姚正斐

(中铁二十二局集团有限公司 北京 100043)

1 引言

随着交通强国建设战略的实施，一批城市老旧桥梁升级改造刻不容缓。在交通量的增加、荷载等级提高及运营年限增长情况下，一些钢筋混凝土桥梁因受制于设计标准、施工水平、建筑材料等客观条件，尚不能满足于城市道路保障或水域通航能力要求，需要拆除重建[1]。根据工程实践，桥梁因结构构造和所处环境不同，在拆除时面临的问题和风险不尽相同，因而拆除方法也各有所异。基于拆除动力、设备和材料等方面，桥梁拆除主要有人工拆除、机械拆除、爆破拆除或综合拆除等；基于拆除工艺等方面，主要有直接式、支撑式、吊装式和爆破式拆除[2]。国内对于桥梁拆除的研究，取得了一些成果，荆伟伟等[3]针对桥梁拆除施工安全风险进行了研究，建立了以拆除规模、气候水文条件、桥位特征、施工环境、施工工艺和桥梁状况的风险评估指标体系；张松等[4]在老桥混凝土拆除中，运用金刚石绳锯切割技术措施，有效降低施工作业安全风险和对环境污染风险；张颖[5]通过有限元软件模拟分析了支架及梁体在桥梁拆除施工中的应力变化，确定分块结构的切割顺序，圆满完成预应力结构桥梁的静力拆除任务；肖建庄等[6]提出建筑拆除是建筑生命周期的关键环境，与建筑固废资源化利用紧密相连的绿色拆除方案；近年来SPMT模块车快速拆建桥梁工法被应用于城市多孔桥梁和天桥的拆建施工；瑞典布鲁克(Brokk)公司的多功能拆除机器人被广泛应用于环境恶劣和条件苛刻的拆除施工，在建筑拆除、混凝土钻切、抢险救援、冶金炉窑等方面均有成功应用先例。对于已有的研究，上部结构为简支梁的拆除以及混凝土构件的爆破拆除方法较多。但复杂市域环境下跨航道绿色拆除施工，尤其是拆除主桥与新建辅桥并行施工的相关研究较少，且各种拆除的环境条件不尽相同，现有施工技术适用性不强。本文依托绍兴市二环西路智慧快速路鉴湖大桥拆建施工项目，重点针对拆除方法研究，总结了该桥绿色拆除施工关键技术，并结合桥梁拆除期间梁体应力变化的理论分析与现场实测对比，保证了单肋拱桥拆除施工安全，可为类似工程提供参考。

2 工程概况

浙江省绍兴市二环西路鉴湖大桥始建于1999年，桥全长304.86 m，设计为双线四车道，跨越绍兴主城区鉴湖水域，通航孔设计为Ⅴ级航道，水深4～6 m。主跨为中承式五跨三室预应力混凝土连续箱梁单肋拱桥，跨径为(20＋40＋60＋40＋20)m，箱梁全宽27 m、底宽17 m、高2.05 m，梁底距水面净高为4.7 m，见图1。单拱肋采用钢管箱形混凝土结构，主拱设9排竖向吊杆、单侧副拱设5排竖向吊杆，每排呈双吊杆形式，吊杆采用钢丝束，吊杆外侧为A3钢套管，单根吊杆索力为1 200 kN。

图1 鉴湖大桥旧桥照片

鉴湖大桥经过20余年的运营和绍兴市新建2022年杭州亚运会配套智慧快速路的需要，需拆除鉴湖大桥旧桥，原位新建1座主桥和2座辅桥，主、辅桥设计均为(55＋85＋55)m连续变截面钢箱梁结构，主桥宽27 m，辅桥宽17 m，主、辅桥间距仅1 m。

3 施工重难点分析

(1)施工周围环境复杂。该桥为绍兴市二环西路主干道，跨越鉴湖水域，湖面宽220 m。桥的北侧均为居民安置区，南侧两岸厂房多。桥上护栏外装有多条通信管线，桥下有直径为400 mm燃气管道和直径为1 000 mm给水管。桥位处水下残留建桥时未全部拆除的96个桩头支架基础，桩头直径60 cm、长约3.5 m。

