【摘要】
結(jié)合京滬高速萊蕪至臨沂段改擴(kuò)建項(xiàng)目跨既有高速混凝土連續(xù)箱梁橋拆除重建鋼混疊合梁工程實(shí)例,對(duì)保通條件下拆除重建橋梁施工方案進(jìn)行對(duì)比分析,研究確定既有混凝土橋梁梁體采用單幅雙向保通搭設(shè)支墩分段切割吊裝拆除方法;鋼箱梁采用單幅雙向保通架設(shè)鋼腹板并研發(fā)一種翼板吊架裝置作為鋼混疊合梁現(xiàn)澆翼緣板施工平臺(tái),解決了工期緊、對(duì)既有通行高速影響大等難題,節(jié)約了成本,可為同類工程提供借鑒和參考。
【關(guān)鍵詞】既有干線高速 ; 上跨天橋; 拆除重建; 施工技術(shù)
【中圖分類號(hào)】U448.17【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
[定稿日期]2024-07-22
[作者簡(jiǎn)介]尚大朋(1987—),男,本科,工程師,主要從事道路與橋梁工程施工技術(shù)管理工作。
0 引言
高速公路擴(kuò)建因既有天橋跨徑不滿足主線擴(kuò)建要求,需拆除重建。傳統(tǒng)的橋梁拆除方法主要有機(jī)械破碎法、爆破拆除法、滿堂支架分塊切割法等[1-2],需要中斷交通。既有高速改擴(kuò)建施工一般不得中斷交通,保通條件下既有天橋拆除重建施工技術(shù)值得探討。
1 工程概況
京滬高速萊蕪至臨沂段改擴(kuò)建工程為雙向四車道改雙向八車道,K664+764天橋舊橋上部結(jié)構(gòu)為(17+20+20+17) m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,單箱單室,下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩、肋板臺(tái),墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)為拆除舊橋原位新建,新建天橋上部結(jié)構(gòu)為4×30 m鋼混疊合梁,下部結(jié)構(gòu)與舊橋相同。
2 既有上跨拆除技術(shù)
保通條件下既有上跨混凝土連續(xù)箱梁橋梁體拆除一般有搭設(shè)支墩分段切割吊裝拆除法、基于SPMT模塊車快速拆除法,本文介紹兩種方法并進(jìn)行比選。
2.1 支墩切割吊裝拆除法
跨高速兩孔梁體采用搭設(shè)臨時(shí)支墩、金剛石繩鋸分段切割梁體吊裝至路外破碎[3]。高速以外邊跨梁體及下部結(jié)構(gòu)采用機(jī)械破除。
2.1.1 施工流程
①設(shè)置臨時(shí)交通轉(zhuǎn)換口單幅交通封閉單幅雙向保通—②搭設(shè)臨時(shí)支墩—③分段切割中跨主梁—④主梁分段吊裝—⑤梁段路外破碎。
2.1.2 單幅雙向保通交通組織
上跨橋拆除期間采取單幅封閉單幅保通,在上跨橋前后增設(shè)臨時(shí)交通轉(zhuǎn)換口。根據(jù)交通流的運(yùn)行速度60 km/h,轉(zhuǎn)換開口處漸變段采用半徑為R1 500 m的圓曲線徑向相接的線形,轉(zhuǎn)換開口長(zhǎng)度為200 m。
作業(yè)區(qū)交通標(biāo)志標(biāo)線的布設(shè)及S、LS、H、G、LX、Z的取值應(yīng)符合《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第4部分:作業(yè)區(qū)》的規(guī)定,見圖1。
2.1.3 跨高速梁體拆除
梁體分段切割吊裝尺寸應(yīng)根據(jù)吊車噸位、作業(yè)條件、橋梁跨徑、梁體截面尺寸、工期等因素綜合確定。臨時(shí)支墩采用螺旋管、型鋼制作,見圖2。應(yīng)通過荷載分析驗(yàn)算最不利情況支墩強(qiáng)度、剛度、基礎(chǔ)承載力等。
臨時(shí)支墩安裝采用吊車和輪式挖掘機(jī)配合,就位后調(diào)整頂部螺旋千斤頂,施加預(yù)支撐力,確保支墩與梁體密貼。梁體切割采用金剛石繩鋸,首節(jié)梁段切口呈倒“八”型便于梁段吊裝,見圖3。梁段切割后剩余橋跨受力體系由連續(xù)結(jié)構(gòu)變?yōu)檫B續(xù)懸臂結(jié)構(gòu),多排彈性支撐約束,應(yīng)對(duì)施工中各工況進(jìn)行剩余橋跨和支撐體系進(jìn)行受力驗(yàn)算,施工期間加強(qiáng)觀測(cè)監(jiān)控。
