舊橋拆除安全分析及施工措施

鄭日華

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

1 工程概況

2 舊橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)

該橋于1994年5月開始建設(shè)，1996年4月通車。隨著交通量不斷增大，超載車輛不斷增多，舊橋在重車反復(fù)作用下全橋橋面磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)較嚴(yán)重的脫皮露筋現(xiàn)象。全橋多處出現(xiàn)混凝土破損、開裂，大橋從橋面系、上部結(jié)構(gòu)到下部結(jié)構(gòu)等都存在不同程度的病害。大橋從通車至今進(jìn)行過多次的檢測及維修加固。2011年3月對大橋進(jìn)行了橋梁動、靜載試驗，經(jīng)檢測大橋被評定為四類橋梁。龍橋東江大橋自2011 年3 月24 日開始限行通車，于2011 年8 月和2012 年6 月分別對龍橋東江大橋主橋T構(gòu)箱梁和引橋混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了專項檢測，主橋T 構(gòu)箱梁混凝土強(qiáng)度推定值為15.4MPa（參考值），遠(yuǎn)低于原設(shè)計強(qiáng)度C38（《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（附條文說明）》（JTJ 023—1985）的標(biāo)準(zhǔn)為C40）；引橋上部T 梁混凝土強(qiáng)度推定值為24.8MPa，遠(yuǎn)低于原設(shè)計強(qiáng)度C38（《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（附條文說明）》中為C40）的標(biāo)準(zhǔn)，立柱與樁基交界面由于河水沖刷導(dǎo)致外包混凝土破損，部分鋼筋外露，可見大橋目前的總體技術(shù)狀況較差。舊橋的拆除作業(yè)存在的安全風(fēng)險體現(xiàn)在如下幾方面。

2.1 混凝土構(gòu)件強(qiáng)度較大幅度降低

舊橋的主要受力結(jié)構(gòu)包括主橋箱梁、預(yù)制T梁，混凝土強(qiáng)度較原設(shè)計強(qiáng)度存在較大幅度的下降，降幅為34.7%～59.5%。

2.2 部分結(jié)構(gòu)開裂、破損以及露筋

橋面連續(xù)體系在橫橋向、縱橋向存在不同程度的裂紋，且舊橋存在后期對橋面的加厚加鋪，增加了橋體結(jié)構(gòu)的負(fù)荷。部分橫隔板連接鋼板脫離，部分梁端縱向擠壓痕跡明顯，樁柱連接處長期水毀，掉皮露筋，鋼筋籠呈現(xiàn)明顯的腐蝕病害，且部分樁體后期增加的外包混凝土呈現(xiàn)開裂錯位，錯位約為5mm。

2.3 原結(jié)構(gòu)連接體系較簡單

梁板之間的橫隔板以及翼板連接均采用δ=14mm，尺寸為5cm×19cm 的鋼板連接，中空部分用水泥砂漿填充（其中每個橫隔板上下共4片鋼板，翼板縱橋向均分4 組，每組兩片鋼板焊接連接）。主橋除0#塊以外的塊段為預(yù)制拼裝，其中1#塊落于墩頂牛腿上，通過素混凝土濕接縫連接，其余塊段采用肋板預(yù)留的凹凸定位器隼接，接縫斷面涂刷環(huán)氧樹脂膠結(jié)，各個塊段拼接后對應(yīng)張拉節(jié)段預(yù)應(yīng)力鋼絲，預(yù)應(yīng)力管道未見壓漿。

2.4 整體結(jié)構(gòu)拆分后的不平衡受力

舊橋拆除為從整體平衡到受力逐步解除的過程，該過程中將會產(chǎn)生對未拆除結(jié)構(gòu)體系的不平衡受力。舊橋結(jié)構(gòu)經(jīng)歷河水沖刷侵蝕、車流增大、車輛超載的結(jié)構(gòu)損傷體現(xiàn)為開裂、脫皮、鋼筋滲水侵蝕等病害，原結(jié)構(gòu)受力性能已明顯下降。加之河道河砂盜采，河床下降，原樁基埋設(shè)段被暴露于河水中，通過河水沖刷及水生物侵蝕，樁徑已明顯變?。ㄔO(shè)計150cm 樁徑，現(xiàn)在為120～140cm）。拆除過程吊裝及機(jī)具移動會導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)偏壓，主要以兩柱式結(jié)構(gòu)影響較大。