(2)桥梁拆除施工难度大。本桥为中承式单肋拱预应力连续梁特殊结构，拆除施工为反向卸荷过程，尤其是吊杆和拱肋的拆除会导致桥梁应力重分配，施工过程中构件的承载能力和自稳性难以保证。桥址处为内河航道，水系虽发达，尚不具备大型水上吊装作业条件，施工作业空间受限。城市主干道，车流量大、交通组织难度大，在桥下搭设拆除支架以及拆除单拱肋等施工难度大。

(3)施工保通压力大。鉴湖大桥施工期间交通不中断，需先新建东侧辅桥通车后再拆除主桥，新建主桥和西侧辅桥，邻近繁忙通行道路施工干扰大、风险高。桥梁跨越航道南塘线，船舶流量日均为40艘次，主要为100～300 t级货船、泥浆船，最大通行船舶为玻璃厂石英砂船(500 t级货船)，施工期间要求不封航，桥梁拆除吊装施工存在高空坠物和水上、水下碍航风险，对通航安全影响大。

(4)施工环保要求高。桥址位于全国文明卫生城市绍兴市主城区，鉴湖为水源保护区，邻近居民集中区。合理的拆除方法及拆除施工过程废弃物的处置、施工废水处理、施工机械噪声控制等均是本工程控制的重点。

4 拆除施工技术方案比选

4.1 拆除施工方法比选

依据本工程特点、施工环境以及当地有关部门关于桥梁拆除的要求，结合国内桥梁拆除施工可选择的方法，拟选用控制爆破拆除、静态破碎拆除、机械破碎拆除和静力切割等方法，从施工难度、工期、安全、成本及绿色环保等5个方面进行综合分析[7]，见表 1。

表1 拆除技术方案比选

经方案综合分析对比，优选静力切割拆除方法，即搭设桥梁拆除支架，采用金刚石绳锯分块切割的拆除方法。

4.2 总体施工方案

按自上而下逆向工序进行拆除，首先拆除桥面附属结构，再切割拆除箱梁翼缘板，最后逐步拆除系杆拱桥吊杆、拱肋、梁体、墩台结构。桥面附属和箱梁翼缘板拆除利用吊车站位桥上拆除完成。搭设钢管支架作为箱梁拆除施工支撑系统，拱肋和箱梁拆除利用85 t龙门吊或汽车吊作为起重设备。拱肋吊杆拆除首选对拱肋稳定性和系杆拱桥支座位移影响较小的施工顺序。吊杆切割采用氧气－乙炔热熔切割，拱肋、箱梁和下部结构等混凝土构件采用绳锯法静力切割。

5 施工关键技术

5.1 低净空有限空间搭设拆除支架施工关键技术

拆除支架采用“钢管立柱＋型钢横梁”支撑方案。低净空有限空间拆除支架搭设的关键技术，采用在避开梁体隔板或中隔梁对应支架钢管桩搭设位置处钻孔后开800 mm×800 mm矩形孔，采用70 t履带吊配DZ-120型振动锤在桥面上打设φ630 mm×10 mm钢管桩，两排钢管组成支墩，间距为2 m。钢管柱横向设4根，间距为(6.4＋5.2＋6.4)m，纵向布置间距为10～15 m，最大在通航孔处为17 m。钢管顶部设厚度为10 mm、平面尺寸为80 cm×80 cm钢板。钢板顶部为4根 40a工字钢横梁，长度根据桥面宽17 m(梁部每侧5 m翼缘板先行拆除)确定为24 m，钢横梁通过水上工作船运至安装位，桥上两台25 t汽车吊吊装就位，与钢管柱顶钢板焊接连接。钢横梁顶通过人工在桥下将高约20 cm的φ219 mm×10 mm调节钢管焊接于钢横梁上并保证与梁底密贴，解决梁底钢束锚头凸起及作业空间问题。拆除支架如图2所示。

