稀索體系斜拉橋橋跨結(jié)構(gòu)拆除技術(shù)

李亞民，李金恒

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

橋梁拆除方法常見(jiàn)有機(jī)械拆除和爆破拆除，爆破拆除往往受制于當(dāng)?shù)厣鐣?huì)環(huán)境、航道管理要求等難以實(shí)施，機(jī)械拆除一般采用橋梁建設(shè)時(shí)的逆序過(guò)程施工。斜拉橋拆除中三臺(tái)涪江大橋采用深孔、水下和潛眼爆破相結(jié)合，肥西縣派河大橋采用控制爆破拆除，采用機(jī)械拆除的斜拉橋僅見(jiàn)于淮鋼大橋和大里營(yíng)斜拉橋，大跨度復(fù)雜環(huán)境下框架式稀索體系斜拉橋的機(jī)械拆除在中國(guó)尚屬首例。

1 工程概況

南閣大橋舊橋位于廣東省東莞市X236線上，是連接道窖、厚街兩鎮(zhèn)的重要通道，橫跨東江南支流東莞水道，內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道，建成于1993年，主橋?yàn)殡p塔雙索面框架式稀索體系斜拉橋。該橋出現(xiàn)一定結(jié)構(gòu)病害并有繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，且通行能力不足、通航凈空不滿足規(guī)劃航道等級(jí)要求，需對(duì)其實(shí)施拆除后新建，拆除混凝土共計(jì)約5 192 m3，斜拉索48.5 t。南閣大橋主橋基本特性見(jiàn)表1，橋型立面見(jiàn)圖1。

圖1 南閣大橋主橋橋型圖(單位：m)

表1 待拆主橋橋梁基本特性

2 施工難點(diǎn)

(1)該橋是中國(guó)首座采用機(jī)械法拆除的大跨度框架式稀索體系斜拉橋，且在繁忙水道上，拆除方法、施工組織、結(jié)構(gòu)計(jì)算及監(jiān)測(cè)等方面都無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

(2)結(jié)構(gòu)特殊，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高?？蚣苁较∷黧w系斜拉橋非常規(guī)結(jié)構(gòu)，且年久失修，拆除前需對(duì)其健康狀況進(jìn)行全面、深入的了解，充分考慮結(jié)構(gòu)病害對(duì)拆除施工的影響。高空放索、水上大噸位構(gòu)件吊裝、大斷面混凝土構(gòu)件切除等作業(yè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工管控要求高。

(3)作業(yè)時(shí)間受限，施工組織要求高。橋址所在的東莞水道，承擔(dān)較重的通航任務(wù)，施工期僅能間歇性封閉航道。拆除作業(yè)實(shí)施前，需精心組織，合理細(xì)化封航時(shí)段內(nèi)拆除工作量，并保障規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成計(jì)劃任務(wù)、提高作業(yè)效率。

3 施工方案

根據(jù)南閣大橋結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備資源和通航要求，橋跨結(jié)構(gòu)采用了與建橋時(shí)“逆序”的總體拆除方案，即分級(jí)釋放斜拉索，交叉對(duì)稱拆除主梁，再解體框架結(jié)構(gòu)。浮吊配合繩鋸切割，吊運(yùn)至道滘岸的臨時(shí)碼頭，二次破碎。浮吊在下游逆水進(jìn)入橋梁拆除區(qū)域，交叉錨臨時(shí)定位，吊運(yùn)節(jié)段時(shí)靠收絞錨繩和拖船輔助轉(zhuǎn)向、進(jìn)退。協(xié)調(diào)航道管理部門(mén)在橋位上下游設(shè)浮標(biāo)警示燈，浮吊作業(yè)期間暫時(shí)封閉航道。橋跨結(jié)構(gòu)拆除施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 橋跨結(jié)構(gòu)拆除工藝流程圖

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 斜拉索放索

因斜拉索長(zhǎng)度較短，常用動(dòng)測(cè)儀法難以測(cè)得準(zhǔn)確索力值，在斜拉索塔頂錨端安裝千斤頂及工具撐，通過(guò)油表讀數(shù)獲取索力值，與理論成橋索力對(duì)照分析，輸入到分析模型中，實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)狀索力檢測(cè)結(jié)果

斜拉索索力分6次釋放。在塔頂采用500 t千斤頂對(duì)稱、同步進(jìn)行放索，與主梁拆除交替進(jìn)行，每階段放索分加載、卸載、錨固三步。加載時(shí)張拉至錨固螺母松動(dòng)、螺母能自由旋轉(zhuǎn)；卸載時(shí)螺母向外旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，千斤頂回油卸載至設(shè)定索力；錨固時(shí)監(jiān)測(cè)索力值是否滿足要求，螺母擰緊錨固，千斤頂回油。過(guò)程中采取偏差預(yù)警，中、邊跨總索力偏差預(yù)警值為100 kN，主塔偏位預(yù)警值為20 mm。具體施工流程見(jiàn)表3。

表3 斜拉索分次放索施工流程

4.2 框架縱梁拆除

跨中橫梁、縱梁、上塔柱和斜拉索共同構(gòu)成斜拉橋框架受力體系，縱、橫梁里配置有預(yù)應(yīng)力束。為避免預(yù)應(yīng)力束錨頭切除后預(yù)應(yīng)力失效的情況發(fā)生，根據(jù)縱梁預(yù)應(yīng)力束的布束及錨固情況，采取設(shè)置臨時(shí)墩、分段切除框架縱梁的方案?？v梁邊跨預(yù)應(yīng)力在中跨距主塔14 m處錨固，設(shè)置有施工縫，在此處設(shè)切割面，將縱梁分為中跨中梁、中跨邊梁和邊跨縱梁3段。先在浮吊輔助下切除中跨中梁，并在施工縫位置設(shè)置臨時(shí)墩(鋼管樁+分配梁)進(jìn)行支撐，再切除邊跨縱梁，最后切除中跨邊梁，以確?？v梁在拆除中處于可控狀態(tài)?？v梁鋼束布置見(jiàn)圖3，臨時(shí)墩布置見(jiàn)圖4。

