混凝土切割技术在危桥改造中的应用

郑世伦，梁旭之，刘斌，王云进，霍玉勇

（1.贵州遵义公路管理局 贵州 遵义 563000；2.四川三和恒生建筑工程有限公司 四川 成都 610000）

0 引言

随着我国经济飞速发展，城市化进程的不断加快，交通运输量激增，对道路的升级改造也越来越多。为满足新的道路运输需要，提高道路运输的安全性、舒适性，大量老旧桥梁需进行维修加固改造。在危桥改造施工中，对混凝土结构物的拆除施工传统老旧工艺主要还是采用半手工半机械作业的土办法，人工利用风镐（电镐）进行敲、凿、砸破除，或使用大型机械（挖机）进行破拆，传统拆除工艺劳动强度大、作业效率低、施工进度慢；用大型机械对场地要求较高安全性差；施工质量差，易造成对需保留结构的破坏，拆除预留面参差不齐；环保性差，粉尘噪音较大，拆除混凝土块掉落影响环境等。新的混凝土静力（无损）切割技术，即采用墙锯或链锯系统（利用金刚石锯片或金刚石链锯）所产生的一种对结构无损的混凝土切割技术，切割技术主要有金刚石线锯、电动墙锯、液压墙锯、水钻设备等，其中混凝土切割技术在危桥的改造与建设中具有良好的优势及应用前景。本文主要列举混凝土切割技术在危桥施工中的应用，以便此技术在危桥施工领域得到更广泛的应用和认可。

1 混凝土静力切割技术

1.1 混凝土静力切割技术概述

混凝土（钢筋混凝土）静力切割技术的应用十分重要，其可以按指定位置对混凝土（钢筋）进行磨削切割，且切割不受被切割体大小、形状、切割深度的限制。该技术主要依靠金刚石工具，可在高速运动下结合绳、锯片、钻头等工具完成相关作业，被切割物使用金刚石颗粒在研磨后极其锋利，可以进行任何方向的切割，最终将钢筋混凝土一分为二。该技术在马达（电机）的驱动下，可以按照标准要求完成切割工作，是当前我国混凝土切割中常用的手段，具有无振动、无损伤的优势，因此受到了一致好评。

1.2 混凝土静力切割设备

1.2.1墙锯（盘锯、碟锯）

碟式切割法采用带有金刚石颗粒的切割碟片切割，锯片直径一般为600～1600mm之间，墙锯主要由导向进给系统传输动力，在切割过程中由冷动力系统进行降温处理，操作控制系统则用来确定切割的参数，最后由金刚石锯片切割系统完成全部操作内容，属于较为先进的基础手段。在实际应用中需要注意其功率控制，通常情况下棋功率需要保持在3～32kW之间，具体则根据切割物体的大小、深度等进行确定，最大功率切割深度可达730mm，基本满足工程建设的实际需求。同时墙锯施工切口整齐、平直，且条件限制影响因素较小，基本适用于当前全部建设施工。

1.2.2绳锯（链锯）

绳锯也被称为链锯，是混凝土静力切割的一种常用工具，在实际应用中会将其驱动轮直径保持在280～500mm，可根据实际场地需要任意调整并固定于建筑之上，且后期无须做善后加工处理。该技术主要为驱动绳轮通过液压动力单元驱动液压马达，施工作业速度快、噪音低、振动小，使得绳链锯张紧并作往复运动从而切割混凝土，且施工中有着无粉尘废气污染等优点，绳锯切割法具有更快的切割速度，且施工过程中的噪音较小。

1.2.3金刚石水钻

使用电机带动金刚石薄壁空心钻头高速旋转对混凝土进行高速研磨切割成孔。水钻设备经济小巧，使用灵活，操作简单，在混凝土开孔中广泛应用。在混凝土切割施工中常配合绳锯盘锯使用，为绳锯打导绳孔等。也可在特殊位置利用排孔形式分离构件。

