跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:潘小虎()男陕西宝鸡人高级工程师主要从事桥梁工程研究方面的工作:.引文格式:潘小虎陈国狄小东 等.跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究.铁道建筑技术():.跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究潘小虎 陈 国 狄小东 吴新涛 窦 晗(.中铁一局集团有限公司第三工程分公司 陕西宝鸡 .南京林业大学土木工程学院 江苏南京)摘 要:为研究跨航道大跨连续箱梁桥拆除施工对大跨径变截面预应力混凝土箱梁受力性能和变形特性的影响以京沪高速公路原盐河大桥为工程背景采用有限元软件建立旧桥三维数值模型根据跨航道桥特点针对性提出 种拆除方案即先边跨后中跨方案(方案)、边跨和中跨同步拆除方案(方案)以及先中跨后边跨拆除方案(方案)并对各方案施工安全性和施工难易程度进行对比分析 结果表明先中跨后边跨拆除方案(方案)对航道通过能力影响最小可显著降低施工过程安全风险最不利受力阶段出现在桥面二期铺装和翼缘板拆除后中跨箱梁顶(底)板应力及竖向变形为全施工过程最大值关键词:公路桥梁 连续梁桥 改扩建 跨航道 拆除方案 数值模拟中图分类号:.文献标识码:./.(.):.()()().().:引言受建设标准、材料性能以及施工质量等因素的影响早期建造的部分桥梁陆续出现裂缝、钢筋锈蚀和混凝土碳化等病害 已不能满足人们日益增长的出行需求 拆除既有旧桥并在原桥位处新建桥梁能够从根本上解决交通量剧增以及荷载等级提高的难题 然而在经过多年超负荷运营后旧桥承载能力不断下降结构受力状况复杂导致拆除过程中存在极大的安全风险 由于拆除方案不当所致的安全事故频发造成了大量的人员伤亡和财产损失 旧桥拆除方法主要有爆破法、机械凿除法、快速驮运移除法以及搭设支架法等 对于跨航道桥梁而言爆破和机械凿除产生的大量混凝土碎块和钢筋极易堵塞河道严重影响航道安全 而快速驮运移除法和搭设支架法对施工环境要求高需预先在航道布置作业平台并铺设简易道路费工费时 因此应根据桥梁状态、工程需要和施工环境特点按照安全、经济和简便铁道建筑技术 ()潘小虎 等:跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究的原则选择合适的拆桥方法针对跨航道桥梁拆除施工上述四种方法均存在一定的局限性 依托京沪高速公路盐河大桥改扩建工程实现跨航道大跨连续箱梁桥的安全、快速拆除以期为类似跨航道桥梁的拆除工程提供有益参考 工程概况京沪高速公路原盐河大桥中心桩号为 桥梁全长.上跨盐河桥梁交叉角度为 跨径布置:左幅 ()()右幅 ()()大桥第二联上部结构为单箱单室变截面()连续箱梁采用三向预应力结构悬臂浇筑法施工见图 下部结构为柱式墩、肋板台、钻孔灌注桩基础 现场检测结果表明全桥技术状况良好技术状况等级评定为 类 由于跨航道处变截面连续箱梁跨径不满足航道通航规划大桥第二联拆除重建其余联双侧拼宽后改造利用图 盐河大桥第二联节段划分 施工难点()京沪高速公路是我国南北方向的交通大动脉不能完全中断车辆通行 左右两幅桥梁距离较近拆除过程中产生的混凝土碎渣不得溅落到另一幅桥面此外拆除过程振动不得过大防止噪声干扰高速公路行车司机()中跨箱梁横跨盐河河道不允许长时间封航桥梁破拆过程中不允许大体积混凝土碎块和钢筋掉落河道()盐河旧桥距离京沪高速铁路线保护区较近作业空间有限既有旧桥状况不明施工难点多技术要求高 拆除方案原盐河大桥分左右两幅先拆除左半幅右半幅正常通行 左半幅拆除后在原桥位建造新盐河大桥 