圖3 縱梁鋼束布置圖(單位：m)

圖4 臨時(shí)墩布置圖(單位：m)

4.3 大斷面混凝土構(gòu)件切分

主跨結(jié)構(gòu)中主梁、橋塔、縱橫梁斷面較大，采用液壓金剛石繩鋸機(jī)切割技術(shù)。液壓金剛石繩鋸機(jī)切割是通過(guò)液壓馬達(dá)高速驅(qū)動(dòng)帶有金剛石串珠的鋼絲繩索，繞被切割物體運(yùn)轉(zhuǎn)，高速磨削被切割物體，最終實(shí)現(xiàn)被切割體快速分離。由于塔柱分節(jié)切分位置距離橋面約6 m，通過(guò)在塔身設(shè)置支撐架及導(dǎo)向輪組，實(shí)現(xiàn)高空切割。主梁、縱梁等均在橋面利用繩鋸?fù)瓿汕懈睢?/p>

4.4 浮吊吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)

橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊重大、桿件長(zhǎng)，其中邊跨縱梁?jiǎn)蔚踔亓繛?45 t、梁長(zhǎng)32 m，選用自行式450 t浮吊，拋錨船輔助拋錨。通過(guò)對(duì)起吊物重心和鋼絲繩計(jì)算確定吊點(diǎn)位置，吊繩采用4根6(股)×37(絲)、φ60.5 mm纖維芯鋼絲繩，安全系數(shù)不小于6，并在構(gòu)件棱角位置設(shè)弧形鋼板作吊繩保護(hù)措施。構(gòu)件吊離后，浮吊在負(fù)重狀態(tài)下通過(guò)自動(dòng)力和收絞錨繩、拖船輔助轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)運(yùn)至岸邊碼頭破碎場(chǎng)集中破碎。

4.5 拆橋仿真分析

采用Midas/Civil對(duì)拆橋全過(guò)程進(jìn)行了仿真計(jì)算(模型見(jiàn)圖5)。橋塔、縱橫梁采用梁?jiǎn)卧M，斜拉索采用桁架單元模擬，現(xiàn)階段索力值為實(shí)測(cè)值，考慮混凝土的時(shí)間效應(yīng)，分為24個(gè)施工階段建立計(jì)算模型。通過(guò)模擬仿真分析，對(duì)拆橋方案進(jìn)行細(xì)化，為監(jiān)控和預(yù)警值提供理論依據(jù)。

圖5 橋跨結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

5 施工結(jié)果及分析

橋跨結(jié)構(gòu)拆除實(shí)行了全過(guò)程監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容有：縱梁、主塔關(guān)鍵部位應(yīng)力監(jiān)控、縱梁沉降監(jiān)控、主塔偏位監(jiān)測(cè)、索力監(jiān)測(cè)。選用快貼集成應(yīng)變計(jì)和DH3819無(wú)限靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，采用塔端千斤頂讀數(shù)結(jié)合JMM268-1索力動(dòng)測(cè)儀監(jiān)測(cè)斜拉索索力，主塔偏位、縱梁沉降采用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主塔偏位測(cè)點(diǎn)布置于塔頂，縱梁監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6。

圖6 縱梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置(單位：m)

經(jīng)橋跨結(jié)構(gòu)拆除過(guò)程中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析，主梁拆除過(guò)程中縱梁應(yīng)力值均沒(méi)有超過(guò)混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，出現(xiàn)最大拉應(yīng)力為0.97 MPa，低于設(shè)計(jì)值2.51 MPa；斜拉索第1次與第2次放索后主塔偏移與理論值相差最大20 mm，其余工況下基本吻合；縱梁在施工過(guò)程中沉降幅度均處于結(jié)構(gòu)安全范圍內(nèi)，最大值為62 mm；拆除過(guò)程安全、可控?？v梁斷面切開(kāi)后，縱梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力管道壓漿爆滿，預(yù)應(yīng)力筋局部輕微銹蝕，臨時(shí)墩在拆除過(guò)程中作為安全措施使用。14#墩縱梁及塔柱測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)如表4、5所示。

表5 14#墩主塔偏移量及縱梁沉降實(shí)測(cè)值

6 結(jié)語(yǔ)

南閣大橋主橋橋跨結(jié)構(gòu)拆除工程于2018年12月14日開(kāi)始，2019年1月8日完成，歷時(shí)26 d。實(shí)施方案綜合考慮舊橋病害、橋跨結(jié)構(gòu)特征、通航要求以及設(shè)備資源情況等因素，采用有限元仿真分析、分級(jí)放索、大斷面繩鋸切割、浮吊大噸位吊轉(zhuǎn)、信息監(jiān)控等技術(shù)，準(zhǔn)確掌握橋跨結(jié)構(gòu)在拆除過(guò)程中的受力變化情況，實(shí)現(xiàn)了橋梁快速拆除，保障了橋梁拆除安全。該項(xiàng)目作為大跨度框架式稀索體系斜拉橋橋跨結(jié)構(gòu)拆除工程，尚屬中國(guó)首次，對(duì)今后類似橋梁拆除工程具有很好的借鑒意義。