周林剛,李良軍
(1.中交二航局第二工程有限公司,重慶 400042; 2.杭州市交通運(yùn)輸發(fā)展保障中心,浙江 杭州 310030)
隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展,截至2020年底,高速公路總里程已達(dá)16萬(wàn)km。因施工質(zhì)量缺陷、超載、老化、規(guī)劃調(diào)整等原因,越來(lái)越多的橋梁需拆除改建,橋梁拆除安全事故時(shí)有發(fā)生。根據(jù)相關(guān)事故研究發(fā)現(xiàn),絕大部分拆除事故源于拆除工藝選擇不當(dāng),對(duì)拆除施工安全技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)理解不深入、不全面,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和安全措施不到位。
拆除橋梁和新建橋梁互為逆向過(guò)程,施工工藝、安全措施有共同之處,但安全風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生機(jī)理和表現(xiàn)形式又有所不同。為避免拆除工程中發(fā)生安全事故,須理清橋梁拆除原因、拆除特點(diǎn)、待拆橋梁的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和力學(xué)特性,從技術(shù)安全的角度,系統(tǒng)、全面地認(rèn)識(shí)橋梁拆除安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源,據(jù)此分析待拆橋梁存在的安全風(fēng)險(xiǎn),設(shè)計(jì)可靠、適用的拆除方案,保障拆除工程順利實(shí)施。
橋梁拆除原因主要有:建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)落后,設(shè)計(jì)或施工缺陷,規(guī)劃調(diào)整,達(dá)到設(shè)計(jì)年限的老舊危橋拆除,因超限、超載導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損壞,應(yīng)急搶險(xiǎn)拆除。
1)施工環(huán)境更復(fù)雜 相比新建橋梁,一般舊橋拆除施工環(huán)境更復(fù)雜,如城市高架橋梁拆除存在邊通車(chē)邊拆除施工,旱地施工橋梁水上拆除,后建上跨、下穿結(jié)構(gòu)物或臨近結(jié)構(gòu)物等導(dǎo)致拆除設(shè)備站位困難,橋梁附屬管線和鄰近管線的改遷、保護(hù)等情況。由于環(huán)境改變產(chǎn)生交通、航道、鄰近結(jié)構(gòu)保護(hù)、環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題,橋梁拆除施工需兼顧的安全風(fēng)險(xiǎn)因素更多、更復(fù)雜。
2)拆除工藝多樣性 橋梁自身結(jié)構(gòu)形式多樣,且所處環(huán)境各不相同,導(dǎo)致拆除工藝復(fù)雜多樣。橋梁拆除可理解為新建過(guò)程的逆向?qū)嵤?,施工工藝和新建橋梁有相似性,又有不同點(diǎn)。
3)行業(yè)管理不規(guī)范 目前國(guó)內(nèi)仍處于建設(shè)大潮期;橋梁拆除從業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不足;行業(yè)監(jiān)管不及新建橋梁成熟。拆除施工屬于特種作業(yè)資質(zhì),一般由總包單位專(zhuān)業(yè)分包實(shí)施,由于拆除工藝的多樣性,專(zhuān)業(yè)分包單位的施工能力和經(jīng)驗(yàn)欠缺,且經(jīng)驗(yàn)不等同于技術(shù)。因此,涉及舊橋拆除施工時(shí),建設(shè)、施工單位須重視拆除工藝、方案審批流程和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的管控。
4)橋梁自身承載力不確定性導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)存在安全風(fēng)險(xiǎn) 橋梁拆除原因如下:結(jié)構(gòu)物存在嚴(yán)重缺陷,已不滿(mǎn)足使用條件;因建造年代久遠(yuǎn),材料性能已達(dá)到設(shè)計(jì)年限;因設(shè)計(jì)、施工原因形成內(nèi)在缺陷,橋梁結(jié)構(gòu)承載力存在不確定性。因此,橋梁結(jié)構(gòu)自身承載力不能滿(mǎn)足拆除工況是拆除的主要安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。