待左幅新桥建成并通车后拆除右幅旧桥并在原址建造新桥 结合预应力混凝土连续梁桥特点以及现场环境制定 个拆除方案 方案:先边跨后中跨拆除法方案:边跨和中跨同步拆除法方案:先中跨后边跨拆除法方案采用履带吊拆除边跨箱梁后再拆除中跨合龙段此时连续梁桥结构体系变成悬臂结构存在向中跨一侧倾覆的巨大风险 布置浮吊和履带吊同步拆除边跨和中跨的方法可以大幅缩短现场施工时间减少封航时间但方案 存在沿顺桥向一侧倾覆的安全隐患实施方案前箱梁和墩柱之间用 混凝土填充密实增加抗倾覆能力 切割前用 浮吊向上起吊中跨合龙段(见图)使用金刚石绳锯将合龙段与 节段分离再按逆序法依次将变截面箱梁节段切割用浮吊将合龙段和变截面节段吊至驳船后运输至岸边(见图)待中跨拆除完毕边跨采用炮机原位凿除 综上先中跨后边跨的拆除方案(方案)对盐河航道影响最小施工难度小可有效降低拆除过程中的安全风险图 拆除中跨合龙段 图 箱梁拆除全景为保证边跨箱梁拆除过程的安全性首先在边跨箱梁下方搭设钢管支架采用 钢管桩每组两排每排两根钢管桩钢管桩横向间距为.纵向间距为 两组间距 钢管桩组与组之间设置一道剪刀撑钢管桩横向等间距设置 横撑横撑间设置 斜撑 每排钢管架顶部设置双拼 工字钢作为垫梁其上设置楔形钢垫板支垫使分配梁与箱梁底部密贴 有限元分析.模型建立利用 软件建立全桥有限元模型(见图)混凝土箱梁、墩柱和膺架均采用梁单元模拟 全桥共 个梁单元其中箱梁、墩柱和膺架分别为 个、个和 个单元 原桥采用 混凝土建造根据混凝土回弹仪检测结果混凝土强度为 预应力筋采用直径为.高强度低松弛钢绞线抗拉强度标准值为 大多数预应力连续梁桥常年处于超载运营状态由于预应力筋松弛、锚具变形、夹片回缩以及预应力筋锈蚀预应力随时间推移不断损失进而使得铁道建筑技术 ()潘小虎 等:跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究梁体下挠和开裂考虑预应力损失折减系数为 现场检测发现裂缝主要出现于腹板处部分钢筋裸露因而考虑截面刚度折减系数为.自重通过单元体积与密度自动计算混凝土自重取 /挂篮荷载和二期恒载分别按.和./考虑 忽略承台影响墩底采用固定连接主梁与墩柱采用弹性连接模拟临时固定及支座连接 膺架与边跨梁单元的连接采用弹性连接模拟膺架底部采用固定连接图 主桥模型.施工阶段划分根据方案盐河大桥第二联共 个拆除施工步骤见表 为降低全桥拆除过程中的变形值和应力水平首先拆除桥梁两侧的栏杆、铣刨桥面沥青铺装并切除翼缘板等附属物以减轻桥梁自重 边跨梁底预设的钢管桩支撑能够充分保证箱梁的安全因此仅研究中跨段拆除过程的安全性表 第二联拆除步骤工况工序(工况)拆除栏杆、沥青铺装层及翼缘板释放中跨预应力搭设边跨支架拆除中跨合龙段 依次拆除中跨 节段拆除边跨合龙段释放边跨预应力 拆除边跨支架现浇段及 块拆除 号和 号墩的 块.正截面应力已有研究表明混凝土收缩和徐变在 年左右基本稳定 原盐河大桥自建成通车距今已 年拆除前与建成 年时的混凝土收缩和徐变差别可忽略 拆除前初始状态包括材料特性、截面刚度和预应力损失等是准确预测桥梁拆除过程线形变化和最不利状况的关键 按照先边跨后中跨的悬臂施工顺序建立盐河大桥模型然后将经历 年收缩和徐变的状态作为拆桥前的初始状态 第二联()为对称结构因此仅对左边跨和/中跨进行分析 图 为运营阶段箱梁顶板和底板的应力云图 位于桥墩处的箱梁顶(底)板处于低应力水平靠近跨中处应力水平较高最大应力出现在中跨 块图 运营阶段箱梁应力云图待栏杆、沥青铺装层及翼缘板拆除后在边跨箱梁底部搭设满堂膺架辅助支撑箱梁的安全性能够得到充分保障 中跨箱梁横跨河道因而无法布置钢管桩支撑采用浮吊拎吊拆除 整个拆除过程中跨中正截面最不利阶段出现在桥面二期铺装和翼缘板拆除后截面上、下缘压应力最大值分别为.