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[摘 要] 大跨度钢管混凝土拱桥的主要受力特征是推力结构,拱脚处的地基水平位移直接影响拱肋的截面内力。拱桥设计时,虽然使用阶段的拱脚水平变形可以通过适当的结构措施防止,但施工期间受到施工条件和施工成本的限制,有时无法保证水平推力相互平衡。本文基于拱桥的特性,对贵州境内某大跨度钢管混凝土拱桥的无支架拆除施工进行了相关研究。
[关键词] 拱桥 无支架 大跨度 施工
一、工程概述
贵州境内某大跨度钢管混凝土拱桥的混凝土强度等级为C50,防撞墙、遮板、电缆槽等混凝土强度等级为C40。预应力钢筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线,采用自锚式拉丝体系锚具,管道形成才金属波纹管成孔。
针对该大跨度钢管混凝土拱桥的支架拆除问题,我们分析了不同落架顺序对混凝土拱肋变形和应力的影响,提出合理的施工方案指导施工。例如拱桥在落架过程中的结构内力与落架顺序有关,采用同时落架的拆架方法对结构安全比较有利,如采用中间向两侧对称落架或者一侧向另一侧依次落架,拱肋截面将会产生较大的拉应力,影响结构的施工安全性。但后来经过计算,若采用有支架施工方案进行拆除,河床硬质岩层支架桩基施工极为困难;同时支架搭设工作量大、工期长、成本投入高等不利因素。据此专家会议推荐采取有风险、但采取措施可以克服的无支架人工拆除与爆破相结合的主跨桥拱无支架爆破拆除施工技术方案。
二、施工方案
该拆除主体方案分二个阶段:
第一阶段利用主拱的支撑作用,分部位完成拱上建筑拆除作业;
第二阶段对工字形砼主肋结构,采用爆破作业一次性拆除,再用浮船打捞,无须支架搭设作业;
该方案优点:
1、大大压缩支架施工对航运影响时间,加快了施工速度;
2、解决了采用支架法基础施工和支架稳定的难题;
3、节省大量支架材料减少了成本,缩短了工期。
缺点:
1、拆除过程中需严格控制拱轴线变形偏差,有一定的风险;
2、拆除过程中,必须随时测量主拱变形及各关键部位的裂缝观察,以调整上部结构纵、横向的施工顺序与进度。
三、施工程序与技术
施工程序分为三个阶段五个步骤:
第一阶段拱上建筑结构拆除
1、人工配合小型凿岩机等对称拆除桥面系结构;
2、用浮吊配合对称拆除拱肋上立柱横梁等拱上建筑结构部分;
第二阶段主肋拆除
3、采用爆破法一次拆除裸露五道主拱肋;
4、用吊船和打捞船打捞落入河中的砼渣块及外运;
第三阶段组合式桥台的拆除
5、拆除岸上组合式桥台及附属结构。
重点要求在第一阶段拆桥全过程中,保证其主拱结构完整可靠,为此必须采取措施严格的拆桥工艺措施和主拱变形测控措施。
(一)桥面系拆除顺序
1、拱上建筑桥面系拆除顺序:
拆除旧桥两侧栏杆--拆除人行道板--拆除沥青砼面层--桥面结构分割成条块
2、桥面附属结构物拆除
桥面附属结构物主要有两侧栏杆、人行道板等。由于附属设施重量较轻,且拆除附属设施时桥梁整体刚度未减小,此时桥梁结构是安全的。为加快施工进度,考虑全桥范围内纵横对称拆除。拆除卸载顺序按左右对称、桥跨两侧对称进行,技术人员按构件顺序编号控制。沥青砼面层用小型凿岩机配合挖机进行拆除,由桥梁中心部位向两岸进行。
(二)拱上建筑结构拆除顺序及工艺
1、桥主肋拱立柱腹拱板连拱水平约束设置
该桥腹拱板接头处设有嵌固砼过渡梁连接,腹拱板是支撑在立柱元宝型盖梁上,各孔间腹拱板相当于连拱结构。在拆除桥面砼时,约9m高架立柱将受腹拱板及微弯板基层砼和桥面荷载作用产生水平推力,据原桥设计专家介绍,其水平推力相当于上部恒载的2倍。
2、分条块对称拆除腹拱板、微弯板及填充砼
桥面基层砼是现浇在微弯板上,将微弯板与腹拱板粘接在一起的;腹拱板彼此之间在支座、跨中有三道横向连系梁,构成稳定支撑体系。故采用小型凿岩机退步沿微拱板中央(顶部)将桥面整体结构,沿顺桥向解体分成五条;对腹拱板沿盖梁支座处的联系,用人工沿顺桥向凿除分割成15块。然后将现浇砼基层、部分微板与腹拱板捆绑用浮吊对称卸载。由于其重量大,拆除后使得桥梁整体刚度减小,故拆除与卸载顺序非常重要。
