復(fù)雜環(huán)境下高架橋上部結(jié)構(gòu)拆除的技術(shù)措施

董偉偉

（浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 杭州 310027）

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，我國早期建設(shè)較多的混凝土箱型結(jié)構(gòu)橋梁拆除現(xiàn)已成增長趨勢，任務(wù)非常艱巨。我國的橋梁拆除工程具有周邊條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)種類多樣、多專業(yè)協(xié)同以及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)。因此，針對各類橋梁特點(diǎn)如何安全可靠地拆除具有重大的現(xiàn)實(shí)及理論意義。從以往橋梁的拆除工程來看，雖然國內(nèi)的拆橋案例較多，但由于橋梁本身種類多樣，環(huán)境條件復(fù)雜多變等，尚缺一些實(shí)施性好、可操作性高的理論支撐和工作流程。這種情況下，對橋梁拆除工作進(jìn)行研究總結(jié)，將設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控等各工種進(jìn)行聯(lián)動(dòng)協(xié)作是未來發(fā)展的趨勢。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，橋梁結(jié)構(gòu)的拆除方法主要有：爆破法、機(jī)械拆除法、龍門吊拆除法、浮橋拆除法、頂推施工拆除法、液壓系統(tǒng)平衡拆除法、靜力切割拆除法（液壓切割法）等［1］。

其中，爆破法分為控制爆破法和化學(xué)爆破法，是目前最常規(guī)的一種拆除施工方法，主要適用于環(huán)境影響不高、施工條件允許，但工期要求短、費(fèi)用低的情況。機(jī)械拆除法也是最為常見的一種拆橋方法，特別適用于橋梁凈空高度較低的梁氏橋梁，在施工條件允許和做好安全防護(hù)下的情況下，具有較好的經(jīng)濟(jì)可行性。頂推施工拆除法則比較適用于等截面的連續(xù)箱梁橋。液壓系統(tǒng)平衡拆除法則比較適用于各種跨線梁橋，且該方法工期短、經(jīng)濟(jì)性好，如新加坡 Adam Road/PIE 立交橋，在保證交通正常運(yùn)行的情況下，采用該方法后在 8 h 內(nèi)成功地將 45 m 箱梁移至橋臺(tái)進(jìn)行第二次分解、破碎［2］。靜力切割拆除法（液壓切割法）則比較適用于對交通組織要求比較高的橋梁拆除，特別是城市互通立交橋梁和大跨徑的分離式橋，該方法對交通干擾小，且對原結(jié)構(gòu)的損傷較小［3］，如原北京西直門立交橋、原錫澄運(yùn)河大橋變截面連續(xù)梁、錫北運(yùn)河大橋變截面連續(xù)梁、合寧高速南淝河大橋老橋、京杭運(yùn)河無錫城區(qū)航段紅星橋固端梁老橋、隴西互通主線三號橋老橋和隴西立交匝道三號橋。

2 案例分析

2.1 項(xiàng)目概述

本次研究的互通立交是某市區(qū)域內(nèi)重要的交通疏解節(jié)點(diǎn)，它具有轉(zhuǎn)換南北向交通與東西向交通的功能，同時(shí)具有聯(lián)系和疏解過江通道交通的作用。設(shè)計(jì)范圍長約 891 m，其中主線跨線橋長約 660 m（含兩側(cè)道 路接坡段），道路規(guī)劃紅線寬 45～67.8 m，地面道路雙向 4～6 車道規(guī)模，主線跨線橋?yàn)殡p向 6 車道（雙向 4 車道 +2 條集散車道）。

互通立交采用規(guī)劃方案，即苜蓿葉全互通立交，立交總體布局分為三層、采用信號控制平面交叉形式，第二與第三層之間布設(shè) 8 條匝道、采用雙向 2 車道苜蓿葉形式，實(shí)現(xiàn)最上層高架與中間層跨線橋之間的交通轉(zhuǎn)換。匝道雙向 2 車道路段總寬 11 m，單向 1 車道路段總寬 7 m，采用一幅橋形式。

本文依托該立交項(xiàng)目建設(shè)中所涉及的原高架橋 Z 50 至 Z 61 號墩的上部結(jié)構(gòu)拆除工程，通過復(fù)雜環(huán)境下的高架預(yù)制箱梁橋的拆除工作研究，進(jìn)行拆除施工安全控制技術(shù)分析，主要包括以下內(nèi)容。

1）從安全性、穩(wěn)定性、技術(shù)可行性等方面，對原高架橋 Z 50 至 Z 61 號墩上部結(jié)構(gòu)拆除進(jìn)行技術(shù)可行性分析，尋找最佳拆橋?qū)嵤┓桨浮?/p>

