保通條件下高速公路擴(kuò)建上跨天橋拆除重建施工技術(shù)

【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)

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