1.3 混凝土静力切割技术特点

混凝土静力切割设备普遍采用电力驱动，设备原理普遍通过金刚石磨料对混凝土钢筋进行研磨切削，切削过程使用水作为降温冷却润滑介质，混凝土静力切割工艺对施工现场电力、水有一定要求。现混凝土切割设备普遍国产化，相应耗材及操作工也普及，已经具备一定的经济性。与传统的拆除方案相比，混凝土静力切割工艺在施工的效率、灵活性、经济性、安全性、环保性等方面相较于常规传统的拆除工艺有着很大的优势，且对于受体整体结构以及在后期的结构修复或重建中相较于传统工艺有着不可比拟的效果。

从表1中可以看出，无论是从施工效率、速度、安全性、对结构的影响和后期的修补、环境保护等工序中，混凝土静力切割工艺相较于传统工艺都有着较大的优势。

表1 混凝土静力（无损）切割工艺与传统工艺间的比较

2 混凝土静力切割技术在危桥改造中的应用

2.1 桥梁拆除技术现状

一直以来，传统的拆除技术方法一直沿用至今，主要包括人工凿击和锤砸，这种拆除技术投入少，但速度慢，施工时间长，人工现场操作，容易对人身造成伤害。随着现代技术的发展，气动破碎风镐、气锤、大型机械破碎挖机、液动锤和飞速发展的爆破技术已广泛应用于工程施工中，但是这些拆除技术无一例外都会对施工现场的周边环境造成较大的影响，包括高噪音、高振动、拆除过程要保持一定的安全距离，现场形象差，施工工期长，需要特别对施工现场进行交通管制等。传统的拆除工艺在需部分保留结构的项目施工上也存在局限性较大的问题。

2.2 混凝土静力切割技术在危桥改造中的应用案例

2.2.1案例一 S211线鸭池河大桥危桥改造工程

工程概况：

上部结构采用16m钢筋混凝土整体式现浇简支空心板+120m钢筋混凝土等截面悬链线箱型拱+16m钢筋混凝土整体式现浇简支空心板；拱上结构是由拱上立柱、系梁、盖梁、支座和底座组成的排架式结构。桥面板共设置19孔，每孔横向布置6片板；桥面铺装采用水泥混凝土。此次改造工程为整体更换桥梁上部结构，保留使用原桥台、墩柱、主拱、拱上排架，更换引桥16m空心板，主桥行车道板，增设橡胶支座。

混凝土静力（无损）切割应用：

由于只拆除更换上部结构，需防止拆除更换施工中对桥梁的整体结构稳定性造成影响产生安全隐患；保证在拆除更换过程中对保留的主拱圈排架等不造成损伤；拆除更换施工满足环境保护要求防止建渣等建筑垃圾掉落桥下鸭池河污染环境；通过科学高效的施工组织管理使拆除施工安全、高效、经济。为保证达成以上施工作业目标，在此桥拆除更换上部结构施工中使用混凝土静力切割工艺。

施工中首先使用水钻对需拆除的原结构进行钻孔侦测，侦测确定引桥空心板箱室分布及主桥行车道板铰缝位置，侦测孔同时也作为切割导孔及吊装孔使用。

主桥行车道板切割：

使用盘锯切割机对桥面铺装及行车道板铰缝进行切割，根据侦测结果确定切割线路及切割深度。切割线路为原桥行车道板铰缝位置，切割断开原铰缝钢筋及铰接混凝土同时连同桥面铺装及铺装钢筋一同切割分断。切割使用混凝土盘踞切割机，功率22kW，切割片直径140cm，最大切深50cm。在切割时根据侦测的桥面铺装厚度加行车道板厚度确定切割深度，预估行车道板厚度≤28cm，桥面铺装厚度10～15cm，切割深度确定为：车道板厚度+桥面铺装厚度-10cm，预计切割深度为33cm。切割深度确定以保证切割不损伤盖梁（挑梁）并有效断开原板铰接为准。

