一種改進(jìn)型拆裝技術(shù)在大橋加固改造工程中的應(yīng)用

寧宇平，黃小慧，李福毅

(1.廣西壯族自治區(qū)沿海公路發(fā)展中心，廣西 欽州 535012；2.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007；3.桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541004)

0 引言

橋梁是公路交通的重要組成部分，在橋梁服役期內(nèi)，由于受到惡劣的自然環(huán)境和使用環(huán)境等因素影響，病害會隨之產(chǎn)生，使橋梁不能滿足結(jié)構(gòu)與功能安全的要求，此時就需要對其進(jìn)行加固改造，恢復(fù)其正常使用功能。其中，增大橋梁截面和梁板的更換是加固改造工程常見的施工方法[1-4]。然而，更換梁板面臨的難題之一就是如何進(jìn)行梁板拆裝。常見的梁板拆裝施工工藝有龍門吊裝安拆法、汽車吊吊裝安拆法和架橋機吊裝拆除法[5-7]。傳統(tǒng)的龍門吊裝安拆和汽車吊吊裝安拆施工都需要足夠的作業(yè)空間，架橋機吊裝拆除不具備橫向移動的功能，并且需要提梁機與運梁車搭配，工序復(fù)雜，造價較高[8]。

廣西省道S313線清湖至科甲公路的丁屋大橋加固改造工程由于橋梁跨越河流，橋位河水較深，施工場地極其有限，并且需要擴大蓋梁截面對其進(jìn)行加固，若采用傳統(tǒng)的梁板吊裝安拆施工工藝，需要搭設(shè)相關(guān)施工作業(yè)平臺，施工均較困難，安全風(fēng)險高，且搭設(shè)和拆除作業(yè)平臺時間較長，不利于工期控制。本文介紹的改進(jìn)型拆裝技術(shù)，其主要內(nèi)容就是將該橋梁的原舊邊梁作為施工作業(yè)平臺，利用龍門吊裝一次性提升和下放梁板，且具有縱橫向移動的特點，在舊邊梁縱向中心線上鋪設(shè)龍門吊軌道，安裝龍門吊設(shè)備，采用有限元軟件Midas Civil分析施工過程中結(jié)構(gòu)受力情況，以驗證其可行性，并結(jié)合頂升技術(shù)，安裝支撐梁，為蓋梁增大截面施工創(chuàng)造良好的條件。改進(jìn)型的龍門吊裝安拆施工工藝解決了因河流或地勢復(fù)雜，施工作業(yè)空間受限，安全不易得到保障的問題，其工藝可為后續(xù)類似的加固改造工程提供施工經(jīng)驗。

1 工程概況

廣西省道S313線清湖至科甲公路的丁屋大橋加固改造工程位于欽州市以北約23 km處的久隆鎮(zhèn)附近，該橋跨越欽江，橋位河水較深。橋梁全長122 m，橋面全寬8 m，橫向具體布置為0.5 m(護(hù)欄)+7 m(行車道)+0.5 m(護(hù)欄)，橋面鋪裝為鋼筋混凝土鋪裝。該橋梁上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土簡支空心板梁，跨徑為16 m，一共有7跨，每跨結(jié)構(gòu)均由7片空心板梁組成。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋臺，蓋梁雙圓柱式橋墩。本項目前期對舊橋檢測技術(shù)狀況評定為四類，因此需要進(jìn)行加固改造。其施工主要內(nèi)容是將該橋全部的簡支空心板梁更換成預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，更換后每跨有6片小箱梁，全橋合計42片，并且對蓋梁進(jìn)行外包混凝土加固，拆除兩橋臺構(gòu)造，新建橋臺及耳墻，改建后橋?qū)捵優(yōu)?0 m。

2 改進(jìn)型拆裝施工工藝研究

鑒于該橋加固改造工程周邊環(huán)境保護(hù)、施工作業(yè)平臺受限及施工安全等技術(shù)難題，通過廣泛調(diào)研，進(jìn)行方案比選和研究，本項目對傳統(tǒng)的龍門吊裝安拆施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的龍門吊設(shè)備可以架設(shè)在橋梁的舊邊梁上。具體施工工序依次如下：

(1)全封閉交通后，拆除橋梁兩側(cè)防撞墻，在舊邊梁外側(cè)設(shè)置護(hù)欄用作施工通道，便于施工人員通行，同時進(jìn)行預(yù)應(yīng)力小箱梁預(yù)制。

(2)切除中梁橋面連續(xù)和中梁空心板橫向縫，但為了加強邊梁整體穩(wěn)定性，舊邊梁不拆除橋面連續(xù)，然后用繩鋸解除全橋縱向濕接縫鏈接，并用千斤頂分別頂升梁體，使中間5片梁完全脫離。

(4)分別在橋梁兩側(cè)舊邊梁的縱向中心線位置安裝并固定龍門吊軌道，軌道鋪設(shè)延伸至兩橋頭的引道上，在引道用兩臺25 t汽車吊安裝2臺龍門吊，跨度為6.2 m，其安裝位置如圖1所示。

圖1 第一次龍門吊安裝位置示意圖(cm)

(5)用龍門吊依次拆除除舊邊梁外的所有空心板。

(6)在蓋梁和橋臺處搭設(shè)鋼管平臺，拆除兩橋臺構(gòu)造，然后進(jìn)行鋼筋制作安裝及模板澆筑。自7#橋臺往0#橋臺依次澆筑，0#橋臺為最后一次澆筑，完成蓋梁外包混凝土加固，新建橋臺及耳墻。