2）進(jìn)行拆除施工計(jì)算分析，主要內(nèi)容包括防撞墻拆除節(jié)段截面強(qiáng)度和配筋驗(yàn)算、吊機(jī)起吊防撞墻節(jié)段吊具驗(yàn)算、兩臺(tái) QAY400 型吊機(jī)“雙機(jī)抬吊”鋼絲繩和吊具驗(yàn)算等幾個(gè)方面。

3）對拆除過程進(jìn)行施工監(jiān)控技術(shù)分析，并及時(shí)調(diào)整施工過程中可能出現(xiàn)的問題。

4）給出復(fù)雜環(huán)境下雙機(jī)抬吊吊裝拆除小箱梁的安全控制技術(shù)措施。

5）將課題的研究成果應(yīng)用于工程實(shí)踐，進(jìn)行合理性驗(yàn)證，并指導(dǎo)工程施工。

2.2 拆橋方案的選擇

根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)、周邊環(huán)境調(diào)查，以及橋梁拆除施工的影響分析，本工程主要施工技術(shù)難點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

1）本次拆橋涉及上層高架橋和地面橋上下兩層道路的交通組織，以及需要拆除移動(dòng)現(xiàn)狀高架橋梁的交通設(shè)施，施工組織和協(xié)調(diào)的難度較大。

2）本次拆橋地處交通繁忙的互通高架和地面道路交叉口，施工區(qū)域狹窄，交通流量大，施工周邊環(huán)境復(fù)雜，拆橋安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

3）本次拆橋涉及大型構(gòu)件的吊裝和運(yùn)輸，安全管理的風(fēng)險(xiǎn)較大。

4）橋梁拆除施工對現(xiàn)有的周邊環(huán)境有一定影響。

根據(jù)總體施工部署和施工進(jìn)度計(jì)劃，本次單跨預(yù)制小箱梁拆除主要施工順序分為高架橋交通改道（雙向八車道變更雙向四車道）、臨時(shí)防撞墻施工、待拆橋梁的設(shè)施拆除、橋面瀝青混凝土銑刨拆除、第一塊邊梁部分挑臂和防撞墻分段切割吊裝、第二塊邊梁切割吊裝、第三塊中梁切割吊裝等。橋梁拆除方案如圖 1 所示，步驟如下。

1）橋面瀝青采用銑刨機(jī)銑刨清除。

2）待拆橋梁的隔音屏拆除擬采用 25 t 汽車吊機(jī)配合拆除。

3）待拆橋梁的景觀亮化燈帶擬采用登高車配合拆除和垂直運(yùn)輸。

圖1 單跨橋梁拆除示意

4）邊梁部分挑臂和現(xiàn)澆防撞墻拆除，擬采用“金鋼鏈?zhǔn)嚼K鋸切割機(jī)”在防撞墻內(nèi)側(cè) 15 cm 處切割，按照7 m 左右分段切割吊裝，吊裝采用一部 QY65K 型汽車吊機(jī)，分段拆除吊到運(yùn)輸車上，運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目部場地上進(jìn)行破碎。

5）邊梁、中梁的梁段拆除，擬采用“金鋼鏈?zhǔn)嚼K鋸切割機(jī)”縱向切割分塊，用兩臺(tái) QAY400 型汽車吊機(jī)，以“雙機(jī)抬吊”的方式，將梁段吊離支座，放置到地面停放的運(yùn)梁車上，運(yùn)輸?shù)胶髨?，用鎬頭機(jī)實(shí)施破碎拆除。

2.3 小箱梁拆除安全控制

小箱梁拆除擬采用市政登高云車配合進(jìn)行安全防護(hù)，人工鑿除橋面鋪裝，金剛鏈條切割機(jī)分段切割混凝土防撞墻，1 臺(tái) 65 t 汽車吊機(jī)配合吊裝；人工鑿除橋面連續(xù)縫，金剛鏈?zhǔn)嚼K鋸機(jī)分兩塊切割小箱梁縱縫，用2臺(tái)400 t 汽車吊機(jī)整體吊裝小箱梁的拆除方案。在拆橋施工過程中對各工況進(jìn)行驗(yàn)算，主要包括：待拆橋梁荷載計(jì)算、主要拆除設(shè)備的選擇和計(jì)算分析、防撞墻拆除節(jié)段內(nèi)力計(jì)算和截面驗(yàn)算、吊機(jī)吊具驗(yàn)算、吊機(jī)站位地基承載能力驗(yàn)算等。

2.4 拆橋施工監(jiān)控

為保證拆除過程中原有橋梁的安全，由建設(shè)單位委托第三方監(jiān)測單位對原有橋梁蓋梁的受力、變形，橋墩和承臺(tái)的變形進(jìn)行全過程監(jiān)控。

1）拆除期間橋梁監(jiān)控要點(diǎn)。

①結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析。根據(jù)橋梁的施工步驟及施工單位提供的施工方案，對高架橋結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)行仿真分析，以確定高架上部結(jié)構(gòu)小箱梁、下部結(jié)構(gòu)蓋梁及立柱的應(yīng)力、變形及整體穩(wěn)定性，對其在整個(gè)施工過程中的安全狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。另一方面，通過對老橋結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，對施工方案的安全性和可行性進(jìn)行論證，必要時(shí)采取配重等措施保證橋梁構(gòu)件施工過程安全。

②橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測。銜接段施工過程中，分別對施工影響區(qū)域內(nèi)的高架橋上部結(jié)構(gòu)小箱梁和下部結(jié)構(gòu)蓋梁及立柱的內(nèi)力、位移進(jìn)行監(jiān)測。

③施工監(jiān)控指令及誤差調(diào)整。在給出施工監(jiān)控之前，需對上個(gè)階段施工過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全、設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況和施工誤差的對比分析，只有在研究確認(rèn)無誤的情況下才能進(jìn)行下一階段的施工。

④后續(xù)施工狀態(tài)預(yù)測。各關(guān)鍵工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形的預(yù)測，各關(guān)鍵工況下臨時(shí)施工設(shè)施狀態(tài)的預(yù)測。

2）設(shè)置預(yù)警值。

根據(jù)建立的有限元模型，分別計(jì)算由于拆橋?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力的變化量，并設(shè)置變形及應(yīng)力的變化量的預(yù)警值，如表 1 所示。

3）部分施工監(jiān)控結(jié)果。

以拆除 A/B 匝道與已建高架拼接段的監(jiān)測結(jié)果為例，小箱梁和蓋梁的變形及應(yīng)變的主要監(jiān)測結(jié)果如圖 2～圖 5 所示。

4）拆橋施工監(jiān)控結(jié)論。

表1 拆除過程預(yù)警值設(shè)置

圖2 拼接段拆除前后箱梁變形監(jiān)測結(jié)果

圖3 拼接段拆除前后箱梁應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果

圖4 拼接段拆除前后蓋梁變形監(jiān)測結(jié)果

圖5 拼接段拆除前后蓋梁應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果

小箱梁拆除過程及前后，對小箱梁、蓋梁變形和應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，考慮到受到溫度作用、車輛過橋及外界干擾等因素影響，拆除前后小箱梁、蓋梁的變形和應(yīng)變基本穩(wěn)定、連續(xù)，各測點(diǎn)應(yīng)變及變形變化幅度均較小，均未超過理論預(yù)警值，小箱梁結(jié)構(gòu)和蓋梁均處于安全狀態(tài)。

2.5 主要結(jié)論

1）橋梁的拆除過程具有全面性。

通過對依托項(xiàng)目的研究發(fā)現(xiàn)，橋梁的拆除不僅僅需考慮橋梁拆除施工工藝、施工順序等，而應(yīng)從全局進(jìn)行考慮，需綜合評估拆橋施工全過程中的所涉及的交通組織、施工流程、施工機(jī)械選擇及驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)的全過程驗(yàn)算、施工監(jiān)控、施工組織等，做到統(tǒng)籌安排、綜合考慮。

2）橋梁的拆除又具有針對性。

由于各個(gè)拆除項(xiàng)目所處的環(huán)境不一致，交通需求不一致，因此，在進(jìn)行拆橋分析時(shí)，在統(tǒng)籌考慮的前提下，又應(yīng)具有針對性，具體情況具體分析。

3）橋梁的拆除應(yīng)具有預(yù)判性。

由于在復(fù)雜環(huán)境下拆橋是一個(gè)危險(xiǎn)的工作，特別是在高架環(huán)境下其制約的因素眾多，導(dǎo)致其拆橋施工更加危險(xiǎn)及復(fù)雜，因此，在進(jìn)行拆橋方案的制定時(shí)，應(yīng)對拆橋過程中可能出現(xiàn)的各種可能進(jìn)行預(yù)判，提前做出應(yīng)急處理措施，使可能發(fā)生的損失降低到最低程度。

4）橋梁的拆除同時(shí)具有實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)性。

雖然在進(jìn)行橋梁拆除之前已經(jīng)進(jìn)行了橋梁拆除施工方案的制定，考慮了各種可能的情況，但實(shí)際現(xiàn)場施工時(shí)，隨時(shí)可能發(fā)生預(yù)想不到的情況，因此，拆橋方案的實(shí)施不應(yīng)一成不變，而應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)調(diào)整，以便更好地解決實(shí)際問題。

3 結(jié)語

由于橋梁拆除具有全面性、針對性、預(yù)判性和實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)性，因此，針對在復(fù)雜環(huán)境下的橋梁拆除技術(shù)可在以下方面進(jìn)一步研究。

1）加強(qiáng)制定對拆橋技術(shù)所需要包含的基本內(nèi)容，以形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)橋梁拆除方案的編制能夠更加全面、具體；

2）加強(qiáng)整理在各類復(fù)雜環(huán)境下適用的拆除技術(shù)，以便為橋梁拆除方案制定人員提供學(xué)習(xí)參考。