图1 行车道板切割横断面示意图

引桥16m空心板切割：

引桥空心板根据箱室结构按保留一整体箱室，切割一箱室的方式纵桥向进行切割分离。保证每个切割分离梁体保留一个整体箱室有一定的结构完整性，其刚性能负荷自身重量。根据侦测结果制定分割方案在梁体划线定位，在两端梁头接近盖梁但悬空位置利用水钻钻孔（Φ10cm），使用绳锯的金刚绳穿过孔洞后利用绳锯对箱梁进行纵向切割分离。本次采用绳锯切割充分从环保及安全角度考虑，此工艺有效防止建渣下落到桥下，由于是静力切割对还未拆除部分不会造成冲击力破坏，有效保证未拆除部分结构的稳定。在盖梁顶端部分无支座位置绳锯无法切割的（盖梁影响无法穿过金刚石切割绳）用水钻排孔进行分离。本次拆除采取分幅进行，第一次进行半幅切割更换箱梁，为保证新梁安装拆除超过桥梁中心线10cm。对拆除的半幅引桥切割成4片16m长小箱梁。

图2 引桥绳锯切割示意图

图3 引桥空心板半幅分割示意图

同类型工程案例对比：

S211线鸭池河大桥危桥改造工程上部结构拆除施工使用混凝土静力切割工艺施工较早期同类型工程采用传统拆除工艺施工在混凝土结构分离拆解方面有明显优势，详见表2。

表2

2.2.2案例二 G243线两河口大桥桥台加固工程

工程概况：

两河口大桥全长197m，跨越两河口河，由于该桥正安县岸桥台沉降开裂病害，需对该重力式桥台拆除重建桩基础桥台。两河口大桥共5 跨，跨径布置为2×20m（钢筋混凝土简支空心板）+1×100（箱型拱）+2×20m（钢筋混凝土简支空心板）。本次桥台加固工程设计拆除更换该桥0#桥台及引桥1#桥跨。

混凝土静力（无损）切割应用：

该桥在1#墩位置对1#、2#桥跨通过现浇连接并共用支座，桥跨为20m预应力箱梁，梁高105cm（含桥面铺装）。通过现场勘察，两桥跨间现浇连接宽度为40cm，也就是两跨箱梁预应力锚具之间空隙宽度＜40cm，且现浇段设置较密集钢筋。如果用传统人工机械凿除的施工工艺，在＜40cm位置凿除高度超过1m的钢筋混凝土断面施工难度极大，而且耗时耗工，并且难免伤及第2跨箱梁预应力锚具造成需保留使用的桥跨损伤。

现场施工中使用顶升设备在1#墩顶升桥跨并对1#、2#桥跨设置临时支撑，取出原共用支座。在两跨现浇结合段位置用水钻钻150mm孔用于侦测定位并作为绳锯切割导孔，利用绳锯切割直接分离1#2#桥跨连接，吊拆1#桥跨重筑桥台后架设恢复1#桥跨。

在分拆施工过程中使用静力切割工艺，全程无振动很好地保护了需保留结构，并且绳锯精确切割保证不损伤2#桥跨锚具及桥墩盖梁，整个施工有效保证了工期及经济性。

3 结语

从以上案例可以得知，在旧桥改造中的混凝土静力（无损）切割工艺，并不是简单地拆除不需要的结构，其过程中最重要的是确保原桥梁结构在受力体系转换过程中的安全和稳定。周全的临时支撑，细致的过程中监测，有保留的缓慢卸载，切半留半，切割与吊装的精细配合等，这些措施的组合确保了工程的安全和顺利实施，同时，选择正确的混凝土切割方法不仅有利于工程的如期完成，减少人员、经济的投入，更有利于保护桥梁建筑结构的完整与安全，为后期的工作提供便利，有效降低粉尘和噪声的产生，将工程对环境、居民的影响降到最低。