受限區(qū)域內(nèi)混凝土梁拆除施工技術(shù)應(yīng)用

趙 晟，許鵬峰，劉 虎，龍 浩

(北京市市政一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京 100083)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，許多城市發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期，起初設(shè)計(jì)的部分橋梁已不能滿足現(xiàn)代交通發(fā)展的需要[1]。越來(lái)越多的中心城市需要進(jìn)行橋梁道路的提升改造工作。我國(guó)已有橋梁拆除工程非常多，但由于橋梁本身設(shè)計(jì)形式以及拆除要求不同，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)的拆除方式或拆除流程。如現(xiàn)有橋梁拆除方式有的采用下設(shè)滿堂支架形式進(jìn)行破碎拆除，有的采取爆破形式進(jìn)行拆除，也有部分采取分割起吊進(jìn)行拆除等。

昆明市二環(huán)高架橋提升改造工程，位于昆明市二環(huán)城市快速路，為當(dāng)時(shí)全國(guó)最大的橋梁提升改造工程。該工程難點(diǎn)在于道路兩側(cè)多為居民區(qū)，橋梁北側(cè)緊鄰鐵路，作業(yè)場(chǎng)地不利于大型設(shè)備施工。同時(shí)該工程蓋梁采用門式結(jié)構(gòu)，跨度大。為防止預(yù)應(yīng)力蓋梁因失去荷載導(dǎo)致起拱損壞，上部板梁須分批拆換。因此該工程對(duì)拆除的方法技術(shù)及交通導(dǎo)改的要求非常高。

筆者針對(duì)該區(qū)域不同軸跨的位置要求，合理規(guī)劃梁板拆除順序，采取支架與吊車協(xié)同作業(yè)的形式，拆除該區(qū)域梁板。在滿足蓋梁半負(fù)載的前提條件，通過(guò)整體統(tǒng)籌劃分拆除板梁順序，利用僅有空間完成122-123軸45 m鋼結(jié)構(gòu)箱梁的拼裝與吊裝工作。該施工解決了受限區(qū)域內(nèi)混凝土梁板的拆除難題，為該工程的順利完工，提供了強(qiáng)有力的保障。同時(shí)該施工方法可為后續(xù)類似工程施工提供一定的借鑒指導(dǎo)作用[2]。

1 工程概述

昆明市二環(huán)石虎關(guān)立交橋至大觀河橋段高架橋提升改造工程?hào)|起石虎關(guān)立交橋，西至大觀河橋，總長(zhǎng)度6.2 km[3]。橋梁改造為9-300軸，將原有空心板梁更換為“工”字形鋼混復(fù)合梁。該項(xiàng)目拆除空心板4 685片，更換“工”字形鋼混復(fù)合梁2 850片。蓋梁形式為大跨度門式預(yù)應(yīng)力蓋梁，為蓋梁因失荷起拱造成損壞。因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求，南北幅拆除施工不得同時(shí)進(jìn)行，確保蓋梁始終有荷載。

2 拆除板梁概況

2.1 拆除梁板工況

該工程分兩期進(jìn)行施工，其節(jié)點(diǎn)位置為官南立交119軸-122軸的改造通車，官南立交共計(jì)3層，兩側(cè)有拼寬匝道。官南立交的拆除重建對(duì)整個(gè)工程的順利實(shí)施將有十分重大的意義。

P121-P119軸上跨官南大道，上跨凈空經(jīng)測(cè)量最低點(diǎn)為5.5 m，從地面至官南大道底層凈空15 m。其中P122-P121軸為30 m空心板梁，P121-P120-P119為20 m空心板梁，現(xiàn)P122-P121軸左幅已拆除中間4片30 m板梁，右幅已拆除第11、12片梁板。P122-P123軸現(xiàn)況已拆除45 m現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力箱梁，后續(xù)拆除P121-P122部分梁板，為45 m鋼箱梁吊裝預(yù)留吊裝空間。

拆除梁板平面圖，如圖1所示。

圖1 拆除梁板平面

2.2 拆除重量表

表1 20 m跨梁板重量

3 總體拆除步序安排

該項(xiàng)目施工順序：必須保證半幅施工，另半福留兩片邊梁及次邊梁，以保配重要求。

第一步：采用雙機(jī)抬吊方式吊裝P122-P123軸45 m鋼箱梁。

第二步：南側(cè)鋼梁吊裝后，采用汽車吊拆除P122-P121軸南北剩余8片梁板，北側(cè)留兩片梁板做配重。平序2平面圖，如圖2所示。

圖2 步序2平面

第三步：采用雙臺(tái)汽車吊拆除北側(cè)45 m現(xiàn)澆箱梁。

第四步：斷交后，開(kāi)始拆除P119-P120軸第8片邊梁，因上方有官南大道上跨，且無(wú)吊車作業(yè)空間，現(xiàn)采取搭設(shè)支架方式，邊梁拆除架體橫斷面(如圖3所示)，為防止邊板傾斜，現(xiàn)場(chǎng)將防撞墩切割成4 m的小段并用叉車叉至最外側(cè)，后將該梁板切割成2 m的小段(約6 t)，采用叉車將該小節(jié)分段叉除移至最外側(cè)拼寬橋梁，待全部梁板拆除或有吊裝空間后采用吊車吊除。