5)橋梁體系轉(zhuǎn)換過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn) 結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換是指橋梁結(jié)構(gòu)的支承關(guān)系發(fā)生改變,內(nèi)部應(yīng)力重新分配的過(guò)程。不同橋梁類(lèi)型、拆除工藝對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換形式具有較大影響,拆除方案對(duì)體系轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別不明、措施不到位時(shí),極易發(fā)生重大安全事故。
拆除工藝按施工場(chǎng)地可分為原位拆除、原位肢解異位破除;按拆除方式總體上可分為爆破拆除、機(jī)械破碎拆除、靜力切割拆除和多方式配合拆除。因此,舊橋拆除工藝總體分為4種:①原位機(jī)械破碎;②原位爆破+機(jī)械破碎;③靜力切割+吊裝+異位機(jī)械破碎;④靜力切割+平移+異位機(jī)械破碎。
機(jī)械破碎采用鎬頭機(jī)、液壓剪或其他機(jī)械破碎工具將鋼筋混凝土直接破碎(見(jiàn)圖1),可單獨(dú)采用,也可與其他拆除工藝配合,是其他橋梁拆除工藝的最終破碎方式。
圖1 機(jī)械破碎
機(jī)械破碎是最簡(jiǎn)單、直接、效率最高的橋梁拆除方式,安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)其他拆除工藝最低,適用于高度小于破碎設(shè)備工作區(qū)間、鑿除設(shè)備有擺位空間的地面橋梁。
鑿除過(guò)程中,隨著混凝土被破壞,梁體混凝土產(chǎn)生破壞變形釋放預(yù)應(yīng)力,因此,機(jī)械破碎拆除可不考慮預(yù)應(yīng)力放張,主要的安全風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在機(jī)械傷害、物體打擊、管線不明或保護(hù)不善引起的觸電等。
爆破拆除適用于周邊環(huán)境簡(jiǎn)單、不涉及周邊建筑安全、環(huán)保要求低的環(huán)境,且橋梁高度大,機(jī)械鑿除不適用的橋梁;橋梁本身存在巨大質(zhì)量隱患,因橋梁自身受力特性,無(wú)法采用其他工藝拆除的橋梁。
爆破拆除的安全風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在鉆孔高空作業(yè)、民爆物品管理、爆破安全風(fēng)險(xiǎn)、爆破不完全造成的二次拆除安全風(fēng)險(xiǎn)。
靜力切割一般采用碟鋸、繩鋸進(jìn)行混凝土切割,如圖2所示。靜力切割的安全風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在機(jī)械傷害、物體打擊及濕滑工作環(huán)境易導(dǎo)致的觸電、高處墜落等。
圖2 靜力切割
靜力切割是混凝土肢解的一種物理方式,需和其他工藝配合實(shí)施。根據(jù)所處環(huán)境、橋梁結(jié)構(gòu)形式的不同,所涉及工藝包含支撐架切割法、懸臂法、纜索扣掛法、拆橋機(jī)(架橋機(jī))法等,切割完成后進(jìn)行橫移或吊裝移位破除。
3.3.1支撐架切割法
圖3 支撐架切割法
3.3.2懸臂法
懸臂法利用橋梁自身體系承重,配合橋面起重機(jī)、浮式起重機(jī)等設(shè)備,在懸臂狀態(tài)下對(duì)稱(chēng)分段切割解體。適用于水上、峽谷環(huán)境的連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋拆除(見(jiàn)圖4)。
圖4 懸臂法
3.3.3纜索扣掛法
纜索扣掛法采用索塔、臨時(shí)扣塔等將橋梁結(jié)構(gòu)扣掛拉結(jié)進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換,分段鋸切成塊后,配合纜索起重機(jī)、拱上起重機(jī)或浮式起重機(jī)進(jìn)行拆除。適用于水上、峽谷環(huán)境的拱橋、斜腿剛構(gòu)橋等具有水平推力的橋梁結(jié)構(gòu)拆除(見(jiàn)圖5)。
圖5 纜索扣掛法
3.3.4拆橋機(jī)法
拆橋機(jī)法利用拆橋機(jī)(架橋機(jī))承受橋梁結(jié)構(gòu)分塊荷載,將單跨整體或切割分塊的梁體吊轉(zhuǎn)至運(yùn)輸位置??刹捎谜w吊裝、縱向分塊或橫向分塊3種方式,適用于預(yù)制梁、橋?qū)捄涂缍容^小的現(xiàn)澆梁(見(jiàn)圖6)。
1982年夏天,財(cái)政部與聯(lián)合國(guó)技術(shù)合作部在大連舉辦“審計(jì)講習(xí)班”,谷祺教授參與翻譯了該班的主要教材《審計(jì)學(xué)概論》(利奧·赫伯特著)、《管理審計(jì)的實(shí)施要點(diǎn)》以及主要參考文獻(xiàn)《電力合作社案例》《業(yè)績(jī)審計(jì)中的三個(gè)概念——有效性、效率和經(jīng)濟(jì)》。1984年,財(cái)政部在遼寧財(cái)經(jīng)學(xué)院舉辦“國(guó)際審計(jì)業(yè)務(wù)講習(xí)班”,該班的核心教材《審計(jì)教學(xué)資料》(澳大利亞霍爾默斯編)即由谷祺教授校譯和總纂。這些譯著、譯文不僅滿(mǎn)足了當(dāng)時(shí)講習(xí)班教學(xué)的需要,而且被此后國(guó)內(nèi)的審計(jì)學(xué)教材、專(zhuān)著、論文廣泛引用。
