整體下放拆除技術(shù)在橋梁鋼管貝雷支撐體系拆除中的應(yīng)用

劉可為

（青島青發(fā)控股集團(tuán)有限公司,山東 青島 266000）

0 引言

在橋梁鋼管貝雷支撐體系拆除工藝中，傳統(tǒng)思路為“由上至下逐層拆除”，用活絡(luò)頭等卸落裝置使貝雷梁體系與橋梁底板分離，再按照由上至下的順序依次拆除竹膠板、方木、分配梁、貝雷梁、蓋梁、鋼管柱等。此方案須采用的活絡(luò)頭等卸落裝置數(shù)量較多且不易周轉(zhuǎn)，材料成本較大。橋梁底板下方的貝雷片無(wú)法直接采用吊車(chē)吊出，只能使用人工在高空用卷?yè)P(yáng)機(jī)或手拉葫蘆將貝雷片牽引至翼緣板外側(cè)下方位置再進(jìn)行拆除，存在巨大的安全隱患，并導(dǎo)致施工效率低下[1]。故亟須開(kāi)發(fā)新的拆除工藝。

青島新機(jī)場(chǎng)高速公路TJ2 標(biāo)段南樞紐互通立交主線橋、A、C 匝道橋跨大沽河段共計(jì)22 聯(lián)現(xiàn)澆梁因地質(zhì)情況較差，施工支架采用鋼管貝雷支撐體系。鋼管立柱平均高度約21 m，工字鋼、貝雷片等材料每聯(lián)使用超過(guò)400 t，具有材料投入量大、工期緊等特點(diǎn)，對(duì)支架體系的安拆施工要求較高。將傳統(tǒng)施工思路“由上至下逐層拆除”轉(zhuǎn)變思維，轉(zhuǎn)變成“先下后上整體拆除”，以該項(xiàng)目為平臺(tái)運(yùn)用落梁裝置試驗(yàn)了整體下放拆除技術(shù)，取得了一定的成效。

1 整體下放拆除技術(shù)施工思路

根據(jù)擴(kuò)大施工作業(yè)面空間、盡量避免高空作業(yè)、提高施工效率的需求，總體施工思路確定為“先下后上整體拆除”：安裝落梁裝置，利用落梁裝置將整個(gè)貝雷梁支撐體系懸吊在箱梁梁體下，由落梁裝置作為承載貝雷梁支撐體系自重的主要結(jié)構(gòu)，完成支撐體系受力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換；再在地面鋼管柱底部位置整排割斷并移除鋼管立柱排架；啟動(dòng)落梁裝置，將貝雷梁支撐體系剩余部分緩慢下放，至適當(dāng)高度再用吊車(chē)拆除貝雷梁。具體施工工藝流程如下：落梁裝置設(shè)計(jì)→安裝落梁裝置→拆除鋼管立柱及蓋梁→下放貝雷梁及分配梁→拆除貝雷梁及分配梁→拆除鋼管立柱基礎(chǔ)、清理場(chǎng)地。施工步驟及要點(diǎn)下文詳述。

2 整體下放拆除技術(shù)施工工序

2.1 落梁裝置設(shè)計(jì)

落梁裝置由托架系統(tǒng)、吊桿系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)三大部分組成。托架系統(tǒng)包括上、下托架兩部分，由三拼貝雷梁組成，是主要的承力結(jié)構(gòu)。為避免局部壓力過(guò)大造成橋梁梁體損壞，在上托架與現(xiàn)澆梁之間采用數(shù)道工字鋼等材料進(jìn)行下墊。下托架上設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的限位卡，防止貝雷梁在下落的過(guò)程中發(fā)生位移滑落。限位卡采用ф22 鋼筋或[8 槽鋼焊接而成的U 形卡[2]。吊桿系統(tǒng)主要由ф32精軋螺紋鋼構(gòu)成，是主要的傳力結(jié)構(gòu)。螺紋鋼的底部設(shè)置下托架墊板，并用至少兩個(gè)螺母固定牢固。動(dòng)力系統(tǒng)由千斤頂系統(tǒng)及限位器構(gòu)成。千斤頂采用穿心式螺紋鋼千斤頂，數(shù)量及型號(hào)經(jīng)計(jì)算確定。每根螺紋鋼吊桿配備上、下兩組螺紋鋼連接器，作為穿心式螺紋鋼千斤頂及螺紋鋼吊桿移動(dòng)的限位裝置。落梁裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 落梁裝置結(jié)構(gòu)示意圖