梁體分段吊裝,吊車噸位選用應(yīng)根據(jù)吊車站位、最大梁段重量結(jié)合設(shè)備技術(shù)規(guī)格書確定,見圖4。吊裝鋼絲繩規(guī)格、長(zhǎng)度根據(jù)最大梁段重量依據(jù)GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》計(jì)算確定,吊車站位支腿地基承載力應(yīng)驗(yàn)算最不利情況。
2.2" 基于SPMT模塊車快速拆除法
2.2.1 模塊車簡(jiǎn)介
自行式模塊運(yùn)輸車(Self-Propelled Modular Transporter,SPMT)主要由6軸線(或4軸線)標(biāo)準(zhǔn)模塊車、動(dòng)力及控制單元(PPU)和無(wú)線控制器組成,其主要有升降調(diào)平、原地轉(zhuǎn)向等功能[4]。
2.2.2 施工流程
①梁段卸落場(chǎng)地建設(shè)—②單幅交通封閉單幅雙向保通—③拆除路側(cè)波形護(hù)欄—④馱運(yùn)系統(tǒng)組拼與調(diào)試—⑤馱運(yùn)系統(tǒng)就位頂升—⑥中跨梁體切割—⑦梁體移運(yùn)—⑧梁段落架破碎。
2.2.3 梁段卸落場(chǎng)地
梁段卸落場(chǎng)地一般緊鄰既有上跨橋側(cè)10 m,場(chǎng)地大小宜根據(jù)拆除梁段長(zhǎng)度和寬度確定。存梁場(chǎng)地頂標(biāo)高與既有高速公路路面順接,應(yīng)對(duì)走行道路地基承載力進(jìn)行驗(yàn)算,確保滿足要求。
2.2.4 模塊車組及馱運(yùn)梁和落梁支架設(shè)計(jì)
根據(jù)既有橋梁情況,選擇模塊車組,每排車采用4或6軸線動(dòng)力車+1個(gè)動(dòng)力頭進(jìn)行組合。車組拼接完成后進(jìn)行空載模擬試驗(yàn),驗(yàn)證其同步性和控制性。馱運(yùn)梁支架采用標(biāo)準(zhǔn)桿件拼裝,由鋼管立柱、標(biāo)準(zhǔn)連接系桿、車頂分配梁及頂層分配梁組成,見圖5。馱梁支架也用做落梁支架,即馱梁支架的車頂分配梁支撐于地面1.5 m高的鋼支撐上,落梁支架下方設(shè)置條形基礎(chǔ),保證其地基滿足承載力要求 [5]。
2.2.5 模塊車馱運(yùn)落梁
車載裝備沿移運(yùn)路徑從臨時(shí)場(chǎng)地快速行駛至待拆除橋跨梁底,車組應(yīng)對(duì)稱移運(yùn)保持水平;各支撐點(diǎn)與橋底充分接觸。梁段采用金剛石繩鋸切割,梁段移運(yùn)前應(yīng)根據(jù)移運(yùn)橋段理論重量及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),采用車載裝備頂升20 cm,控制頂升速度在20~50 mm/min,便于從原橋位移出橋段;通過中心旋轉(zhuǎn)、平穩(wěn)移動(dòng)等措施將其放置在存放梁體的場(chǎng)地,見圖6,平移速度控制在500 m/h內(nèi)。
2.3 方案比較
從技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)合理性、工期三個(gè)方面對(duì)兩種方案進(jìn)行分析比較,見表1。
3 鋼混疊合梁施工技術(shù)
3.1 鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
鋼混疊合梁總高度1.7 m,總寬度8 m,為雙箱單室鋼箱結(jié)構(gòu),雙箱中間設(shè)置橫向聯(lián)系梁,頂板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。
3.2 底腹板加工
底腹板應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸路線、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件等因素進(jìn)行分節(jié)段制造,節(jié)段梁拆分成底板、腹板、隔板等單元件加工,各節(jié)段梁制應(yīng)在場(chǎng)內(nèi)總裝試拼。
3.3 底腹板安裝
3.3.1 吊裝設(shè)備及配件選用
根據(jù)分段重量及現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件選用吊車噸位。在每個(gè)分段上設(shè)置四個(gè)吊耳,按鋼箱梁分段最大噸位計(jì)算,應(yīng)符合HG/T 21574-2008《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》要求。
