现浇桥梁膺架架体整体拆除技术研究

胡晓军

(中国水利水电第八工程局有限公司, 长沙 41000)

1 工程概况

1.1 工程简介

青连铁路全长54 km，正线桥梁27座、跨线桥梁9座。沿线多处跨越鱼塘、洼地、道路，多处埋设燃气、光缆等管线，受地形及地基条件限制，综合分析比选后，确立线路12联共36孔现浇梁支架体系采用贝雷梁膺架法施工。

1.2 膺架法贝雷梁支架

本段采用后张法预应力混凝土现浇梁，采用φ609×16 mm钢管立柱和“321”贝雷梁作为梁底板支撑系统，采用原位现浇法施工工艺，底板、腹板与顶板一次性浇筑成型。每孔梁纵向设4个支点，每个支点1排φ609×16 mm钢管立柱，两端支点设在两侧的承台面上，中间支点固定在支架基础上。每排钢管立柱之间采用16号或20号槽钢做剪刀撑焊接牢固，钢管立柱上布设两根45a或56b号横向工字钢，工字钢上布设贝雷梁，贝雷梁上再布设20号横向工字钢[1]，膺架法贝雷梁支架示意如图1所示。

图1 膺架法贝雷梁支架示意图

1.3 支架整体拆除特点

在支架拆除过程中，为保证拆除安全，需选用可靠的拆除方法。支架贝雷可采用分段解体拆除、解体分片拆除、吊车抬吊拆除、从梁底拖拽出底板范围再抬吊拆除。由于桥梁跨公路、河流、沟渠等，受现场条件限制，拆除时间长、抬吊次数多。为尽量规避施工过程中的安全风险，研究采用整体落架拆除，该拆除方法有以下优点：

(1)施工简便性：施工方法简易，操作可行性高，对施工场地、施工环境的要求相对较低，施工范围广，推广普及性高。

(2)安全可靠性：不可靠及不利因素少，安全风险低。

(3)标准化、固定化：操作形式统一，标准化程度高，工艺流程和技术参数稳定，模式相对稳定，操作相对快速、高效。

(4)功效性：施工效率高，省时省工。设备人员投入减少，设备转运及循环性加强，节约施工用材。施工费用大幅度降[3]。

2 膺架整体拆除施工原理

膺架整体拆除采用葫芦倒链架体拆除法，该拆除法包括固定体系、悬吊体系、动力体系、升降体系4大体系。

2.1 固定体系

贝雷梁顶部布置20b工字钢分配梁，并用U型卡扣与贝雷梁固定。架体拆除时，内侧单片贝雷片与工字钢用钢索相连，并确保钢丝绳随贝雷片时时移动。

2.2 悬吊体系

梁上加垫双拼工字钢，位置与贝雷梁下双拼工字钢对应，采用20 t葫芦与倒链连接上下双拼工字钢，吊点钢丝绳采用双索，并用钢垫片加垫。

2.3 动力体系

葫芦倒链法架体拆除动力体系来源于20 t手拉葫芦，6名手拉葫芦操作手手动拉拽倒链，为架体拆除提供动力。

2.4 升降体系

贝雷梁整体升降通过手拉葫芦实现，6名葫芦操作手同时操作6个葫芦，实现贝雷梁整体、缓慢、匀速同时上下升降，直至降落到地面[4]。

3 膺架整体拆除施工工艺操作要点

3.1 葫芦倒链法整体拆除施工工艺

针对梁底部的贝雷梁，采用倒链整体拆除方案，如图2所示，在预应力施工完成后的梁面，横向布置3组工字钢上横梁，与钢管立柱顶部的双拼56b工字钢横梁对应，采用20 t手拉葫芦连接上、下横梁，采用手拉葫芦提升10 cm，拆除钢管立柱及沙箱，然后再采用手拉葫芦整体将贝雷梁下降至地面，最后采用25 t汽车吊将贝雷梁解体拆除[5]。

图2 贝雷梁倒链整体拆除示意图

由图2可知，工字钢两侧采用吊耳悬吊，施工前需对吊耳进行选材及结构验算，对吊耳焊接的要求相对较高。为方便施工，并增加安全系数，采用葫芦倒链与钢丝绳配套使用，降低安全风险的同时，提高操作便捷性和可靠性[6]。

