探討中承式鋼管混凝土拱橋拆除施工技術(shù)

萬思宇

摘要 某高速公路服務(wù)區(qū)橫跨主線的人行天橋，其中承式鋼管混凝土拱架拆除采用大型吊車起吊兩側(cè)的拱架，先后氧割拱頂拱腳的鋼拱圈，將拱架卸落地面的施工方法，取得了很好的施工效果。基于此，文章針對中承式鋼管混凝土拱橋拆除施工技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合實例項目從工藝原理及施工技術(shù)要點進(jìn)行分析。評價該技術(shù)相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益，為同行提供借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路服務(wù)區(qū);鋼管混凝土拱橋;快速拆除技術(shù)

中圖分類號 U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0059-03

0 引言

鋼管混凝土拱橋拆除的案例非常少，傳統(tǒng)的拆除技術(shù)方法主要有人工機(jī)械鑿擊、錘砸、爆破法、纜索吊裝斜拉扣掛法等。某高速服務(wù)區(qū)人行天橋長86.66 m，橫跨高速公路主線，兩側(cè)有加油站及施工和社會車輛通行，拆除施工難度較大。文章分析研究該中承式鋼管混凝土拱橋拆除施工技術(shù)，具有重要的實踐意義[1-3]。

1 工程概況

某高速服務(wù)區(qū)的人行天橋為中承式系桿拱橋，共長86.66 m，橋面為型鋼組合，天橋踏步位居停車坪中央，嚴(yán)重阻礙了大車行車流線，使得整個服務(wù)區(qū)的交通流線無法合理組織。為保證交通安全，更好地服務(wù)來往車輛、人員，根據(jù)設(shè)計要求將人行天橋拆除重建，拆除主要工作內(nèi)容：天橋橋面、踏步、天橋廣告牌、欄桿、拱架。

2 工藝原理

天橋拆除方案主要原理：

（1）拱架自重讓吊車受力后，消除了拱頂拱肋的恒載內(nèi)力和軸向力，以及平均縱向力和水平推力產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使拱肋在無內(nèi)力狀態(tài)下拆分，確保了拱頂施工作業(yè)人員的安全。

（2）拱頂鋼拱圈氧割開槽后，拱肋里面的素混凝土在拱肋的自重作用下自動預(yù)裂斷開[4]。

（3）通過拱架下落的自重，將拱腳的鋼拱圈和混凝土拉裂斷開。

3 施工技術(shù)要點

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

收集整理橋梁原有設(shè)計、運營、維修加固等資料;同時在現(xiàn)場需要對周邊條件進(jìn)行調(diào)查，對橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)件基本數(shù)據(jù)進(jìn)行量測，復(fù)核病害，調(diào)查棄渣放置場地及運輸通道等，同時參考當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)單位的意見。

3.2 拆除工程總體方案

先拆非受力構(gòu)件，再拆主要受力構(gòu)件，化整為零;人行天橋先對踏步和橋面分塊對稱氧割吊離，對橋梁主拱架采用大型吊車起吊兩側(cè)的拱架，拱頂分離后，氧割拱腳，將拱架卸落地面分節(jié)吊裝的施工方法[5]。

3.3 根據(jù)擬訂方案的受力情況計算選取吊車和鋼絲繩型號

3.3.1 對橋面分塊吊裝的受力進(jìn)行驗算

氧割分塊吊裝橋面板，選擇單塊最長、質(zhì)量最重的5號塊分別對吊車的起重力及鋼絲繩的受力進(jìn)行計算：M質(zhì)量=8.8×3.5×0.45×2.8=39 t。

吊車擺放位置如圖1所示，吊車伸臂的高度和水平距離的示意圖見圖2。

吊車施工幅度為12.81 m，臂長為27.2 m。根據(jù)中聯(lián)QAY220吊車主臂起重性能中臂長27 m，幅度14 m的起重重量為46 t>39 t/2，中聯(lián)QAY220吊車滿足安全起重要求。

3.3.2 對吊裝的鋼絲繩進(jìn)行受力驗算

G=mg=39*10=390 kN;采用2臺吊車、4根相同長度的鋼絲繩吊裝;每臺吊車固定2根鋼絲繩，鋼絲繩與橋面成75°夾角，如圖3。

S=G/n*1/sin75°=390/4*1/sin75°=100.9 kN;選用Φ32.5、抗拉強(qiáng)度1 700 MPa的鋼絲繩，其破斷拉力為666.5 kN，安全載重系數(shù)選取6.0，100.9 kN﹤666.5 kN/6=111.08 kN，選擇Φ32.5的鋼絲繩滿足受力要求。