3、腹拱板板下元宝型盖梁与立柱拆除拆除
在立柱之間用利用钢管脚手作业平台,将元宝型盖梁解体,横梁与立柱成T字单元,用浮吊将其吊起;风镐凿除立柱底部混凝土,气割割开连接钢板后,移运到岸边。拆除顺序同上,要求对主肋变形及时进行测控。
4、拆桥过程每天三次对中拱肋卸载变形进行测控,拆除上部结构过程中,使主拱轴线与设计轴线尽可能少地偏离。如出现变形异常,立即停工研究调整方案等措施,必要时进行局部加固。
1)标高观测点布置:同一拱肋在两侧L/4处设两个观测点、1/2处一个观测点;拱桥两边拱肋均要求进行观测拱圈标高变化。
2)裂缝观测点:拱顶及1/4处拱肋布置两个观测点,主要观测立柱上下端主拱肋变形情况,不出现明显结构裂缝。
3)横向位移观测点:在两片边肋位置布设2个观测点,用经纬仪观测测量拱肋的横向位移。
4)观测标准与控制
(1)标高变形观测:
A)在1/2处、1/4跨径处,主拱不超过3cm;
B)桥跨两侧不对称沉降差≤1.5cm,以控制两侧施工进度。
C)在1/2处、1/4跨径处,主拱上拱不超过2cm。
(2)温度对拱圈影响观测:
由于该桥跨度较大,昼夜温差对主拱肋的标高影响可能较大,拱顶变形在10~15mm。而拱圈标高变形观测标准要求又较高,为消除其对观测指标的影响,在该桥拆除前一天早7时,中午12时、晚18时对每一条肋L/4、L/2三处观测点进行标高观测及拱肋裂缝观测并记录在案以供分析。
在栏杆、人行道和桥面沥青砼拆除中,每天也按同时段进行观测并记录。在实际拆桥过程中,主拱变形观测均未超过上述标准也未出现明显裂缝。
5)主拱肋拆除施工时拱肋变观测
桥面拆除主拱肋竖向观测变形汇总表:+为上拱、-为下挠;单位:mm
拱轴顺桥向无位移。
第二阶段主拱肋拆除时,采用一次爆破法,用7天进行爆破物的水下打捞工作,并完成航道清理工作。
1、拱肋爆破拆除施工
五道主拱肋采用一次性整体爆破拆除法。
爆破方法采用加强松动爆破的方式将拱桥主拱圈松动,使桥梁整体失稳并解体塌落于河中。顺桥向按每根主肋按立柱间距约6.5m进行分段,每处爆破点顺桥向打4个爆破孔,孔深1.3m,间距0.3m;联系梁两端各打1个孔;实现主肋砼与钢筋分离和切断联系梁钢筋,便于逐节打捞。
单孔装药量:Q=k*a*b*l;爆破单耗取1kg/m3;即单孔装药量为0.2kg。要求爆破的切口大于梁高,确保主肋砼与钢筋的分离和钢筋的有效联系;主肋上的横向联系梁的砼与钢筋完全切断,以便于爆破物的逐节打捞工作顺利。
2、拱肋爆破与砼块打捞
人工切断拱脚处拱肋与基础间的钢筋联系,主肋每段自重约10t;用浮吊船(30t)吊起第一段主肋出水,第二段尚在水中河床上,扣除水中浮力影响,此时吊载约计15t,可以进行水上切割分块作业。然后再用浮吊船打捞第二段……;由于爆破效果较好,未进行水下切割作业,主肋砼块段逐节打捞切割顺利,清除至全部落入水中拱肋爆破障碍物。
3、爆破施工安全措施
由于爆破施工专业性强,安全影响大,在实际施工中,聘请了有专业的爆破经验与资质的施工队伍进行施工。对邻近正在通行的桥梁结构采取了双层草袋履盖防护措施,并严格控制装药量防止爆炸半径的扩张;为杜绝对交通的安全影响,我们安排在凌晨3点实施施工现场影响范围内的全封闭清场爆破作业。
四、结束语
在实际施工中,经过精心组织、密切协调、统一指挥、严格测控,安全、有序、迅捷地完成了大跨度钢管混凝土拱桥拆除施工任务,为建设新桥创造了条件,施工中未出现任何异常情况,实现安全无事故按期安成的生产目标,并为今后大跨径拱桥的拆除施工提供了有益经验。
参 考 文 献
[1] 许福友,张建仁,郝海霞;钢管混凝土拱桥的拱肋稳定性可靠度分析[J];长沙交通学院学报;2004年01期
[2] 周水兴;钢管初应力对钢管混凝土拱桥承载力的影响研究[D];重庆大学;2007年