圖6 拆橋機(jī)法
靜力切割拆除配合的工藝非常多,普遍適用于橋梁高度高、跨度大、跨江跨河的特大型橋梁。由于施工環(huán)境差異性大,工藝復(fù)雜,涉及多種不同類(lèi)型的臨時(shí)結(jié)構(gòu)及汽車(chē)式起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、架橋機(jī)、浮式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等不同設(shè)備,安全風(fēng)險(xiǎn)覆蓋面非常廣。
針對(duì)橋梁拆除環(huán)境差異,設(shè)備、工藝多樣化的特點(diǎn),本文僅對(duì)橋梁拆除特有性危險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納分類(lèi),施工作業(yè)過(guò)程的高墜、觸電等常規(guī)安全風(fēng)險(xiǎn)和爆破、船舶、水上作業(yè)等針對(duì)性特別強(qiáng)的安全風(fēng)險(xiǎn)未納入其中,實(shí)際施工時(shí)需針對(duì)性識(shí)別。
橋梁拆除環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)包含對(duì)環(huán)境條件施工產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)和施工過(guò)程給周邊環(huán)境帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn),主要有邊通車(chē)邊施工,上跨、下穿橋梁拆除,涉水施工,涉鐵施工,開(kāi)放區(qū)域拆除施工,周邊管線及其他鄰近建(構(gòu))筑物影響等。環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)與措施如表1所示。
表1 環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)與措施
原位破除時(shí)機(jī)械設(shè)備較多,特別是針對(duì)跨路橋梁拆除,一般有上百臺(tái)設(shè)備要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)場(chǎng)、作業(yè)、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)場(chǎng),大量設(shè)備密集情況下極易導(dǎo)致人員車(chē)輛損傷事故發(fā)生。車(chē)輛、設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)與措施如表2所示。
表2 車(chē)輛、設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)與措施
靜力切割的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包含鋸切環(huán)境帶水、電纜破損導(dǎo)致觸電,鋸切設(shè)備造成的物體打擊、機(jī)械傷害和鋸切沖擊對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊荷載。切割安全風(fēng)險(xiǎn)與措施如表3所示。
表3 切割安全風(fēng)險(xiǎn)與措施
臨時(shí)結(jié)構(gòu)包含支撐架、懸臂吊架、纜索吊架等臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu),施工時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工工藝和臨時(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),深入分析具體臨時(shí)結(jié)構(gòu)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。臨時(shí)結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)與措施如表4所示。
表4 臨時(shí)結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)與措施
拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆臨時(shí)結(jié)構(gòu)有所不同,現(xiàn)澆臨時(shí)結(jié)構(gòu)是緩慢加載逐步沉降,臨時(shí)結(jié)構(gòu)與梁體的密貼程度亦和現(xiàn)澆不同,拆除時(shí)橋梁會(huì)存在沖擊荷載、集中荷載和偏載,因此,在臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)取足夠的安全系數(shù),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格按照方案施工。