3.3.3 拱頂切割分離后，對半幅拱架的受力進(jìn)行驗算

拱頂切割分離后，吊車的起重能力必須滿足半幅拱架自重在吊裝點產(chǎn)生的最大豎向力，確保吊車作業(yè)安全，半幅拱架的受力示意圖如圖4，驗算如下：

（1）拱圈拱頂切割分離后半幅拱架在如圖所示的吊裝點位置產(chǎn)生的豎向力：P=P1+P2;P1=h/L*G1。

（2）G1=M拱架重量=M鋼管重量+M混凝土重量;M鋼管重量=π*D*S*ρ*L/1 000;中徑D、壁厚S均以m為單位，L長度以m為單位，ρ值取7 850計算。（引自《實用金屬材料手冊》）。

（3）M鋼管重量=3.14*0.83*0.012*7 850*40/1 000

=9.82 t;M混凝土重量以最大值2.5 t/m3計算。

M混凝土重量=π*r2*L*2.5=3.14*0.415 2*40*2.5=

54.08 t;M橫向連接桿件=3.14*0.35*0.01*7 850*

48/1 000/4=1.035 t;M拱架重量=M鋼管重量+M混凝土重量+M橫向連接桿件=9.82+54.08+1.035=64.94 t。

（4）P1=h/L*G1=17.7/31.55*63.9=35.85 t;P2=G2×cos?。

（5）G2=M3.14*0.83*0.012*7 850*4.41/1 000+3.14*

0.415 2*4.4*2.5=7.03 t。

（6）P2=G2×cos?=7.03×cos3°=7.02 t;產(chǎn)生的豎向力P=P1+P2=35.85+7.02+1.035=47.67 t。

半幅拱架的重量=G1+G2=64.94+7.02=71.97 t。

（7）220 t的吊車機(jī)位設(shè)置于道路的行車道位置，保證伸臂與拱架成垂直角度，與主線平行;吊車吊點設(shè)置于距拱頂4.25 m處，切割點為拱肋中心點，每臺吊車預(yù)緊起吊半幅拱架;吊車伸臂高度為21.7 m，規(guī)定吊車工作幅度為6 m，可得臂長為L=22.50 m。

綜上分析，并查中聯(lián)QAY220主臂起重量能表顯示幅度6 m，臂長22.6 m，可吊裝重量96 t≥71.97 t，中聯(lián)QAY220吊車滿足安全起重要求。

3.4 實施交通組織導(dǎo)行

大修期間既有的交通組織方式是“左幅單向通行，右幅封閉施工”，為保證天橋拆除施工期間公路的行車安全，施工過程中需對既有高速公路左、右幅主線進(jìn)行臨時交通管制[6]。

采用“主線封閉、車輛借道服務(wù)區(qū)繞行”的交通組織方式，右幅已經(jīng)封閉施工，施工車輛可走服務(wù)區(qū)場內(nèi)繞行，左幅社會車輛借道寶慶服務(wù)區(qū)廣場通行，按既定的方案實施交通組織導(dǎo)行。

3.5 拆除踏步和橋面及附屬部件

在未封閉交通前，先拆除橋梁兩側(cè)的踏步，橋面為型鋼和鋼板組合式，采用對稱氧割分離卸落地面[7]。

橋面板氧割前，首先找準(zhǔn)薄弱位置作為分塊界線，用紅油漆在橋面上標(biāo)注，在每塊的四角距邊緣不小于20 cm的位置氧割吊裝孔，便于穿鋼絲繩，氧割過程中吊車要求一直預(yù)緊切割塊。

3.6 跨中拱頂分離

施工作業(yè)人員采用吊籃在拱頂搭設(shè)臨時施工作業(yè)平臺;大型吊車起吊兩側(cè)的拱架，兩側(cè)吊車同時緩緩提升，拱架跨中的自重由吊車承受時，停止提升穩(wěn)臂預(yù)緊鋼絲繩，使拱頂應(yīng)力達(dá)到臨界最小值，選準(zhǔn)跨中位置人工氧割鋼拱圈沿拱肋周長一圈，寬度30 cm。

拆除臨時施工作業(yè)平臺后，吊車多次釋放預(yù)緊力，讓拱架自重在跨中產(chǎn)生的恒載內(nèi)力使拱肋里面的素混凝土預(yù)裂斷開;拱頂分離后半幅拱架在跨中產(chǎn)生的自重由吊車起吊承受。

3.7 拱架卸落地面

拱腳分離時，拱架在拱腳的約束解除后會導(dǎo)致拱架自重在拱腳的受力傳遞方向發(fā)生改變，同時也會對拱架產(chǎn)生一個回彈反力引起拱架不穩(wěn)定[8]。