[3] 黄文金,彭桂瀚,陈宝春,陈宜言,何晓辉,孙潮;下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥受力分析[J];福州大学学报(自然科学版);2004年02期■
[关键词] 拱桥 无支架 大跨度 施工
一、工程概述
贵州境内某大跨度钢管混凝土拱桥的混凝土强度等级为C50,防撞墙、遮板、电缆槽等混凝土强度等级为C40。预应力钢筋采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线,采用自锚式拉丝体系锚具,管道形成才金属波纹管成孔。
针对该大跨度钢管混凝土拱桥的支架拆除问题,我们分析了不同落架顺序对混凝土拱肋变形和应力的影响,提出合理的施工方案指导施工。例如拱桥在落架过程中的结构内力与落架顺序有关,采用同时落架的拆架方法对结构安全比较有利,如采用中间向两侧对称落架或者一侧向另一侧依次落架,拱肋截面将会产生较大的拉应力,影响结构的施工安全性。但后来经过计算,若采用有支架施工方案进行拆除,河床硬质岩层支架桩基施工极为困难;同时支架搭设工作量大、工期长、成本投入高等不利因素。据此专家会议推荐采取有风险、但采取措施可以克服的无支架人工拆除与爆破相结合的主跨桥拱无支架爆破拆除施工技术方案。
二、施工方案
该拆除主体方案分二个阶段:
第一阶段利用主拱的支撑作用,分部位完成拱上建筑拆除作业;
第二阶段对工字形砼主肋结构,采用爆破作业一次性拆除,再用浮船打捞,无须支架搭设作业;
该方案优点:
1、大大压缩支架施工对航运影响时间,加快了施工速度;
2、解决了采用支架法基础施工和支架稳定的难题;
3、节省大量支架材料减少了成本,缩短了工期。
缺点:
1、拆除过程中需严格控制拱轴线变形偏差,有一定的风险;
2、拆除过程中,必须随时测量主拱变形及各关键部位的裂缝观察,以调整上部结构纵、横向的施工顺序与进度。
三、施工程序与技术
施工程序分为三个阶段五个步骤:
第一阶段拱上建筑结构拆除
1、人工配合小型凿岩机等对称拆除桥面系结构;
2、用浮吊配合对称拆除拱肋上立柱横梁等拱上建筑结构部分;
第二阶段主肋拆除
3、采用爆破法一次拆除裸露五道主拱肋;
4、用吊船和打捞船打捞落入河中的砼渣块及外运;
第三阶段组合式桥台的拆除
5、拆除岸上组合式桥台及附属结构。
重点要求在第一阶段拆桥全过程中,保证其主拱结构完整可靠,为此必须采取措施严格的拆桥工艺措施和主拱变形测控措施。
(一)桥面系拆除顺序
1、拱上建筑桥面系拆除顺序:
拆除旧桥两侧栏杆--拆除人行道板--拆除沥青砼面层--桥面结构分割成条块
2、桥面附属结构物拆除
桥面附属结构物主要有两侧栏杆、人行道板等。由于附属设施重量较轻,且拆除附属设施时桥梁整体刚度未减小,此时桥梁结构是安全的。为加快施工进度,考虑全桥范围内纵横对称拆除。拆除卸载顺序按左右对称、桥跨两侧对称进行,技术人员按构件顺序编号控制。沥青砼面层用小型凿岩机配合挖机进行拆除,由桥梁中心部位向两岸进行。
(二)拱上建筑结构拆除顺序及工艺
1、桥主肋拱立柱腹拱板连拱水平约束设置
该桥腹拱板接头处设有嵌固砼过渡梁连接,腹拱板是支撑在立柱元宝型盖梁上,各孔间腹拱板相当于连拱结构。在拆除桥面砼时,约9m高架立柱将受腹拱板及微弯板基层砼和桥面荷载作用产生水平推力,据原桥设计专家介绍,其水平推力相当于上部恒载的2倍。
2、分条块对称拆除腹拱板、微弯板及填充砼
桥面基层砼是现浇在微弯板上,将微弯板与腹拱板粘接在一起的;腹拱板彼此之间在支座、跨中有三道横向连系梁,构成稳定支撑体系。故采用小型凿岩机退步沿微拱板中央(顶部)将桥面整体结构,沿顺桥向解体分成五条;对腹拱板沿盖梁支座处的联系,用人工沿顺桥向凿除分割成15块。然后将现浇砼基层、部分微板与腹拱板捆绑用浮吊对称卸载。由于其重量大,拆除后使得桥梁整体刚度减小,故拆除与卸载顺序非常重要。
3、腹拱板板下元宝型盖梁与立柱拆除拆除
