高速公路上预应力连续梁天桥拆除施工技术
谢中文
北车建设工程有限责任公司 北京 丰台 100078 摘要：旧桥拆除是一项技术难度大、安全风险高的施工工程。其中在既有高速公路上进行旧桥拆除，“拆”比“建”难显得尤为突出。本文结合太原西北环高速上三座天桥的拆除工程，介绍现浇预应力连续梁桥的拆除施工技术，可为我国相似桥梁拆除提供参考。
关键词：桥梁拆除 预应力连续梁桥 施工技术
1 工程概况 1.1 总概况
平阳高速公路太原枢纽为三位一体复合式枢纽互通，用以连接已通车原太高速公路和太原西北环高速、及新建平阳高速公路，实现三条高速公路交通量的转换。工程涉及三座上跨西北环高速既有天桥拆除施工。
1.2 天桥概况
北山头村1号、2号天桥：两座天桥上部结构为14+28+14m预应力连续箱梁，梁高1.6m，翼缘板悬臂长度1.5m，桥面宽为6.5m，墩柱为直径1.4m圆柱，高为5~8m；桥台为桩柱桥台。桥面距既有高速路面分别为6.5m和8m，桥梁及墩柱混凝土合计为326.8m3。
北山头村3号天桥：该桥上部结构为20+28+20m预应力连续箱梁，梁高1.6m，翼缘板悬臂长度1.5m，桥面宽为6.5m，墩柱截面为1.4×1.5m矩形墩柱，高为20m；桥台为桩柱桥台。桥面距既有高速路面21m，桥梁及墩柱混凝土合计为423.6m3。桥梁南侧桥头3m处有一座500KV的超高压电塔。
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高速公路预应力连续梁天桥拆除施工技术
2 拆除方案比选
三座天桥上跨西北环高速，该高速公路交通流量大，不允许发生任何安全事故。为保证交通行车安全及缩短交通影响时间，采取全封闭高速公路一天，快速完成三座天桥拆除工作。
目前国内拆除跨线桥梁主要方法有：机械破碎法、机械切割吊运法、控制爆破辅以机械清运法等施工方法，其中控制爆破辅以机械清运法和机械拆除法等两种方法能满足本工程的需要。
控制爆破辅以机械清运法是采用炸药炸断墩柱从而让桥梁整体坍塌、落至铺以素土的路面上，再采用机械破碎、清运出场的施工方法。
机械破碎法是采用液压剪、破碎锤等机械分部、分段、分跨对桥梁破碎成小块落至路面上，再清运出场的施工方法。
考虑到在北山头村3号天桥南侧桥台距离高压线铁塔仅3m，且西北环高速公路中央分隔带埋设有通信光缆和电缆，如采用控制爆破桥梁整体坍塌的施工方法，存在对铁塔及光、电缆造成损伤的安全隐患；同时两种方法的拆除费用相差不大。所以，三座天桥采用机械破碎法拆除。两种施工方案的优缺点见下表：
方案比选
序号 方案 施工工艺 工期 较短 费用 一般 安全系数 高 分部分段分跨机械粉碎机械全粉碎1 桥梁，地面机械拆除、清法 运出场 控制爆破辅爆破桥梁整体坍塌，地面2 以机械清运机械拆除、清运出场 法
3、施工方法 3.1、施工原则
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短 一般 低
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（1）拆除原则：“先上后下，先外后内”的拆除方法。 （2）统筹考虑，统一指挥，细化工序，责任到人。 （3）安全第一，按章施工，各司其职，勿忘安全。 3.2 拆除机械介绍
（1）加长臂液压剪:日立450液压剪为国内大型、先进拆除机械设备，其作业有效高度为25米。其前部剪头装置犹如一把剪刀，利用前部反转装置可自由转动剪头开口方向，能将砖墙、混凝土及钢筋剪断拆除，不留任何大块混凝土及墙体。在剪口后端镶有20cm长的刀口，可直接切断钢筋和钢板。拆除施工具有安全、快捷、高效等优点。
（2） 液压锤：液压锤具有拆除与破碎的功能，是拆除8.0米以下建筑或构筑物的理想机械。液压锤的工作原理是将液压能转化为机械能。
3.3、拆除顺序：
总体拆除顺序：先拆除中跨，将连续梁转换成简支梁，再拆除边跨。
中跨拆除顺序：防撞墙拆除→翼板拆除→顶板拆除→腹板拆除→底板拆除→桥墩拆除→渣土外运。
边跨拆除顺序：防撞墙拆除→翼板拆除→顶板拆除→（中跨拆除完毕后）中部腹板和底板剪断→落至边坡破碎砼→桥墩拆除→渣土外运。
3.4、施工步骤及方法
三座天桥均为三跨预应力混凝土连续箱梁，箱梁截面形式相同，不同之处在于1号和2号天桥边跨为14m，3号天桥边跨为20m，所以拆除顺序及步骤基本相同，具体步骤及方法如下：
第一步，用钢板将全部支座上下钢板焊接，在梁体和桥台用
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水钻打眼，用钢丝绳将粱端头和桥台连接，防止梁体溜滑至公路。
第二步，在交警配合下全封闭交通，人工拆除高速路面护栏，迅速在桥位投影西北环高速各宽出2m范围垫填2m高素土，其中中央分隔带先铺垫10mm钢板再垫填素土；同时人工氧气、乙炔切割拆除天桥两侧防护栏杆、防抛网、广告牌等桥面附属。
垫土方范围为待拆除天桥投影在高速路面且两侧加宽2米范围，土方采用压路机进行压实，夯实厚度不小于2米，避免天桥的坍塌冲击砸坏高速公路路面。