3.3.2 吊裝流程
封閉A幅,B幅單幅雙向保通,按照4A、4B、3A、3B的順序吊裝同時(shí)吊裝鋼梁之間的連接系,環(huán)縫及連接系焊接。封閉B幅,A幅單幅雙向保通,按照2A、2B、1A、1B的順序吊裝同時(shí)吊裝鋼梁之間的連接系,環(huán)縫及連接系焊接,見圖7。
3.4 現(xiàn)澆頂板施工
3.4.1 翼板吊架設(shè)計(jì)
現(xiàn)澆板翼板懸臂長(zhǎng)度825 mm,端部厚度180 mm。懸吊支架主骨架采用I12工字鋼,主骨架為不等臂T形,間距為2 m,主骨架①與鋼腹板剪力釘通過4根直徑16 mm圓鋼雙面焊接固定,末端采用2根16 mm圓鋼與鋼腹板剪力釘雙面焊接;在骨架②鉆20 mm圓孔作為吊桿穿孔,吊桿采用16 mm圓鋼,吊架底部橫梁采用I12工字鋼,縱向龍骨采用10 cm×10 cm方木,底模采用厚12 mm竹膠板。懸吊支架裝置構(gòu)造見圖8。
3.4.2 翼板吊架受力檢算
(1)荷載計(jì)算。
單個(gè)吊架混凝土自重:G1=4.524 kN;
模板自重:以0.39 kN/m2計(jì);
施工人員及設(shè)備荷載:以2.5 kN/m2計(jì);
泵送混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載:以0.15 kN/m2計(jì);
則均布荷載為:F=8.88 kN;
作用在主骨架②的作用力近似為2個(gè)集中力F'。
(2)計(jì)算參數(shù)。
計(jì)算長(zhǎng)度L=1.5 m、H=0.75 m,1單元0.75 m、2單元0.08 m、3單元0.37 m、4單元0.14 m、5單元0.85 m、6單元0.06 m、7單元0.75 m。
(3)采用結(jié)構(gòu)力學(xué)SM Solver軟件進(jìn)行檢算。
(4)抗彎強(qiáng)度計(jì)算。
計(jì)算得到最大彎矩為:4.97 kN·m;
最大正應(yīng)力68.4 MPalt;205 MPa。
(5)剪應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算。
最大剪力為11.37 kN;
剪應(yīng)力τ= 6.3 MPa<[τ]=125 MPa。
(6)結(jié)構(gòu)位移。
主骨架②懸臂端部最大位移3 mm。
(7)焊接點(diǎn)及鋼箱梁鉚釘抗拔力計(jì)算。
骨架③受到最大軸向拉力為11.37 kN,單個(gè)鉚釘拉力為5.7 kN,通過對(duì)鉚釘進(jìn)行抗拔力檢測(cè),遠(yuǎn)大于5.7 kN。
3.4.3 施工工藝
安裝翼板吊架鋪設(shè)底模并進(jìn)行預(yù)壓觀測(cè)變形值與計(jì)算值是否相符。綁扎現(xiàn)澆頂板鋼筋,泵送澆筑混凝土。
4 結(jié)論
保通條件下跨既有高速鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋拆除可采用搭設(shè)支墩分段切割梁體吊裝拆除法或基于SPMT模塊車快速拆除法,應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)、工期等因素綜合考慮確定拆除方案。鋼混疊合梁懸臂現(xiàn)澆翼緣板采用自研發(fā)吊架,工裝簡(jiǎn)單,相比支架法搭設(shè)門洞,降低了安全風(fēng)險(xiǎn)和施工成本。
參考文獻(xiàn)
[1]" 吳健謝,睿杰,楊勇,等.不間斷交通高速公路拓寬跨線橋拆除施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪,2018(1):88-91.
[2] 謝睿杰.高速公路跨線橋靜力拆除施工與控制方法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2011.
[3] 王臻林.繩鋸法整體拆除既有跨線橋施工技術(shù)[J].鐵道建筑技,2013(1):38-40,47.
[4] 朱世峰,高望,賀鵬,等.基于地面支撐和SPMT的跨線橋快速移除技術(shù)[J].施工技術(shù),2020,49(23):4-7,13.
[5] 陳雅雄,王衛(wèi)勝,祝衛(wèi)星.基于SPMT工藝的橋梁快速拆除施工技術(shù)應(yīng)用研究[J].橋隧工程,2021(173):133-136.