圖3 邊梁拆除架體橫斷圖

圖4 梁體分段圖

第6片邊梁拆除后，利用兩臺(tái)80 t吊車站位于北跨，利用第6片的拆除后的空間伸吊車臂，順序拆除左幅剩余梁板。因上方凈空為5.5 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)采用雙臺(tái)80 t吊車可滿足起吊條件。步序4平面圖(一)，如圖5所示。

圖5 步序4平面圖(一)

同時(shí)開(kāi)通南側(cè)118-117軸拆除作業(yè)面，采用雙臺(tái)130 t吊車跨匝道拆除南側(cè)8片梁板。步序4平面圖(二)，如圖6所示。

圖6 步序4平面圖(二)

第五步：雙臺(tái)80 t吊車分別站位于北側(cè)120跨及122跨，拆除P121跨北側(cè)8片梁板。步序5平面示意圖，如圖7所示。

圖7 步序5平面

第六步：采用雙臺(tái)吊車站位于南側(cè)拆除北側(cè)P121-P119跨梁板，每跨各留2片梁板做配重。

圖8 步序6平面

第七步：采用兩臺(tái)吊車分別站位于南側(cè)120跨及118跨，雙機(jī)抬吊拆除P119-P118軸南側(cè)8片梁。后雙機(jī)站位于南側(cè)拆除北側(cè)梁板。

步序7平面示意圖，如圖9所示。

圖9 步序7平面

上述為P123-P117軸拆除順序，因同時(shí)開(kāi)通兩個(gè)作業(yè)面，部分拆除作業(yè)面可同時(shí)進(jìn)行。

4 各軸梁板具體拆除方法

4.1 P122-P121軸拆除方法

高架P122-P121軸為30 m空心板梁，為保證后期官南立交能提前通車，現(xiàn)需對(duì)P121-P122軸中間8片梁進(jìn)行提前拆除，給P122-P123軸45 m箱梁北側(cè)拆除及南側(cè)的吊裝提供吊車站位空間。

該跨緊鄰45 m現(xiàn)澆箱梁。45 m簡(jiǎn)支現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，斜交75°，其周邊情況如圖10、圖11所示。

圖10 受限區(qū)域內(nèi)平面

圖11 提前拆除的8片梁立面

該跨為標(biāo)準(zhǔn)段空心板梁上部結(jié)構(gòu)30.3 m跨徑，為預(yù)制拼裝法施工，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，橋面連續(xù)。單幅橋面凈寬11.7 m+2×0.5 m防護(hù)欄，主線全寬26.5 m，分左右兩幅，六車道。橋上官南大道上穿斜交，凈高5.5 m。

表2 拆除梁板重量

30 m后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁拆除工藝：首先采用碗扣支架搭設(shè)拆除支架，架體將預(yù)制梁箱體底板及翼板頂實(shí)；采用圓盤(pán)鋸進(jìn)行橫向及縱向的切縫，采用千斤頂將邊梁頂松動(dòng)，后采用繩鋸從中間切斷，采用汽車吊單機(jī)起吊，先拆除靠近123軸的中間4個(gè)半片的梁板，后吊車移位逐次拆除剩余梁板，拆除支架及清理現(xiàn)場(chǎng)。

具體工藝流程為：搭設(shè)拆除支架→橫縫切割→縱縫切割→繩鋸切割梁板→汽車吊吊卸梁板→支架拆除及現(xiàn)場(chǎng)清理。

4.1.1 支架搭設(shè)

現(xiàn)澆箱梁切割分解之前需要搭設(shè)臨時(shí)支撐，箱梁支架采用普通碗扣式支架，直徑48 mm、壁厚3.5 mm，采用Q235A級(jí)材質(zhì)材料制造，鋼管壁厚不得小于3.5+0.025 mm[4]。

圖12 整體支架搭設(shè)斷面(單位：cm)

單幅橋碗扣支架橫橋向布置14根立桿，等間距布置為60 cm，縱橋向按60 cm等間距布置，立桿步距120 cm。

圖13 整體支架搭設(shè)縱斷面(單位：cm)