橋梁拆除吊裝風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在吊裝沖擊、吊裝重量與計(jì)算不符、超負(fù)荷吊裝、吊裝設(shè)備自身安全風(fēng)險(xiǎn)及吊裝行為不規(guī)范導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。
1)吊裝沖擊 變截面梁切割時(shí),吊裝重心計(jì)算不準(zhǔn)、未按吊裝方案設(shè)置吊點(diǎn)、未按切割方案切割,吊裝過(guò)程對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)或設(shè)備產(chǎn)生沖擊力導(dǎo)致起重吊裝事故或臨時(shí)結(jié)構(gòu)坍塌事故及引起的次生事故。
2)吊裝重量和計(jì)算不符 橋梁實(shí)際結(jié)構(gòu)和竣工圖不符時(shí)未及時(shí)調(diào)整方案、現(xiàn)場(chǎng)未按方案切割,均可能造成吊裝重量和方案計(jì)算不符,再耦合其他人員、設(shè)備等不安全因素導(dǎo)致吊裝事故。
3)構(gòu)件勾連 因切割不完全、切割?yuàn)A角不利于吊裝等原因產(chǎn)生吊裝過(guò)程構(gòu)件勾連,吊裝前未進(jìn)行檢查,施工人員野蠻施工,均可能造成超負(fù)荷吊裝發(fā)生吊裝事故。
4)吊裝設(shè)備自身安全風(fēng)險(xiǎn)和吊裝行為不規(guī)范導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。
基于上述風(fēng)險(xiǎn),橋梁拆除方案應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施吻合,并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,規(guī)范起重吊裝作業(yè),避免起重吊裝事故或臨時(shí)結(jié)構(gòu)坍塌事故發(fā)生。
橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換包含整體結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換和單個(gè)構(gòu)件受力體系轉(zhuǎn)換。
整體結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的安全風(fēng)險(xiǎn)主要有以下方面:①結(jié)構(gòu)物承載力不能滿(mǎn)足拆除工況下內(nèi)力重分配需求;②體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中荷載釋放速度控制不當(dāng)形成沖擊荷載;③支承關(guān)系轉(zhuǎn)換的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)物,因荷載大小和方向考慮不充分或支撐結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)不符導(dǎo)致失穩(wěn);④拱橋或斜腿剛構(gòu)類(lèi)具有水平推力(或拉力)的橋梁結(jié)構(gòu)水平約束消失,結(jié)構(gòu)自身失穩(wěn)引起連鎖反應(yīng)。
單個(gè)構(gòu)件受力體系轉(zhuǎn)換是指原有橋梁整體結(jié)構(gòu)分解后,局部構(gòu)件由整體受力轉(zhuǎn)換為獨(dú)自受力產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力重分配。特別是在單個(gè)構(gòu)件自身承載力差別較大的情況下,體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中單個(gè)構(gòu)件自身承載力不能滿(mǎn)足拆除施工工況需求形成安全風(fēng)險(xiǎn)。
為避免橋梁切割過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換發(fā)生坍塌,須對(duì)某些類(lèi)型橋梁設(shè)置相應(yīng)的體系轉(zhuǎn)換措施。
1)梁體滑移、側(cè)傾 橋梁本身是否帶有大縱坡、大橫坡,拆除方案應(yīng)充分考慮縱、橫坡分力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。拆除前應(yīng)采取臨時(shí)錨固措施,將橋梁和墩身臨時(shí)固結(jié),避免出現(xiàn)梁體滑移、側(cè)傾或引發(fā)次生事故推倒墩身。
2)連拱效應(yīng) 連拱拱橋應(yīng)整聯(lián)拆除,并選擇合適的拆除工藝;若破碎拆除時(shí),應(yīng)選用長(zhǎng)臂設(shè)備遠(yuǎn)離坍塌區(qū)域,且不得將破除設(shè)備置于拱上作業(yè)。