3 拆橋過程穩(wěn)定性分析

拆橋過程的穩(wěn)定性分析包括引橋和主橋部分，引橋部分主要為預(yù)制T梁吊拆以及機(jī)械制動對下部薄弱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。主橋部分主要為節(jié)段拆除后預(yù)應(yīng)力鋼束放張以及不平衡吊裝對原有結(jié)構(gòu)體系的影響，可分為2～11#塊、0～1#塊兩部分進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

3.1 引橋部分的穩(wěn)定分析

引橋上部結(jié)構(gòu)部分為T形預(yù)制梁板，采用架橋機(jī)吊拆，利用運梁車將梁片轉(zhuǎn)運至炮除區(qū)。利用架橋機(jī)反向吊拆預(yù)制梁過程中，梁板在切除橫向連接后將會失去平衡。因此，梁板在完全切斷前需保證架橋機(jī)移機(jī)到位，且已經(jīng)施加了上提的預(yù)緊力，方可繼續(xù)將剩余橫向連接完全切斷，以防止梁體在不受限情況下失穩(wěn)。其中特別需要注意的是邊梁的吊裝，邊梁在設(shè)置吊點時需充分考慮起吊的平衡性，由于邊梁的兩側(cè)翼板為不等寬，且T梁加裝后期的鋪裝層后，重心向上移，吊裝時容易側(cè)翻，導(dǎo)致T 梁改變受力方向，造成梁體斷裂。

引橋下部結(jié)構(gòu)部分主要以位于河道沖刷嚴(yán)重的高墩柱影響較大，由于原設(shè)計樁柱直徑相同，而樁頭受到長期的沖刷與侵蝕，現(xiàn)狀樁柱情況為柱徑大于樁徑約3～5cm，應(yīng)力容易在該處集中。在上部梁板卸載過程中，需考慮吊拆順序的偏載影響以及龍門吊或運梁車的制動影響。尤其是設(shè)備的制動影響較為明顯，制動力過大加之長細(xì)的高墩柱易產(chǎn)生較大的撓度，會引起墩柱頂部的左右以及前后明顯晃動，樁柱接頭薄弱位置需要時刻觀察是否開裂，若存在開裂情況應(yīng)及早采取措施和更改方案。

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3.2 主橋部分的穩(wěn)定分析

主橋上部結(jié)構(gòu)為懸臂拼裝箱梁+掛梁結(jié)構(gòu)，懸臂T構(gòu)部分箱梁節(jié)段采用特制小型吊機(jī)配合載運船吊拆，掛梁采用浮吊直接吊拆。

3.2.1 吊拆過程的平衡穩(wěn)定

為保證主橋T構(gòu)間的受力平衡，掛梁吊拆時應(yīng)遵循“對稱、均衡”性拆除要求，每跨掛梁拆除偏差不大于1 條梁，陸上掛梁使用吊機(jī)吊拆，水中掛梁使用浮吊吊拆。由于掛梁位置有3 孔位于水中，1 孔位于岸上，吊裝拆除時會存在卸載梁片的數(shù)量差。因此，在吊裝時要控制好節(jié)奏，并設(shè)置好懸臂端水準(zhǔn)觀測點，必要時可在墩身設(shè)置應(yīng)變片觀測墩身撓度變形，以確保不產(chǎn)生過大的不平衡受力。

3.2.2 吊拆過程的約束力影響

主橋T 構(gòu)2～11#節(jié)段拆除采用特制小型吊機(jī)拆除，0～1#節(jié)段拆除采用雙拼45工字鋼作為挑梁受力并配合浮吊拆除。主橋T構(gòu)所有節(jié)段的拆除均為采用繩式切割分步驟環(huán)切，除0#節(jié)段以外，其他節(jié)段的切斷位置為接縫位置向吊裝的塊段平移10cm，避免繩切跑位切到未吊裝塊段的預(yù)應(yīng)力鋼束。箱梁截面形式為單箱雙室，切割順序為先繩切中腹板段底板連同中腹板至頂板底，再整斷面將剩余底板及兩個邊腹板自下而上切完。整個過程為避免切斷時的下墜力，需讓吊具鋼絲繩提前設(shè)置預(yù)緊力，預(yù)緊力以卷揚機(jī)預(yù)緊時出現(xiàn)反彈即可。由于箱梁節(jié)段在逐漸切斷過程中，原結(jié)構(gòu)剩余部位首先參與整個塊段的提拉力，在剩余部位出現(xiàn)裂縫時，吊具鋼絲繩轉(zhuǎn)換為主受力，由于剩余部位在開裂過程中受內(nèi)部鋼筋的應(yīng)變限制，整個過程不會出現(xiàn)明顯的下墜力，為吊具以及拆除安全提供一定保障。