图2 主孔拱肋与梁体拆除支架结构立面布置

待梁体拆除完成后，采用桥上设置的85 t龙门吊将支架横梁吊移至岸边，钢管柱接高后作为新建主桥钢箱梁拼装支架使用。主桥完成后可在两侧辅桥上采用50 t吊车拆除支架。

5.2 吊杆拆除施工关键技术

中承式拱桥吊杆的拆除是整个拆除施工中风险最高的环节，因此，利用有限元分析软件，对鉴湖大桥吊杆拆除过程受力安全性进行仿真分析，建立预警系统对拆桥过程进行监控[8]。

5.2.1 结构仿真分析

鉴湖大桥吊杆采用151 φ5.5 mm不锈钢丝，钢丝抗拉标准强度σ＝1 250 MPa，弹性模量Ey≥1.6×105MPa，吊杆破断索力为4 482 kN。根据现场采集数据显示，在考虑结构自重与活载时的单根吊杆最大组合应力值为2 421 kN。采用Midas civil建立有限元模型如图3，通过控制变量法分析不同的吊杆拆除顺序对主梁及拱肋的位移、应力影响分析，选取其中对主梁线形及应力影响最小的吊杆拆除顺序。

图3 鉴湖大桥吊杆拆除有限元模型

鉴湖大桥现场吊杆布置形式如图4，取主拱吊杆拆除顺序进行分析，副拱吊杆拆除顺序参照主拱。在建造时吊杆一次性张拉，但吊杆切割不能一次完成，因此提出4种吊杆拆除顺序:(1)跨中向两侧对称切割，即①→②→③→④→⑤；(2)两侧向跨中对称切割，即⑤→④→③→②→①；(3)两侧向跨中对称跳跃式切割，即⑤→③→①→④→②；(4)先拆两侧，再拆跨中，最后对称跳跃式切割，即⑤→①→③→④→②。

图4 吊杆编号示意

通过吊杆拆除模拟分析，4种拆除顺序下桥梁拱肋最大应力、位移见图5。

图5 拱肋最大压应力和位移变化折线

吊杆拆除施工检测以应力控制为主、位移控制为辅。由图5可知，通过4种吊杆拆除顺序对比，拱肋应力、位移逐渐增大，在最后阶段吊杆拆除完成时拱肋应力最大值为113.4 MPa，位移最大值为23.1 mm。采用方案一时，前4个拆除阶段的拱肋最大应力均小于其余3个方案。综上，吊杆拆除选用方案一:跨中向两侧依次对称切割的顺序。

5.2.2 拆除方法

首先采用氧气－乙炔在距梁面1.2～1.5 m位置处从跨中向两端依次对称进行预热，使主梁下挠落在拆除支架上，然后缓慢切割吊杆直至整根完全断开。为防止吊杆熔断过程发生瞬间绷断、弹射现象，在单根吊杆拆除前，采用自制铁箍型扣件将3根相邻吊杆缠绕约束，防止吊杆切割过程中已断钢丝弹射飞出伤人，吊杆扣件采用φ16 mm钢丝绳固定在未拆除吊杆上。

5.3 单拱肋绿色拆除施工关键技术

(1)拱肋支架。采用在桥面上搭设φ377×10 mm无缝钢管，4根钢管组成支墩[9]，横向间距3 m、纵向间距2 m。钢管间连接采用 20a槽钢，钢管柱顶设双拼 20a工字钢横梁(见图2)。梁体拆除支架搭设完成后自跨中向两侧安装拱肋支架。主拱肋支架设5个支墩，副拱肋支架设2个支墩。支墩均在现场制作而成，利用25 t汽车吊吊装就位，双拼 20工字钢横梁上设φ219×10 mm调节钢管，调节钢管与横梁焊接连接，确保与拱肋密贴。支墩底部通过膨胀螺栓与梁体锚固，相邻支墩间采用φ219×10 mm钢管纵向连接形成整体。