3.2 架体拆除步骤

(1)降沙箱10～20 cm，贝雷梁支架随之下降，人工松动底模，采用手拉葫芦横向将底模拖出梁底范围，同时系挂钢丝绳，25 t吊车配合，在拖出底板范围后翻身，吊出底模。

(2)在梁面安装上横梁，上横梁与贝雷梁底部的56b工字钢横梁位置一一对应，在上横梁与梁面之间放置20 cm×20 cm方木(放置在腹板上方)，以免损坏梁面预埋钢筋。上横梁共计安装6根，2根一组双拼[7]。

(3)在6个吊点安装6台20 t手拉葫芦。

(4)6名工人人工操作手拉葫芦，将贝雷梁整体、缓慢、匀速、同步上升10 cm。

(5)25 t吊车配合，拆除沙箱及钢管立柱。

(6)6名工人人工操作手拉葫芦，将贝雷梁整体、缓慢、匀速、同步下降至地面。

(7)25 t吊车配合，拆除20 t手拉葫芦。

(8)25 t吊车将贝雷梁解体，移出贝雷梁，运至下一架体拆除位置，循环使用。

(9)25 t吊车配合，转运梁上工字钢及方木，运至下一架体拆除位置，循环使用。

4 材料与设备

4.1 施工设备

施工设备如表1所示。

表1 施工设备表

4.2 施工材料

施工材料如表2所示。

表2 施工材料表

4.3 施工人员

施工人员如表3所示。

表3 施工人员表(人)

5 结构计算

5.1 荷载控制

(1)贝雷梁自重

30 m简支箱梁贝雷梁支架共用贝雷梁15榀，每榀9片，每片280 kg(含配件)，则一孔30 m简支梁贝雷梁支架自重为15×9×280=37 800 kg，合计为37.8 t。

(2)20b工字钢自重

贝雷梁顶部布置20b工字钢分配梁，长度12 m，布置28根，单重31.1 kg/m，则总重为12×28×31.3=10 449.6 kg，合计为10.45 t。

(3)56b工字钢横梁自重

贝雷梁底部双拼56b工字钢横梁，长度12 m，共计6根，单重115 kg/m，则总重为 8 280 kg，合计为8.28 t。

总荷载为56.53 t，静荷载取1.2系数，则总荷载为56.53×1.2=67.84 t，沿长度方向678.4 kN/27 m=25.1 kN/m。

5.2 结构计算

上横梁布置3榀，每榀采用2根56b工字钢双拼，两侧焊接吊耳。梁跨中间的上横梁受荷载最大，为678.4 kN/2=339.2 kN，计33.9 t，两侧的上横梁荷载为339.2 kN/2=169.6 kN。如图4所示。

图4 上横梁荷载示意图(mm)

(1)横梁不同截面位置的抗弯强度计算

方木枕垫位置：M1=G×3=169.6 kN×3 m=508.8 kN·m。

横梁中心位置：M2=G×5.5-F×2.5=169.6 kN×5.5 m-169.6 kN×2.5 m=508.8 kN·m。

抗弯强度验算：

Mx/γxWnx+My/γyWny≤f=215 N/mm2

双拼56b工字钢，Wnx=2 447 cm3，Wny=174 cm3。

Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2×2 447 cm3)=99.01 N/mm2

如采用双拼45b工字钢，Wnx=1 500 cm3，进行验算：

Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2×1 500 cm3)=161.52 N/mm2

如采用单根56b工字钢进行验算抗弯强度，Mx/γxWnx=508.8 kN·m/(1.05×2 447 cm3)=198.02 N/mm2

(2)抗剪强度计算

Vmax=169.6 kN。

τ=VS/Itw≤fv=125 N/mm2

单根56b工字钢抗剪计算：

τ=VS/Itw=169.6 kN×1 447.2 cm3/68 510 cm4×1.45 cm=24.7 N/mm2

单根45b工字钢抗剪计算：

τ=VS/Itw=169.6 kN×887.1 cm3/33 760 cm4×1.35 cm=33.01 N/mm2

抗剪满足要求。

(3)吊耳计算

单个吊耳受力F=169.6 kN，吊耳采用Q235、δ=30 mm钢板制作，抗剪应力fv=125 N/mm2。计算吊耳开孔的孔洞下方高度h。Vmax=169.6 kN=h×30 mm×125 N/mm2，则h=45 mm ，取1.5保险系数，则吊耳底部距离边缘70 mm。