每個塊段在切斷后，對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束被放張，由于原結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力管道未見壓漿，預(yù)應(yīng)力鋼束的逐漸放張對目前的結(jié)構(gòu)體系將會產(chǎn)生一定影響，其主要影響體現(xiàn)為后拆節(jié)段之間的緊束力減弱?？紤]原預(yù)應(yīng)力鋼束在使用過程的預(yù)應(yīng)力損耗以及原結(jié)構(gòu)的平衡體系，預(yù)應(yīng)力鋼束放張過程對剩余結(jié)構(gòu)的影響不會很大?，F(xiàn)場施工過程中也進(jìn)行了實時監(jiān)控與觀察，并未發(fā)現(xiàn)明顯的節(jié)段間開裂現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力鋼束的切斷放張對拆除施工安全未造成實質(zhì)影響。

由于每束預(yù)應(yīng)力鋼束是對T構(gòu)大小樁號兩個塊段的約束，在預(yù)應(yīng)力鋼束被切斷放張前，大小樁號的塊段必須已經(jīng)被吊具提緊，且對應(yīng)的安全措施也均到位。

4 舊橋拆除過程的安全施工措施

基于上述舊橋存在的各項病害隱患以及拆除過程中的穩(wěn)定分析，在實施各階段拆除作業(yè)時，應(yīng)采取對應(yīng)有效的安全施工措施，以確保拆除工作安全順利進(jìn)行，現(xiàn)將主要控制的安全施工措施歸納為以下3點。

4.1 對原結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行拆除前監(jiān)控測量

拆除前的監(jiān)控測量方式包括數(shù)據(jù)測量和日常觀察，數(shù)據(jù)測量針對的是施工中難以察覺到變化的結(jié)構(gòu)部位，需要使用測量儀器進(jìn)行精確測量，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以反映觀測的結(jié)構(gòu)部位是否存在過大的彈性變形或塑性變形；日常觀察則針對的是結(jié)構(gòu)物的外觀表象，主要是施工過程中未能注意的一些關(guān)聯(lián)部位的變化，憑借視覺感官對結(jié)構(gòu)物在拆除過程中的實時觀察，也作為數(shù)據(jù)測量監(jiān)控的一種補(bǔ)充形式。

以上兩種監(jiān)控測量方式在原結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行拆除前，均需對關(guān)鍵控制的觀測部位或斷面做好觀測標(biāo)識。例如引橋拆除時在下構(gòu)薄弱的位置做好裂縫寬度標(biāo)識以及原狀照片記錄、主橋各節(jié)段的平面位置及高程觀測等。施工過程中的觀測數(shù)據(jù)采集將對整個拆除施工提供有力的保障，以及驗證拆除方案和施工管理的可靠性和有效性，因此，觀測數(shù)據(jù)的處理和總結(jié)將對后期同類工程的施工方案提供有效支持。

4.2 進(jìn)行原結(jié)構(gòu)體系拆除前的受力分析

方案制定過程中除考慮拆除吊裝等操作性受力外，還應(yīng)熟悉原結(jié)構(gòu)受力體系。尤其是主橋T構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼束受力體系以及預(yù)應(yīng)力管道的布設(shè)位置，在制定拆橋吊機(jī)的后錨鉆孔布設(shè)方案時，需考慮是否與預(yù)應(yīng)力管道存在沖突。由于舊橋T構(gòu)塊段之間的連接受力方式為“環(huán)氧樹脂黏接+預(yù)應(yīng)力鋼束拉緊力”，部分的預(yù)應(yīng)力鋼束（頂板束）若放張后將對該塊段的拉緊力有較大幅度的降低。而在切除當(dāng)前塊段之前，橋面吊機(jī)需在后一塊段頂面進(jìn)行鉆孔錨固。因此，后錨鉆孔位置要避開未拆除塊段的預(yù)應(yīng)力鋼束管道位置，鉆孔方案制定后要現(xiàn)場放樣并考慮為原結(jié)構(gòu)管道定位的施工偏差預(yù)留足夠的安全空間。

引橋部分的下部結(jié)構(gòu)則需要考慮上部結(jié)構(gòu)拆除過程的橫向動載對柱體的剪切力及根部的彎矩影響，并以此限定機(jī)械設(shè)備的行走速度和動載重量，從而減少動載對上部結(jié)構(gòu)的制動力效果。拆除施工過程是整體穩(wěn)定到逐漸分解的過程，當(dāng)整體平衡被破壞后，橋面的動載對獨立橋墩的制動影響隨著上部結(jié)構(gòu)拆除得越多體現(xiàn)得越明顯。因此后面拆除梁板時更加要注意設(shè)置臨時連接或支護(hù)，并嚴(yán)格控制行車速度，若產(chǎn)生的晃動表現(xiàn)得過大時，應(yīng)及時停止移動或緩慢增減速，禁止急?？靻1]。