施工前根據(jù)計(jì)算，確定吊點(diǎn)布置方案。通過(guò)計(jì)算貝雷梁、工字鋼分配梁等支撐體系的自重，以及落梁裝置下托架的自重，確定下放系統(tǒng)總體受力，推算精軋螺紋鋼吊桿數(shù)量及千斤頂型號(hào)。計(jì)算時(shí)充分考慮落梁裝置上、下托架的內(nèi)力及形變，預(yù)留保險(xiǎn)系數(shù)，合理布置吊點(diǎn)間距。吊點(diǎn)盡量設(shè)置在翼緣板外側(cè)，以防破壞橋梁梁體。若經(jīng)計(jì)算吊點(diǎn)必須設(shè)置于梁體上，需在橋梁混凝土澆筑前預(yù)埋孔道。孔道采用ф10 cm PVC 管，在橋梁鋼筋綁扎時(shí)同步預(yù)埋?？椎缆裨O(shè)位置處適當(dāng)進(jìn)行鋼筋加強(qiáng)處理，安裝PVC 管時(shí)注意避讓橋梁鋼筋主筋。

2.2 安裝落梁裝置

現(xiàn)澆箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求、完成所有預(yù)應(yīng)力束張拉壓漿工作并拆除完箱梁外模后，可開(kāi)展落梁裝置的安裝作業(yè)。組裝落梁裝置前，須按規(guī)范對(duì)貝雷片、千斤頂、螺紋鋼、連接器等各種原材料進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，確保合格再進(jìn)場(chǎng)使用。根據(jù)計(jì)算的吊點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量放線，吊點(diǎn)位置必須保證準(zhǔn)確。安裝完成后須對(duì)落梁裝置進(jìn)行調(diào)試并驗(yàn)收，重點(diǎn)檢查千斤頂工況、各種連接裝置是否牢固、各種限位裝置是否安全可靠。

2.3 拆除鋼管立柱排架及蓋梁

啟動(dòng)千斤頂，將整個(gè)貝雷梁支撐體系懸吊在箱梁梁體下。此時(shí)落梁裝置成為承載貝雷梁支撐體系自重的主要結(jié)構(gòu)，完成受力體系的轉(zhuǎn)換。使用兩臺(tái)吊車(chē)分別于左右固定住鋼管立柱排架的頂部及柱身。固定完成后，在地面上鋼管柱根部的位置整排割斷并移除鋼管立柱排架。移除作業(yè)時(shí)注意不得碰撞橋梁下部結(jié)構(gòu)及落梁裝置。當(dāng)鋼管立柱排架的寬度過(guò)寬時(shí)，為保證吊裝穩(wěn)定性及安全性，需分段進(jìn)行拆除作業(yè)。鋼管立柱排架拆除的順序?yàn)椋合炔鹂缰刑?，再拆橋墩處，由跨中到梁端兩?cè)對(duì)稱(chēng)開(kāi)展拆除作業(yè)。

2.4 下放及拆除貝雷梁

利用落梁裝置進(jìn)行下放及拆除貝雷梁。落梁裝置的動(dòng)力系統(tǒng)由穿心式螺紋鋼千斤頂及上、下兩組螺紋鋼連接器組成。上連接器控制千斤頂?shù)奈灰品秶逻B接器控制螺紋鋼吊桿的位移范圍。千斤頂由工字鋼架起，工字鋼腹板之間的空間作為下連接器的操作空間。動(dòng)力系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理[3]如下：

（1）固定螺紋鋼吊桿，將上連接器上旋，并使千斤頂升起至上連接器位置停住，將主要受力構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)榍Ы镯?。此時(shí)下連接器不再承擔(dān)向下拉力，處于可調(diào)節(jié)狀態(tài)。

（2）使千斤頂保持不動(dòng)并承受吊桿拉力，將下連接器上旋。

（3）使千斤頂緩慢回油，螺紋鋼吊桿隨著千斤頂?shù)幕赜屯较蛳挛灰?，直至下連接器限位處，利用下連接器固定好螺紋鋼吊桿。此時(shí)下連接器重新成為主要受力構(gòu)件。下托架承載著貝雷梁支撐體系隨著螺紋鋼的位移同步、緩慢地下降。

（4）再將上連接器上旋，千斤頂再次升起至上連接器位置，主要受力結(jié)構(gòu)再次變?yōu)榍Ы镯?，完成一個(gè)行程循環(huán)。

重復(fù)以上過(guò)程，直至將貝雷梁下放到合適的高度，由吊車(chē)配合進(jìn)行拆除。下放工作原理圖如圖3 所示。

圖3 下放工作原理示意圖

啟動(dòng)落梁裝置，將剩余的支撐結(jié)構(gòu)下放至適當(dāng)高度，利用吊車(chē)配合拆除。落梁時(shí)必須保證各千斤頂同步工作，下放速度緩慢、勻速，每分鐘下放高度為1 cm，每次循環(huán)下降行程不得大于千斤頂最大行程的90%。下降的過(guò)程中通過(guò)測(cè)量螺紋鋼吊桿的外露長(zhǎng)度，時(shí)刻監(jiān)測(cè)下托架位移情況。因該項(xiàng)目個(gè)別聯(lián)為變截面箱梁，箱梁底板存在一定的高差，為防止下降過(guò)程中貝雷梁傾斜滑落，正式下降前先局部啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，確保各個(gè)下托架處在同一水平面上方可繼續(xù)落梁。貝雷梁落梁時(shí)，落梁作業(yè)區(qū)嚴(yán)禁通行人及車(chē)輛。