3)懸臂拆除傾覆 連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋采用懸臂法切割拆除時(shí),應(yīng)在懸臂兩端對(duì)稱(chēng)進(jìn)行,保持梁體受力平衡,根據(jù)橋梁承載力評(píng)估,確定最大不對(duì)稱(chēng)節(jié)段自重。對(duì)于連續(xù)梁橋或漂浮體系斜拉橋采用懸臂法拆除時(shí),需做墩頂臨時(shí)錨固或臨時(shí)支撐。
4)沖擊荷載 橋梁拆除的沖擊荷載主要由重力、重力分力、偏心力、結(jié)構(gòu)內(nèi)力引發(fā),方案制定時(shí)應(yīng)充分考慮沖擊荷載的存在和影響。重力沖擊荷載可采用吊裝設(shè)備或支撐輔助釋放,重力分力、偏心力、結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的沖擊荷載可采用臨時(shí)拉結(jié)、臨時(shí)支撐,然后采用千斤頂釋放。
5)曲線梁重心失穩(wěn) 對(duì)于小半徑匝道橋或類(lèi)似曲線梁拆除時(shí),體系轉(zhuǎn)換后梁體重心偏心,拆除前需在偏心側(cè)設(shè)置臨時(shí)支撐或增加吊點(diǎn)。
6)單構(gòu)件斷裂 預(yù)制類(lèi)梁板拆除時(shí),因吊點(diǎn)設(shè)置不合理或梁體橫向連接系解除后,梁體不能獨(dú)自承受拆除荷載等因素均可造成單構(gòu)件斷裂。此類(lèi)橋梁應(yīng)充分做好梁體承載力評(píng)估,并采用多吊點(diǎn)吊裝或采用支撐方式橫橋向分段解體,減小梁體吊點(diǎn)跨度,避免單個(gè)構(gòu)件斷裂。
舊橋拆除前,技術(shù)準(zhǔn)備工作如表5所示。
表5 技術(shù)準(zhǔn)備工作清單
通常被拆除橋梁自身存在缺陷,為保障拆除安全,編制拆除方案前,需對(duì)橋梁整體和單個(gè)構(gòu)件的拆除工況承載力進(jìn)行評(píng)估。
承載力評(píng)估可采用建模計(jì)算方式,通過(guò)選取擬拆除工況下應(yīng)力集中點(diǎn)、體系轉(zhuǎn)換后應(yīng)力變化區(qū)及橋梁長(zhǎng)期荷載疲勞應(yīng)力作用區(qū)等關(guān)鍵部位,對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度取樣,開(kāi)倉(cāng)查驗(yàn)預(yù)應(yīng)力筋完好情況,采用建設(shè)期規(guī)范進(jìn)行參數(shù)取值,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除工況承載力綜合評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果調(diào)整拆除方案,確保結(jié)構(gòu)承載力滿(mǎn)足拆除施工工況荷載要求。
采用靜力切割工藝時(shí),為確保拆除過(guò)程結(jié)構(gòu)受力處于可控狀態(tài),在施工過(guò)程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐(扣掛)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)的施工過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
監(jiān)控的主要項(xiàng)目包括橋梁結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)及臨時(shí)支撐(扣掛)結(jié)構(gòu)沉降、變形、拉索內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。
為避免橋梁在拆除過(guò)程中發(fā)生坍塌等安全事故,杜絕人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失,提出以下措施與建議。
1)采取建模計(jì)算、鉆孔取芯、開(kāi)倉(cāng)預(yù)應(yīng)力檢查等方式對(duì)原有橋梁整體和單個(gè)構(gòu)件在拆除工況下的承載力進(jìn)行綜合評(píng)估。
2)結(jié)合待拆除橋梁的橋型、受力特性、體系轉(zhuǎn)換、環(huán)境和承載力評(píng)估,制定合適的拆除方案。
3)根據(jù)確定的拆除方案,針對(duì)性地識(shí)別拆除過(guò)程中存在的危險(xiǎn)因素,并制定相應(yīng)的安全措施。
4)認(rèn)真履行方案論證、報(bào)審程序,現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按方案實(shí)施,現(xiàn)場(chǎng)條件與方案不符時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整方案并重新履行報(bào)審程序后實(shí)施。
5)對(duì)于支撐架法切割、懸臂法拆除、纜索扣掛法拆除等工藝,應(yīng)做好全橋和臨時(shí)結(jié)構(gòu)監(jiān)控監(jiān)測(cè)。
6)橋梁拆除易產(chǎn)生揚(yáng)塵,須采用濕法作業(yè),同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)泥漿收集處理,避免環(huán)境污染。