第三步，25米液压剪机械从施工便道进场，在天桥两侧各设一台，同步对称拆除全桥防撞护栏。清运同步跟进，及时清理现场。
第四步，紧跟第三步，两侧对称拆除全桥翼缘板，应尽量剪碎混凝土，避免大块混凝土直接掉入路面。翼缘板剪除后桥梁截面成矩形状。
第五步，采用冲击锤在顶板开天窗，两台液压剪再从第2跨跨中反向逐跨剪碎顶板混凝土。桥梁截面成“U”形状。
第六步，两台液压剪同步对称剪碎第2跨范围内腹板混凝土（保留中横梁），剪碎混凝土的过程中保留腹板钢筋及钢绞线，待整跨均剪碎后，由于钢绞线由曲线状态变成直线状态，应力松弛，剪碎混凝土的过程即为卸力过程，最后左右对称剪断钢绞线和钢筋。
在拆除的过程中，随时观察预应力的变化情况，一旦出现应急情况，立刻停止施工，解除危险后，方可继续施工。
第七步，两台液压剪同步对称剪碎第2跨范围内底板混凝土（保留中横梁），钢绞线处理方式同第六步，严禁直接将桥梁断开。此时，三跨连续梁转换成独立的2跨简支梁。
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第八步，两台液压剪同步对称剪碎第1、3跨跨中“U”型截面的腹板和底板，简支梁从跨中折断整体坍塌落至公路边坡上。最后采用冲击锤破碎混凝土并清运出场。
第九步，采用破碎锤拆除1号、2号墩柱及0号、4号桥台，清至原地面标高。拆除遵循从上而下的原则，先将其外部混凝上拆除，再将内部进行拆除，桥墩拆除自然地平。
第十步，人工恢复安装高速路面护栏，清扫干净路面，在交警指导下恢复高速交通。
4、拆除过程不同工况的验算
考虑到箱梁的顶板、腹板及底板均设有预应力束，故施工时按照顶板、腹板、底板的拆除顺序进行；拆除顶板时部分预应力束卸力，拆除腹板后剩下的预应力束卸力，故底板拆除前，顶板和腹板的预应力束已全部卸力，对箱梁的整体稳定性基本不会造成影响，底板拆除总体平稳安全。拆除过程中，要保持预应力钢束的整体性，不得切断，应待全部卸力后，再切断。
在进行第七步之前的所有施工中，由于腹板及底板始终没有拆除，同时设有中、端横梁及中隔板，桥梁截面为“U”型；桥梁自重减少到不足原设计的50%，故桥梁的整体及局部都处于稳定安全状态，不需单独进行验算。而在完成第七步施工后，即连续梁第2跨在跨中被剪断，此时连续梁转换成悬臂梁结构（悬臂为钢筋），桥梁整体抗倾覆能力最差，需进行受力验算。最不利工况力学模型如下图所示：
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（1）梁体整体抗倾覆验算
为了安全考虑，液压剪对混凝土箱梁的动力保守按采用YC2800型混凝土液压冲击镐的工作情况进行验算，工作压力取16MPa，冲击镐镐头的横截面积为3.14 × 0.052＝0.00785m2（冲击镐直径10cm），所以，冲击镐的侧压力为16MPa ×0.00785＝125.6Kn；
当冲击镐打击砼箱梁腹板外边缘时，最大作用力至支点轴线距离为2.18m，产生的倾覆力矩为：M＝125.6 ×2.18=273.808Kn.m
“U”型截面面积为1.84m2，钢筋混凝土重度取26Kn/m3，梁体自重G=1.84 × 26 × 26=1243.84 Kn；
梁体重心距支点轴线的距离为0.4m；
梁体抗倾覆力矩为M0＝1243.84 × 0.4＝497.84Kn.m； M0/ M=1.82＞1.3,抗倾覆验算通过。 （2）梁体抗侧向滑移能力验算
梁体重心与2#支座距离为1m，故2#墩顶支座反力F=13G/14=1154.99Kn；
橡胶支座与混凝土之间的摩擦系数取0.3； 侧向抗滑移力P=0.3×1154.99=346.50KN； 侧向冲击力F＝16 ×3.14 × 0.052=125.6KN； P>F,抗侧滑验算通过。 5、施工注意事项
（1）、协调交通主管部门、道路产权单位及当地政府等各方关系，保障拆除方案顺利实施。
（2）、对拆除范围内的各种管线、管道采取迁移或保护方案。 （3）、提前做好拆除施工所必要的临时水源及夜间照明用电源。
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（4）、分析拟拆桥梁设计结构，细化施工组织设计，制定技术措施，做好生产技术准备工作。
（5）、编制拆除环保方案、安全施工方案及应急预案。采取防止扬尘措施，满足文明施工要求。应急物资备足备全，必要时进行应急演练。
（6）、编排值班表，实行领导带班制，做好职工和工人吃饭、休息等后勤工作。
6 结论
在整个旧桥拆除施工中，安全始终可控并按既定的施工进度完成了拆除任务，获得了业主和交警部门的认可。本次旧桥成功拆除，得益于前期科学合理的选用施工方法并对各种工况进行分析及受力计算，得益于实施过程中精心组织、严控安全。希望能给今后类似工程提供参考与借鉴。
主要参考文献
[1] 《简明施工计算手册》，江正荣，朱国梁编著，中国建筑工业出版社，2005
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