在立柱之間用利用钢管脚手作业平台,将元宝型盖梁解体,横梁与立柱成T字单元,用浮吊将其吊起;风镐凿除立柱底部混凝土,气割割开连接钢板后,移运到岸边。拆除顺序同上,要求对主肋变形及时进行测控。
4、拆桥过程每天三次对中拱肋卸载变形进行测控,拆除上部结构过程中,使主拱轴线与设计轴线尽可能少地偏离。如出现变形异常,立即停工研究调整方案等措施,必要时进行局部加固。
1)标高观测点布置:同一拱肋在两侧L/4处设两个观测点、1/2处一个观测点;拱桥两边拱肋均要求进行观测拱圈标高变化。
2)裂缝观测点:拱顶及1/4处拱肋布置两个观测点,主要观测立柱上下端主拱肋变形情况,不出现明显结构裂缝。
3)横向位移观测点:在两片边肋位置布设2个观测点,用经纬仪观测测量拱肋的横向位移。
4)观测标准与控制
(1)标高变形观测:
A)在1/2处、1/4跨径处,主拱不超过3cm;
B)桥跨两侧不对称沉降差≤1.5cm,以控制两侧施工进度。
C)在1/2处、1/4跨径处,主拱上拱不超过2cm。
(2)温度对拱圈影响观测:
由于该桥跨度较大,昼夜温差对主拱肋的标高影响可能较大,拱顶变形在10~15mm。而拱圈标高变形观测标准要求又较高,为消除其对观测指标的影响,在该桥拆除前一天早7时,中午12时、晚18时对每一条肋L/4、L/2三处观测点进行标高观测及拱肋裂缝观测并记录在案以供分析。
在栏杆、人行道和桥面沥青砼拆除中,每天也按同时段进行观测并记录。在实际拆桥过程中,主拱变形观测均未超过上述标准也未出现明显裂缝。
5)主拱肋拆除施工时拱肋变观测
桥面拆除主拱肋竖向观测变形汇总表:+为上拱、-为下挠;单位:mm
拱轴顺桥向无位移。
第二阶段主拱肋拆除时,采用一次爆破法,用7天进行爆破物的水下打捞工作,并完成航道清理工作。
1、拱肋爆破拆除施工
五道主拱肋采用一次性整体爆破拆除法。
爆破方法采用加强松动爆破的方式将拱桥主拱圈松动,使桥梁整体失稳并解体塌落于河中。顺桥向按每根主肋按立柱间距约6.5m进行分段,每处爆破点顺桥向打4个爆破孔,孔深1.3m,间距0.3m;联系梁两端各打1个孔;实现主肋砼与钢筋分离和切断联系梁钢筋,便于逐节打捞。
单孔装药量:Q=k*a*b*l;爆破单耗取1kg/m3;即单孔装药量为0.2kg。要求爆破的切口大于梁高,确保主肋砼与钢筋的分离和钢筋的有效联系;主肋上的横向联系梁的砼与钢筋完全切断,以便于爆破物的逐节打捞工作顺利。
2、拱肋爆破与砼块打捞
人工切断拱脚处拱肋与基础间的钢筋联系,主肋每段自重约10t;用浮吊船(30t)吊起第一段主肋出水,第二段尚在水中河床上,扣除水中浮力影响,此时吊载约计15t,可以进行水上切割分块作业。然后再用浮吊船打捞第二段……;由于爆破效果较好,未进行水下切割作业,主肋砼块段逐节打捞切割顺利,清除至全部落入水中拱肋爆破障碍物。
3、爆破施工安全措施
由于爆破施工专业性强,安全影响大,在实际施工中,聘请了有专业的爆破经验与资质的施工队伍进行施工。对邻近正在通行的桥梁结构采取了双层草袋履盖防护措施,并严格控制装药量防止爆炸半径的扩张;为杜绝对交通的安全影响,我们安排在凌晨3点实施施工现场影响范围内的全封闭清场爆破作业。
四、结束语
在实际施工中,经过精心组织、密切协调、统一指挥、严格测控,安全、有序、迅捷地完成了大跨度钢管混凝土拱桥拆除施工任务,为建设新桥创造了条件,施工中未出现任何异常情况,实现安全无事故按期安成的生产目标,并为今后大跨径拱桥的拆除施工提供了有益经验。
参 考 文 献
[1] 许福友,张建仁,郝海霞;钢管混凝土拱桥的拱肋稳定性可靠度分析[J];长沙交通学院学报;2004年01期
[2] 周水兴;钢管初应力对钢管混凝土拱桥承载力的影响研究[D];重庆大学;2007年
[3] 黄文金,彭桂瀚,陈宝春,陈宜言,何晓辉,孙潮;下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥受力分析[J];福州大学学报(自然科学版);2004年02期■