(8)在新蓋梁或臺帽上平移舊邊梁至新邊梁位置處后，在引道上第二次架設(shè)龍門吊，跨度為8 m，其安裝位置如圖2所示。拆除蓋梁搭設(shè)鋼管平臺及橋臺處的鋼支撐架，安裝中梁，并進(jìn)行濕接縫施工，施工完成后再次拆除龍門吊。

圖2 第二次龍門吊安裝位置示意圖(cm)

(9)用吊車拆除舊邊梁，安裝新邊梁，并澆筑邊梁側(cè)濕接縫。

(10)按原設(shè)計進(jìn)行橋面鋪裝、防撞墻及連接段處理等其他工程施工。

上述改進(jìn)型龍門吊拆裝施工工藝與傳統(tǒng)的龍門吊施工工藝相比，合理利用了舊邊梁作為施工作業(yè)平臺，且采用了鋼支撐梁，有效避免了因舊邊梁的存在影響蓋梁外包混凝土加固及新建臺帽的施工，并解決了因河流導(dǎo)致施工作業(yè)空間困難的技術(shù)難題，明顯縮短了施工工期，降低了建設(shè)成本，工程質(zhì)量安全性好。

3 施工工況結(jié)構(gòu)受力計算

為了驗證改進(jìn)型龍門吊拆裝施工工藝的可行性，需要對施工過程中結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行計算。舊邊梁和工字鋼支撐梁作為龍門吊的支撐體系，考慮了恒載(舊邊梁的自重)及活載(龍門吊自重+吊重)，按最不利位置布載，吊裝舊梁時單側(cè)舊邊梁最大活載效應(yīng)剪力為200.95 kN，吊裝新梁時單側(cè)舊邊梁最大活載效應(yīng)剪力為206.33 kN。根據(jù)邊梁支撐體系，采用Midas Civil軟件建立邊梁支撐結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全受力分析，邊梁采用梁單元模擬，支撐工字鋼采用板單元模擬。邊梁支撐體系驗算模型如圖3、圖4所示。

圖3 邊梁支撐結(jié)構(gòu)整體模型圖

圖4 支撐縱梁及分配橫梁局部模型圖

3.1 舊邊梁內(nèi)力驗算

根據(jù)施工工序可知，龍門吊吊裝新梁位于舊邊梁跨中位置時結(jié)構(gòu)受力最不利。由《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)[9]可知，荷載組合采用基本組合進(jìn)行驗算，此時舊邊梁內(nèi)力驗算需考慮恒載(舊邊梁的自重)及活載(龍門吊自重+吊重)，利用Midas Civil軟件進(jìn)行分析，內(nèi)力計算結(jié)果如圖5～6和表1所示，位移計算結(jié)果如圖7和表2所示。

圖5 舊邊梁最不利受力工況彎矩云圖

圖6 舊邊梁最不利受力工況剪力云圖

圖7 舊邊梁最不利受力工況位移云圖

表1 舊邊梁抗彎、抗剪承載能力驗算結(jié)果表

表2 舊邊梁撓度驗算結(jié)果表

從表1和表2可以看出，舊邊梁抗彎、抗剪承載能力安全系數(shù)分別為1.04和1.29，舊邊梁最大撓度為27.8 mm，比容許撓度要小，表明利用舊邊梁作為龍門吊吊裝安拆的承載平臺是可行的。

3.2 支撐型鋼驗算

根據(jù)施工工序可知，工字鋼支撐梁類似于支座，承受著舊邊梁傳遞的荷載，此時龍門吊吊裝舊梁位于支點處，支撐型鋼梁受力最不利，利用Midas Civil軟件計算該工況下的支撐型鋼梁應(yīng)力，其最不利工況云圖如圖8所示，計算結(jié)果如表3所示。

圖8 最不利工況下支撐型鋼梁應(yīng)力云圖

表3 支撐型鋼梁應(yīng)力計算結(jié)果表

3.3 支撐體系穩(wěn)定性驗算

根據(jù)施工工序可知，利用龍門吊吊裝安拆梁板，對舊邊梁和型鋼支撐梁的支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有一定要求，因此需要進(jìn)行支撐體系穩(wěn)定性驗算。支撐體系穩(wěn)定性驗算主要檢驗邊梁支撐結(jié)構(gòu)在恒載和活載作用下的失穩(wěn)安全系數(shù)，本文采用Midas Civil軟件建立計算模型，將恒載設(shè)置為常量，活載設(shè)置為變量，進(jìn)行屈曲分析，得到支撐穩(wěn)定的安全系數(shù)。支撐結(jié)構(gòu)屈曲模態(tài)如圖9所示，驗算結(jié)果如表4所示。

圖9 邊梁支撐屈曲(支撐型鋼梁局部)模態(tài)云圖

表4 支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算結(jié)果表

從表4可以看出，邊梁支撐結(jié)構(gòu)安全系數(shù)大于規(guī)定值，因此支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足施工要求。但需要強調(diào)的是，穩(wěn)定性驗算是建立在支撐型鋼梁與蓋梁、邊梁與支撐橫梁連接可靠的前提下進(jìn)行的，施工時應(yīng)注意這些部位的連接設(shè)置。

4 結(jié)語

(1)較傳統(tǒng)龍門吊施工工藝，改進(jìn)型的龍門吊吊裝安拆技術(shù)解決了因河流或地勢復(fù)雜導(dǎo)致施工作業(yè)空間困難的技術(shù)問題，同時保障了施工安全，降低了建設(shè)成本。橋上可使用龍門吊運輸混凝土及各種材料、機具，極大縮減工期。

(2)采用舊邊梁和支撐型鋼梁作為支撐體系，為蓋梁外包混凝土加固創(chuàng)造了良好施工條件，且安全可靠。