(2)拱肋拆除方法。采用绳锯自拱顶向下逐段切割，分段长度2～3 m，重量控制在20 t以内，利用85 t龙门吊或站在桥梁上的50 t吊车起吊、逐段吊离。

5.4 梁体绿色拆除施工关键技术

采用2台50 t汽车吊自主孔中间向两端依次拆除梁体面板、底板，最后采用龙门吊拆除梁体的各横梁，纵、横向拆除切割线对应支墩中轴线位置。拆除坚持分块基本均等[10]，混凝土最大块重不超过65 t，以满足85 t龙门吊安全起吊。梁体切割采用噪声小、粉尘小的金刚石绳锯，拆除作业面采用消噪防护棚，切割过程采用水枪连续冲水防止作业粉尘，废水采用梁底污水收集箱集中回收，防止污染水源。拆除块吊至桥头后，统一运至集中回收站再生后利用于本标段路基填料。钢构件通过回收再加工利用。

5.5 混凝土拆除块吊装关键技术

综合考虑桥梁拆除和新建施工需要以及主桥和辅桥间1.0 m有效空间，基于工作面的吊装需求和经济效率，采用厂制85 t龙门吊吊装方案，如图6。龙门吊跨度28 m、高度23.8 m、主钩额定起重量85 t、副钩额定起重量10 t。

图6 龙门吊及其支架立面图

(1)龙门吊基础:采用φ800×12 mm单排钢管桩，桩间距9 m，两端设双排桩间距为3 m的制动墩。在通航孔处跨径为15 m，支墩钢管间距为1.5 m。为增强整体稳定性，轨道基础钢管桩与相邻钢管桩采用φ280×10 mm的钢管连接，同时也与辅桥施工支架预留的1排钢管桩及旧桥拆除支架钢管桩均连接，均采用φ219×10 mm钢管进行水平和斜向桁架式焊接连接。

(2)小横梁:在钢管桩顶设长度为1.5 m的双拼 40工字钢作为横梁。

(3)纵梁:采用6排标准贝雷片组成纵梁，横联采用定制花架连接，贝雷梁和横梁间设限位角钢。在通航孔处设伸缩缝，防止龙门吊基础变形，同时将贝雷梁插销定制为φ30 mm圆钢，通长穿孔固定，增强纵梁整体稳定性[11]。

(4)分配梁:由双拼 22a工字钢组成，与贝雷梁间采用U型卡限位固定，采用角钢焊成X型将相邻分配梁连接，以增强整体刚度。

6 拆除施工安全监测

6.1 监测项目及方法

为确保主梁拆除过程中施工安全，通过建立模型分析工况，确定监测预警值[12]。施工过程中将实测值与预警值对比，发现异常和危险情况时及时采取相应措施，施工监测项目及方法见表2。

表2 主要监测项目及方法

6.2 监测结果

拆除过程中，各测点的实测值均小于理论计算修正值，且二者拟合较好，拱脚几乎未发生变形，梁体无破坏趋势，监测过程中未发生报警，使得整个拆除过程安全平稳可控。

7 结束语

鉴湖大桥拆除选用静力切割法分段切块吊移的方法，拆除过程中按照逆序、对称及严格控制块重的要求，通过对吊杆拆除顺序仿真分析，确定了拆除安全检测预警值，拆除过程中实时监测并与预警值对比，确保了拆除施工安全受控。通过本工程实践表明:

(1)传统的人工拆除、机械破碎和爆破拆除已不宜用于城市大跨或跨航道桥梁，尤其是邻近居民区的桥梁拆除作业，静力切割法是目前城市桥梁应用最广泛的拆除方法。

(2)静力切割法除了目前适应性较强的绳锯切割外，还有针对薄构件的水刀切割在某些特殊环境下也被成功应用。随着人工智能和智慧化建造在建筑业的快速发展，静力切割机械法拆除和拆除机器人将不断优化，会更加趋于智慧化、智能化，提高施工作业安全性、适宜性和经济性。

(3)在“双碳”背景下的建筑环境，桥梁拆除废料资源化有效利用将成为建筑人综合考虑的关键工序。