增設(shè)一臺220 t的吊車與原吊車同時均衡對稱起吊右幅拱架，而后用氧割吹割拱腳背面鋼管直徑周長的1/5，讓兩臺吊車勻縮臂下降，使右幅拱架垂直下落，通過拱架下落的自重，將拱腳鋼管和拱肋混凝土預(yù)裂斷開，吊車?yán)^續(xù)均勻縮臂使拱架安全卸落地面，采用同樣方法將左幅拱架卸落地面。

3.8 分節(jié)氧割吊離及恢復(fù)主線通行

拱架卸落后是呈拱弧狀立于地面上，凈矢高度約5 m，根據(jù)拖運車的承載能力和貨箱長度分成6 m一節(jié)，先從低處開始分節(jié)氧割，在氧割位置兩側(cè)采用吊車起吊預(yù)緊拱肋，用氧割將拱肋外包的鋼管吹割1/2，吊車釋放起吊能力，讓拱肋的自重在氧割位置產(chǎn)生的壓應(yīng)力使鋼拱圈和素混凝土預(yù)裂斷開[9]。

拱架卸落地面分節(jié)氧割調(diào)離后，先清理高速公路路面的雜物，若路面損壞須進(jìn)行修復(fù)，撤離交通組織安全隔離設(shè)施后，恢復(fù)主線正常通行。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

以該文所述人行天橋拆除為例，施工工期4天，投入施工作業(yè)人員12人，對其方案的經(jīng)濟(jì)性做如下分析（如表1）。

通過上述成本分析計算，可見采用該方法拆除橋梁的直接費用只需要22.89萬元，最主要體現(xiàn)在節(jié)約工期上，相比其他方法在工期和費用方面有很大的節(jié)約，由此可見，該方法經(jīng)濟(jì)效益十分突出。

4.2 社會效益

快速高效安全地完成了橋梁的拆除，確保高速公路主線恢復(fù)正常通行和服務(wù)區(qū)照常營業(yè)，產(chǎn)生了良好的社會效益。

5 結(jié)論

上述人行天橋拆除施工，工期僅用4天時間，產(chǎn)生的直接費用22.89萬元，比預(yù)算造價節(jié)約了20萬元。同時確保了施工安全，盡早恢復(fù)高速公路主線車輛的通行和服務(wù)區(qū)正常運營，這種快速高效安全的拆除橋梁的方法反映社會效益良好，具有推廣價值。該文所述施工技術(shù)施工工藝簡單，投入少，施工成本低，快速高效安全地拆除了橋梁，確保高速公路主線及時恢復(fù)通行。所述方案適用于陸地上小、中型鋼管混凝土拱橋的拆除。

參考文獻(xiàn)

[1]王向鋒， 李勇海， 左小晗， 等. 大跨度下承式鋼管混凝土系桿拱橋拆除施工過程研究[J]. 安徽建筑， 2022（3）： 138-140.

[2]周建軍， 杜憲武， 鄧宗仁， 等. 東海特大系桿拱橋拱圈支架拆除結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究[J]. 湖南交通科技， 2020（3）： 80-82+103.

[3]任運豪， 李銳. 扣索拆除順序?qū)Υ罂鐝戒摴芑炷凉皹蚓€形的影響研究[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2018（10）： 16+18.

[4]吳駿， 楊健， 劉彬. 山區(qū)復(fù)雜條件下橋梁重建項目——花魚洞大橋設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中外公路， 2022（1）： 147-150.

[5]陳廣樹. 鋼管混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)拆除方案研究[J]. 北方交通， 2020（12）： 29-31+36.

[6]岳忠文， 黃翔. 鋼管混凝土系桿拱橋臨時系桿法拆除技術(shù)[J]. 黑龍江交通科技， 2020（1）： 143-145+147.

[7]張兆強(qiáng)， 姜山， 康孝先， 等. 大跨度飛燕式系桿拱橋系桿更換關(guān)鍵技術(shù)[J]. 施工技術(shù)， 2018（22）： 96-100.

[8]李少芳. 大跨度集束鋼管混凝土提籃拱橋纜索吊裝拆除技術(shù)[C]//. 2009年橋梁維修加固技術(shù)研討與舊橋拆除及構(gòu)件更換觀摩會會刊， 2019： 118-128.

[9]杜海龍， 莫昀錦， 馬博彧. 廣西拱橋建造技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新[C]//. 中國土木工程學(xué)會2021年學(xué)術(shù)年會論文集， 2021： 136.