和 (见图)未超过混凝土极限压应力而运营阶段分别为 和.增幅分别为.和 随拆除施工进行桥梁自重荷载逐渐减小箱梁顶板和底板正截面应力水平持续降低图 工况 箱梁应力云图.竖向变形桥梁拆除过程伴随着体系转换各跨箱梁的受力状态随之发生改变由此诱发的过大竖向变形甚至可能危及结构安全 通过分析不同拆除阶段下的箱梁节段变形从而找出最不利工况 图 为盐河大桥运营 年后的竖向变形云图 一般而言块变形最小靠近 块的部分节段发生了一定的下挠以中跨的 节段为主 靠近合龙段的箱梁同样出现明显上挠边跨和中跨的合龙段上挠值分别为.和.过铁道建筑技术 ()潘小虎 等:跨航道预应力连续梁桥拆除施工方案研究大上挠变形会影响桥梁平顺性进而导致车辆通过时发生颠簸甚至危及行车安全图 运营阶段主梁位移云图以中跨节段为例拆除桥面铺装、栏杆及部分翼缘板等附属物后桥梁自重荷载显著减小但此时预应力仍保持不变因而桥面产生上拱 块的挠度值变化最小距离合龙段越近挠度增幅越明显 合龙段挠度值从运营阶段的.迅速增至.增幅达.释放中跨预应力后(工况)箱梁各节段上挠值明显下降平均降幅为.搭设边跨支架前后(工况)箱梁各节段的变形可忽略不计(见表)表 中跨节段竖向挠度工况块块块块块块块块块.中跨合龙块拆除后结构体系由连续梁转变为悬臂梁越靠近悬臂端位置挠度值变化越大 各箱梁节段始终发生上挠因而不会发生倾覆结构始终处于安全状态 块右侧截面挠度值由.增加到.(见图)增幅为 越靠近 块影响较小 合龙段拆除后待拆节段与前一节段的挠度值相比几乎无变化趋于稳定图 拆除合龙段的主梁位移云图 结束语()依据工程实际本文提出先边跨后中跨拆除法(方案)、边跨和中跨同步拆除法(方案)以及先中跨后边跨拆除法(方案)边跨搭设膺架中跨绳锯切割后用浮吊吊装拆除待中跨拆除完毕边跨采用炮机原位凿除的方法(方案)施工难度小安全风险低()桥墩处箱梁顶(底)板历经 年运营后仍处于低应力水平靠近跨中部位应力水平较高最大应力出现在中跨 块处()整个拆除过程中跨中正截面最不利阶段出现在桥面二期铺装和翼缘板拆除后箱梁顶板和底板正应力最大值分别为.和 ()原盐河大桥边跨和中跨合龙段在运营阶段均发生了上挠现象分别为.和.拆除桥面铺装、切割翼缘板以及拆除合龙段等施工步骤均导致箱梁出现明显上挠参考文献 刘大洋黄文韬斯新华等.桥梁病害智能诊断与养护决策系统研究.公路交通技术():.黄贤智.基于病害发展状况的桥梁检查评估模型应用.中外公路():.杜元.基于大数据的装配式小箱梁桥病害发展规律及原因分析.中外公路():.胡秀军张毅.高速公路桥梁病害机理及防治研究.公路交通科技(应用技术版)():.郑元勋郭慧吉谢宁.基于统计分析的桥梁坍塌事故原因剖析及预防措施研究.中外公路():.彭卫兵沈佳栋唐翔等.近期典型桥梁事故回顾、分析与启示.中国公路学报():.赵少杰唐细彪任伟新.桥梁事故的统计特征分析及安全风险防控原则.铁道工程学报():.王枫吴华勇赵荣欣.国内外近三年桥梁坍塌事故原因与经验教训.城市道桥与防洪():.周林刚李良军.桥梁拆除施工安全技术.施工技术(中英文)():.张万国.跨铁路繁忙干线既有桥梁拆除关键技术研究.铁道建筑技术():.姚正斐.中承式单肋拱桥绿色拆除施工技术研究.铁道建筑技术():.刘永健唐志伟肖军等.大跨度预应力混凝土桥智能拆除技术现状与展望.建筑科学与工程学报():.袁鑫朱超宇郑伟.梁桥绳锯切割拆除方案优化研究与数值模拟分析.公路():.刘成章.预应力混凝土连续箱梁桥拆除方法及其结构分析研究.重庆:重庆交通大学.朱超宇袁鑫田石柱.跨高速公路连续梁桥拆除施工方案研究.世界桥梁():.朱世峰朱慈祥陈亮.大净高跨线桥快速拆除技术.世界桥梁():.铁道建筑技术 ()