(4)吊耳焊缝计算

每个吊耳承受F=169.6 kN拉力，通过卸扣、吊耳传递到双拼56b工字钢下翼缘，吊耳长度300 mm，厚度30 mm，与双拼56b工字钢通过角焊缝连接，角焊缝抗拉、抗压、抗剪容许应力fv=160 N/mm2。

σ=N/helw≤βfffw

式中：N——轴心拉力或压力；

he——角焊缝计算厚度，对直角角焊缝=0.7 hf，hf为焊脚尺寸；

lw——角焊缝计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2 hf；

ffw——角焊缝强度设计值；

βf——正面角焊缝强度设计值增大系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构βf=1.22，对直接承受动力荷载的结构βf=1.0。

焊缝实际长度为250 mm，取150 mm长度进行计算，焊脚尺寸15 mm。

σ=N/helw=169.6 kN/(0.7×15 mm×200 mm)=107.7 N/mm2<βfffw=1.22×160=195.2 N/mm2

焊缝强度25 t吊车配合，满足要求，要求焊缝质量为一级焊缝。

(5)卸扣：采用20 t卸扣。

(6)手拉葫芦：20 t手拉葫芦。

5.3 结论

根据检算结果，上横梁、吊耳强度满足吊装工况要求。为增强安全系数，吊耳所用钢板为低合金高强度结构钢牌号：Q345 即16Mn锰钢，同时在吊耳两侧焊接加劲肋与工字钢下翼缘可靠焊接连接。

6 安全措施

(1)悬吊系统安装牢固，扣件紧密。

(2)为增强安全系数，悬吊系统采用双排倒链，一角上下各配置两条钢丝绳。

(3)6名工人在操作6台20 t手拉葫芦上升或下降过程中，需同步一致，有1名指挥人员专职指挥，安全人员旁站监督，以下部的横梁在同一个水平面为准，保证6台手拉葫芦受力均衡，不发生偏载。

(4)钢丝绳与工字钢接触处采用钢垫片加垫，打磨平滑，磨除毛刺、凸起，保证接触良好，保持面接触。

(5)贝雷梁上除工字钢分配梁之外，不得增加其它荷载。

(6)6台20 t手拉葫芦验收合格后方能进场，进场后用25 t汽车吊配合进行荷载试验，确保承载力达到要求。

(7)在贝雷梁拆除过程中，应保证箱梁不因磕碰受损。

(8)制定详细、周密的拆除计划方案，合理分工、各司其职。

(9)现场安全预警防范措施到位，建立安全通道[8]。

7 整体式拆除效益分析

该桥梁支架拆除施工方法包括固定系统、悬吊系统、升降系统、吊转系统，施工方法由机械操纵改为动力体系控制，施工更加稳定、安全[9]。

7.1 经济效益

该支架拆除体系使支架拆除速率提高，支架利用周转率提高，支架租赁量及费用投入减少；施工人工、机械、材料投入相对减少且可循环操作，对施工场地的要求较低，减少硬化道路的成本投入，极大降低了施工成本。

7.2 社会效益

该支架拆除体系可操作性和同步操作性高，施工便捷，对施工场地的要求相对较低，施工范围广，推广普及性高，可在铁路工程中广泛推广应用。

7.3 节能和环保效益

该支架拆除体系标准化和操作模式化程度高，设备使用次数和周转率高、人工及物资材料投入较少，使用过程中产生的次生固体及废弃垃圾少，对周边环境几乎不造成污染，能源利用率高、资源浪费减少，节能环保。

8 结论

本文通过青连铁路现浇桥梁采用膺架整体式拆除技术，取得了显著的经济、社会和节能环保效益。该施工方法普及推广性强，模式化程度高且操作便捷、降本增效、安全可靠，可供同类桥梁支架拆除参考借鉴。