碗扣支架頂托上采用I14#工字鋼作為橫向分配梁，工字鋼緊頂住空心板梁底板。

4.1.2 梁板切割

4.1.2.1 橫向板縫切割。切縫前先放出隱梁線位，采用水平尺引至防撞墻上方，再用水平尺引至路面。橫縫距蓋梁線位為5 cm。橫向板縫采用圓盤(pán)鋸進(jìn)行混凝土切割，橫向切割四道縫，兩縫間距為10 cm，深度為30 cm。倒T型蓋梁上及伸縮縫位置混凝土采用人工風(fēng)鎬破除，嚴(yán)禁采用鋸片切割蓋梁上方，以防鋸片切到蓋梁。

4.1.2.2 縱向鉸縫切割。根據(jù)橫縫找出板梁鉸縫并放線，縱向鉸縫切割前采用水鉆進(jìn)行鉆孔，后采用直徑為Φ1.0 m的圓盤(pán)鋸切割，切割深度為40 cm。切割前在混凝土鋪裝上彈線，定出切割位置后沿線切割。圓盤(pán)鋸切割后，第一片邊梁與次邊梁之間采用繩鋸?fù)ㄟ^(guò)吊裝孔對(duì)縱縫進(jìn)行通長(zhǎng)切割，目的保證梁與梁之間有1 cm間隙(或采用千斤頂將首片梁頂松1 cm)。梁端112 cm處(蓋梁頂)采用風(fēng)鎬人工鑿除縫隙或采用片鋸切除7 cm～10 cm寬的縫，縫深40 cm，取出混凝土塊，使之形成通縫，目的減少吊裝時(shí)邊梁與次邊梁之間的摩擦力。

4.1.2.3 梁板分割。采用繩鋸將梁板從中間切分兩半，為減小起吊摩阻力，繩鋸切割時(shí)角度控制在15度左右。分割梁板時(shí)，采用吊車將半片梁吊掛，從而減小板梁落架時(shí)對(duì)架體的沖擊力。

4.1.3 汽車吊吊拆梁板

按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理吊車站位，禁止吊車上橋起吊作業(yè)，邊梁連防撞一起起吊。拆除左幅梁板時(shí)根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地，吊車站位于123-122軸跨，起吊半跨梁板，調(diào)整吊車位置，保證其工作半徑。

單臺(tái)吊車站位方式如圖14、圖15所示。

圖14 站位立面

圖15 站位平面

30 m跨徑梁板，中梁自重約63 t，邊梁自重約92 t，按照試驗(yàn)吊機(jī)數(shù)據(jù)，由于起吊時(shí)存在一部分摩擦力，起吊第一片邊梁時(shí)，機(jī)起重量約為50 t(取1.2倍的摩擦系數(shù))。

選用1臺(tái)不小于220 t汽車起重機(jī)，配重75 t，最大額定起重量220 t。

邊梁：?jiǎn)螜C(jī)吊裝時(shí)，選擇配重75 t，主臂長(zhǎng)度22.6 m，工作半徑12.75 m工況作業(yè)，起重角度在66°，單機(jī)額定起重量55 t≥50 t(按半片邊梁1.2倍的系數(shù)考慮)，能滿足起重要求。

4.2 P121-P119兩軸梁板拆除方法

采用繩鋸將梁板每2 m切割成一段，重量為3.8 t，為減小起吊摩阻力，繩鋸切割時(shí)角度控制在15°左右。采用不小于5 t的叉車將切割后的梁塊移至最外側(cè)。

4.2.1 P120-P119軸南側(cè)梁板拆除

P119-P120軸第8片邊梁拆除后，利用兩臺(tái)80 t吊車站位于北跨，利用第8片的拆除后的空間約2.5 m伸吊車臂，順序拆除左幅P119-P120軸剩余梁板。因上方凈空為5.5 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)采用雙臺(tái)80 t吊車可滿足起吊條件。依次拆除南側(cè)剩余7片梁板。

以第一片梁板為例：按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理吊車站位，禁止吊車上橋起吊作業(yè)。拆除左幅梁板時(shí)根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地，吊車站位于119-120軸北側(cè)，起吊梁板，吊裝時(shí)隨時(shí)調(diào)整吊車站位，保證其工作半徑。吊車站位方式，如圖16、圖17所示。

圖16 站位立面模擬

圖17 站位平面模擬

20 m跨徑梁板，中梁自重約33 t，邊梁自重約53 t，按照試驗(yàn)吊機(jī)數(shù)據(jù)，由于起吊時(shí)存在一部分摩擦力，起吊第一片次梁時(shí)，機(jī)起重量約為38 t(取1.1倍的摩擦系數(shù))。

選用2臺(tái)80 t汽車起重機(jī)，最大額定起重量160 t。雙機(jī)吊裝時(shí)，主臂長(zhǎng)度12 m，工作半徑5.5m工況作業(yè)，起重角度在63度，單機(jī)額定起重量50t≥19t(按半片邊梁1.1倍的系數(shù)考慮)，能滿足起重要求。

