔深：l=0.8m

排數(shù)：nb=2/0.4+1=6

單排孔數(shù)：na=5.5/0.4+1=15

總孔數(shù)：N=na×nb=90

③裝藥及其結(jié)構(gòu)

單耗：q取1500g/m3（具體以實(shí)驗(yàn)炮為準(zhǔn)）

單孔藥量：Q=q×a×b×H=1500×0.4×0.4×1=240g

總藥量：∑Q=Q×N=240×90=21600g=21.6kg

堵塞長度：L2=0.3m裝藥長度：L1=0.5m

裝藥結(jié)構(gòu)：導(dǎo)爆索串不耦合裝藥結(jié)構(gòu)（將單孔240克炸藥分成3個(gè)80克的，用導(dǎo)爆索將其等間距串起）

2）、右拱腳處

同上-左拱腳處。

3）、拱頂處

①爆破口范圍

拱頂中線往兩邊長約1.2m（厚1.5m，長5.5m，寬1.2m）。

②孔網(wǎng)參數(shù)

布孔形式：梅花形（又稱三角形）

孔徑：D=40mm間距：a=0.4m

排距：b=0.4m孔深：l=1.3m

排數(shù)：nb=1.2/0.4+1=4

單排孔數(shù)：na=5.5/0.4+1=15

總孔數(shù)：N= na×nb=60

③裝藥及其結(jié)構(gòu)

單耗：q取1500g/m3（具體以實(shí)驗(yàn)炮為準(zhǔn)）。

單孔藥量：Q=q×a×b×H=1500×0.4×0.4×1.5=360g

總藥量：∑Q=Q×N=240×90=21600g=21.6kg

堵塞長度：L2=0.3m

裝藥長度：L1=1.0m

裝藥結(jié)構(gòu)：導(dǎo)爆索串不耦合裝藥結(jié)構(gòu)（將單孔360克炸藥分成3個(gè)100克、1個(gè)60克的，用導(dǎo)爆索將其等間距串起）

2.2.3路面防護(hù)措施

（1）主動(dòng)措施：即通過合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，依據(jù)等能爆破原理，確保炸藥爆炸產(chǎn)生的能量大致等于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)解體所需要的能量，盡量少的讓炸藥爆炸能量作無用功從而產(chǎn)生爆破振動(dòng)、爆破沖擊波以及爆破飛散物等爆破危害。

①拋擲爆破裝藥-為確保橋梁在重力作用下坍塌解體，在主要受力點(diǎn)處（拱肋與支座的結(jié)點(diǎn)、拱頂?shù)龋┻M(jìn)行大藥量的拋擲爆破裝藥設(shè)計(jì)，確?；炷撩撲摻罨\鋼筋屈服，而不能靠大炸藥量的爆炸作用直接炸斷鋼筋。

②松散爆破裝藥-為減少對(duì)路的沖擊破壞，應(yīng)盡量減小爆破塊度，對(duì)橋梁的其余部位只能采用小藥量的松散爆破設(shè)計(jì)，爆破破碎鋼筋籠內(nèi)的混凝土讓其脫籠，致使形成不大體積的坍落塊，從而減少對(duì)路的沖擊破壞力。

（2）被動(dòng)措施：即在路面一定范圍內(nèi)敷設(shè)剛-柔組合緩沖隔離層（10m寬30m長），減緩橋梁解體塊對(duì)路面的沖擊破壞。一般在路上先用木方橫豎敷設(shè)二層，再于其上敷設(shè)一層鋼板，最后在鋼板上再堆積上約0.5m厚度的河沙。根據(jù)理論計(jì)算及工程實(shí)際情況，可以有效保護(hù)路面。

3、結(jié)論

通過對(duì)兩個(gè)方案拆除工藝的具體分析，兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）從工程造價(jià)的角度分析，機(jī)械拆除較為經(jīng)濟(jì)，爆破拆除造價(jià)較高。

（2）從施工安全方面考慮，爆破拆除安全防護(hù)設(shè)施較為復(fù)雜，機(jī)械拆除安全防護(hù)設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。

（3）從保通影響方面考慮，機(jī)械拆除能實(shí)現(xiàn)不中斷交通，而爆破拆除需臨時(shí)封閉交通，對(duì)通行影響大。

4、結(jié)束語

本文通過對(duì)具體橋梁拆除工藝的機(jī)械拆除和控制性爆破拆除進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并綜合分析了各自工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，為廣大橋梁拆除設(shè)計(jì)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李必紅等.爆炸作用基礎(chǔ)，長沙：國防科技大學(xué)出版社，2015

[2] 張守中.爆炸沖擊動(dòng)力學(xué)，北京：兵器工業(yè)出版社，1993

[3] 李必紅等.特種爆破[M]，長沙：國防科技大學(xué)出版社，2015