4.3 對隱患較大或危險性系數(shù)較高的部位進(jìn)行精確控制

拆除主橋T構(gòu)的特制輕型吊機(jī)由卷揚機(jī)鋼絲繩通過滑輪組將切除塊段下放，實施過程中需做到各方面詳細(xì)準(zhǔn)確，包括對卷揚機(jī)進(jìn)行編號、錨固件及鋼絲繩的常規(guī)檢查、線路配置、附加保險系統(tǒng)等。卷揚機(jī)編號、固件檢查以及線路配置均為對吊裝系統(tǒng)的精確掌控，以防止操作過程中出現(xiàn)錯誤。附加保險系統(tǒng)是增加對吊裝體系安全性能設(shè)置的措施，主要是對容易出現(xiàn)問題的固件損壞時，對吊裝存在直接影響的部位進(jìn)行附加保險的措施。例如鑒于輕型吊機(jī)主受力掛鉤為單獨受力構(gòu)件，焊縫的質(zhì)量將對其穩(wěn)固性具有直接影響，為保證吊裝過程中出現(xiàn)的特殊情況，在該處可設(shè)置附加纏繞鋼絲繩，令其與大梁捆綁在一起；以及對吊機(jī)配套的卷揚機(jī)配置有效的手動制動措施，以防止卷揚機(jī)在工作期間制動失靈等。

拆除掛梁以及引橋T梁時，在吊裝過程中需確保梁體提升的穩(wěn)固性，尤其是利用浮吊起吊的掛梁邊梁[2]。浮吊由于起吊過程中會逐漸增加船體的荷載，且浮吊扒桿會由于其傾斜度的影響，在吊起掛梁后產(chǎn)生向后的推力，將會導(dǎo)致梁板離地時產(chǎn)生拖移，離地后會出現(xiàn)小范圍的擺動。因此兜底起吊的鋼絲繩要保證不能出現(xiàn)滑動，尤其是翼板不平衡重的邊梁，需將鋼絲繩與梁體穩(wěn)定固定，不能令其有滑動的現(xiàn)象，否則會造成T梁側(cè)翻斷裂。

水中拆橋鋼平臺為承接吊機(jī)下落梁體而設(shè)置，由于T構(gòu)梁段為不等高尺寸，直接下放到鋼平臺時會造成梁段傾覆以及對鋼平臺的硬接觸損壞，因此可在鋼平臺面上對應(yīng)梁段下落的位置提前鋪設(shè)一層50cm厚的土，既可以保證梁體穩(wěn)定，又能消除硬接觸對鋼平臺的損壞。其次，鋼平臺在使用過程中要注重時常對各個連接部位以及鋼結(jié)構(gòu)外觀的檢查，以防止在鋼平臺上施工時，梁段偏壓或施工機(jī)械對鋼結(jié)構(gòu)造成的損傷[3]。

上述附加保險系統(tǒng)均為拆除吊裝提供有效的安全保障。在制定實施性方案以及交底時，需要對整個吊拆過程進(jìn)行推演，才能進(jìn)一步了解每個步驟間的銜接與注意事項，從而有針對性地設(shè)置附加保險系統(tǒng)，極大地保證吊拆順利進(jìn)行，并提供重要的處理經(jīng)驗和方式，做到對隱患較大或危險性系數(shù)較高部位的精確控制。

5 結(jié)語

綜上所述，舊橋拆除具有許多不確定性以及不穩(wěn)定性，尤其對結(jié)構(gòu)體系和跨度較大的特大橋進(jìn)行拆除施工，均具有較大的難度和危險性。對此，在橋梁拆除施工過程中，施工人員需高度重視拆除作業(yè)的安全性問題，清楚了解舊橋結(jié)構(gòu)受力體系和現(xiàn)狀材料性能，分析每個拆除步驟對后續(xù)結(jié)構(gòu)的附帶影響，并采取合適的拆除方式和安全措施，注重拆橋步驟的推演分析，確保舊橋在拆除施工過程具備可控性，做到拆除方式簡單化，安全措施實用可靠，以便舊橋拆除工作能夠安全高效地開展，同時為同類橋梁的拆除提供參考。