2.5 拆除鋼管立柱基礎(chǔ)、清理場(chǎng)地

該項(xiàng)目鋼管立柱基礎(chǔ)采用PHC 管樁作為地基處理，鋼管立柱的底部焊接在管樁樁帽頂預(yù)埋鋼板上。貝雷梁下放并拆除完成后，拆除落梁裝置，清理割斷的鋼管柱殘骸，將管樁拔除或回填。所有落梁相關(guān)材料均周轉(zhuǎn)至下個(gè)工點(diǎn)繼續(xù)循環(huán)使用。

3 施工注意要點(diǎn)

（1）施工前對(duì)落梁裝置受力進(jìn)行計(jì)算分析，設(shè)計(jì)落梁裝置時(shí)充分預(yù)留保險(xiǎn)系數(shù)。

（2）落梁裝置必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)收方可正式投入使用。

（3）吊點(diǎn)位置測(cè)量準(zhǔn)確，必須嚴(yán)格按照方案位置布置。如有預(yù)留孔位置確保準(zhǔn)確。

（4）下放時(shí)注意控制下放速度，各千斤頂必須同步、緩慢、勻速工作，每個(gè)循環(huán)不得超過(guò)千斤頂最大行程的90%。

（5）隨時(shí)復(fù)核下托架高差，下降的過(guò)程中必須保證所有下托架均處在同一水平面上，謹(jǐn)防貝雷梁傾斜滑落。

（6）做好危險(xiǎn)源辨識(shí)，劃分落梁作業(yè)區(qū)，作業(yè)區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁通行人及車(chē)輛。

（7）做好安全應(yīng)急預(yù)案，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)急響應(yīng)。

4 工法對(duì)比及效益分析

4.1 整體下放拆除技術(shù)與傳統(tǒng)逐層拆除方案的對(duì)比

整體下放拆除技術(shù)具有材料周轉(zhuǎn)率高、工期短、成本低、安全性高等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)逐層拆除方案對(duì)比如表1所示。

表1 兩種方案對(duì)比表

4.2 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

根據(jù)表1 中的對(duì)比分析，整體拆除下放工藝拆除一聯(lián)比傳統(tǒng)工藝節(jié)省10 天工期、節(jié)省5 人；且新工藝免去活絡(luò)頭等材料投入。以青島新機(jī)場(chǎng)高速公路TJ2 標(biāo)段項(xiàng)目為例，按3×35 m 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)（ф529×8 鋼管立柱192 根約296 t、I40a 工字鋼蓋梁36 根約85 t、321 型貝雷梁1 287片約347 t、I14 工字鋼分配梁117 根約69 t）綜合計(jì)算，每聯(lián)可節(jié)省約12.3 萬(wàn)元。大沽河內(nèi)22 聯(lián)共計(jì)節(jié)省約270萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

該工藝在青島新機(jī)場(chǎng)高速公路項(xiàng)目貝雷梁拆除中廣泛應(yīng)用，在青島地區(qū)處于領(lǐng)先地位。施工單位據(jù)此總結(jié)多項(xiàng)科技成果，承辦多次觀摩，使該工藝得到了推廣，取得了較好的社會(huì)效益。同時(shí)，從“由上至下逐層拆除”到“先下后上整體拆除”的思維轉(zhuǎn)變過(guò)程，為以后類(lèi)似困難的解決提供了參考思路。

5 結(jié)語(yǔ)

該整體下放拆除工藝，將傳統(tǒng)的“由上至下逐層拆除”施工思維轉(zhuǎn)變成“先下后上整體拆除”，有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）提高施工效率，節(jié)約工期，降低支撐體系的租賃成本。

（2）大部分工作在地面或近地面完成，安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

（3）三拼貝雷梁等材料與支撐體系所需的型號(hào)尺寸相同，故可直接周轉(zhuǎn)使用，并且免去了活絡(luò)頭等費(fèi)用，進(jìn)一步降低材料成本。

（4）大部分工作由機(jī)械裝置完成，可減少人工費(fèi)用。故該工藝可解決傳統(tǒng)貝雷梁拆除工藝的不足。綜合看來(lái)，該工藝技術(shù)難度適中，具有可操作性，成本可控，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，值得運(yùn)用及推廣。