4.2.2 P120-P121軸南側(cè)梁板拆除

待P120跨南側(cè)梁板拆除后，繼續(xù)拆除P121跨南側(cè)梁板。P121-P120軸梁板為20 m空心板梁。拆除時(shí)其工況平面圖，如圖18所示。

圖18 工況平面

按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理吊車站位，禁止吊車上橋起吊作業(yè)。拆除左幅梁板時(shí)根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地，選用2臺(tái)80 t吊車分別站位于120跨南側(cè)，及122軸南跨起吊梁板，吊裝時(shí)隨時(shí)調(diào)整吊車站位，保證其工作半徑。吊車站位方式，如圖19所示。

圖19 工況平面

圖20 吊車站位立面模擬

起重能力同上，在此不再贅述。

4.2.3 北側(cè)梁板拆除

南側(cè)梁板拆除后，北側(cè)梁板拆除同常規(guī)段拆除方式，采用吊車拆除方式見(jiàn)梁板拆除方案。

5 梁板拆除重點(diǎn)工藝注意事項(xiàng)及繩具選用計(jì)算

5.1 第一片梁板拆除超吊注意事項(xiàng)

采用單機(jī)起吊時(shí)：現(xiàn)況橋梁板為小鉸縫梁板，鉸縫采用素混凝土灌縫，再加上現(xiàn)況橋已經(jīng)運(yùn)營(yíng)度多年，第一片梁板切割貫通后如用吊車直接起吊，實(shí)際起吊重量因?yàn)榱洪g鉸縫摩阻會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論重量[4]。因此，梁板在切割鉸縫后起吊第一片梁板需要采用千斤頂頂升一段高度，或者采用千斤頂左右頂使其左右移動(dòng)1 cm，以減小和解除梁間的摩阻作用。梁板有一定活動(dòng)距離后無(wú)明顯阻力，后采用繩鋸將板梁切割成兩半，可多貫通幾次，確保完全分離，起吊時(shí)對(duì)另一半無(wú)影響。后采用單機(jī)掛雙鋼絲繩起吊該梁板。

5.2 空心板梁起吊孔位置計(jì)算

空心板采用兩點(diǎn)起吊，最合理的吊點(diǎn)位置可根據(jù)《起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)》中確定起吊位置X。

可按下式計(jì)算：

X=0.207L

式中：L—空心板長(zhǎng)度，單位m。

X=0.207×15=3.105m

計(jì)算結(jié)果確定空心板最合理的吊點(diǎn)位置為：15 m長(zhǎng)空心板(30 m斷成兩截)為兩端距中3.105 m處。

5.3 鋼絲繩選用計(jì)算

依據(jù)拆除梁板最大重量選擇鋼絲繩，查《重要用途鋼絲繩》(GB 8918-2006)鋼絲繩選用應(yīng)滿足安全系數(shù)K規(guī)定的6～8 倍施工安全要求。

根據(jù)梁板最大重量50 t計(jì)算，采用兜底吊裝的方法，每段鋼絲繩需承受12.5 t的垂直拉力，鋼絲繩與水平面夾角按70°計(jì)算，取動(dòng)載系數(shù)K=1.1。則每股鋼絲繩吊索受力為：

F1=(G/4/sin60°)×K

=(50/4/0.87)×1.1=15.8t

吊梁板時(shí)選用抗拉強(qiáng)度為1 870 MPa、直徑40.0 mm、6×37股鋼絲繩，查《重要用途鋼絲繩》(GB 8918-2006)可知其破斷拉力為1 070 kN，約為單根鋼絲繩承受拉力的6.77倍，滿足安全系數(shù)K規(guī)定的6～8倍施工安全要求[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

橋梁拆除是一個(gè)系統(tǒng)化施工過(guò)程，由于橋梁形式及所處環(huán)境的差異，其拆除形式也多種多樣[6]。無(wú)論采取何種拆除方式，首要是確保拆除的安全性，包括施工安全和建筑物安全。本文依托現(xiàn)有工程，根據(jù)工程本身的特殊性，針對(duì)該區(qū)域不同軸跨的位置要求，合理規(guī)劃梁板拆除順序，采取支架與吊車協(xié)同作業(yè)的形式，拆除該區(qū)域梁板。在滿足蓋梁半負(fù)載的前提條件下，通過(guò)整體統(tǒng)籌劃分拆除板梁順序，利用僅有空間完成122-123軸45 m鋼結(jié)構(gòu)箱梁的拼裝與吊裝工作。該施工方式行云流水舉重若輕，解決了受限區(qū)域內(nèi)混凝土梁板的拆除難題，為該工程的順利完工，提供了強(qiáng)有力的保障。同時(shí)，該施工方法可為后續(xù)類似工程施工提供一定的借鑒指導(dǎo)作用。