高速公路天桥拆除施工技术方案

长湘高速NK1+742机耕道天桥（旧桥）拆除 施工技术 编制：  吴 榜 林      复核：  熊    宏      审核：  吴 榜 林      攀枝花公路桥梁有限公司 长湘高速公路第八合同段项目经理部 2010年7月 长湘高速NK1+742机耕道天桥(旧桥)拆除施工技术方案 1、编制依据 本方案编制依据的主要技术资料有： (1)、《长沙至益阳一级汽车专用公路K160+670机耕道桥施工设计图》(2009年6月)湖南省交通勘察设计所； (2)、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)； (3)、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007； (4)、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86； (5)、《钢结构设计规范》GB 50017-2003； (6)、《SAP2000中文版使用指南》人民交通出版社2006年。 2、NK1+742天桥(旧桥)主体结构简介 见图(1)，NK1+742天桥(旧桥)为11.1m+25.8m+11.1m钢筋混凝土斜腿钢构桥，桥梁跨越长常高速公路，桥宽：净4m+2×0.4m防撞栏杆，荷载等级：汽车-10、履-50。 斜腿及桥台基础皆为扩大基础，斜腿基础及台身为C15片石混凝土(斜腿支撑点局部为C30混凝土)，桥台基础及台身为M7.5砂浆砌块石，C25混凝土台帽。 主梁梁肋宽35cm，斜腿根部梁高1.9m，跨中梁高1.0m，桥台处梁高0.9m，其余各处梁高按二次抛物线变化，梁肋中心距离3.0m，通过A、B矩型系梁进行连接；行车道板根部厚度24cm，翼缘端部及桥轴线位置12cm，其余各处按圆曲线变化；斜腿为矩形截面，截面宽35cm，下部铰座处截面高60cm，其余各处截面高度按5.6°角直线扩大与主梁交汇并刚性连接，下部与基础铰接，斜腿与斜腿之间采用A型系梁连接。主梁、行车道板、斜腿、系梁皆为C30钢筋混凝土结构。 桥面铺装为10cm厚钢筋混凝土，防撞栏杆为高90cm，下部宽40cm、上部宽20cm钢筋混凝土。在两岸桥台位置，主梁与主梁之间设置2.5m长实心段。 图(1) NK1+742天桥(旧桥)一般构造图 3、天桥拆除方案基本构思 根据桥梁结构、现场地形条件及长常高速公路保通要求，考虑天桥拆除方案总体构思如下： (1)、考虑从跨中将主梁切断，并利用临时支撑结构保证切断后两岸桥梁的整体稳定。 (2)、主梁从跨中切断后，利用风镐或链锯对称地从跨中向两端破除，至临时支撑点为止；在主梁下面设置碎落面，两侧设置护栏，防止破除后的混凝土碎块掉落长常高速公路上，掉落于碎落面上的混凝土碎块人工随时清运。 (3)、引跨在中跨拆除后进行，利用满堂钢管脚手架临时支撑，从两岸桥台向斜腿方向破除。 (4)、剩下两岸斜腿在主支架上设支撑临时稳定，然后破除斜腿之间的行车道板及系梁，形成四个独立斜腿后，利用风缆钢绳将斜腿拉倒于路基边沟位置破除。 (5)、支架搭设完成后，长常高速公路每幅预留宽7.5m、高5m的行车通道。 4、拆除支架结构 支架结构见附图C-01～C-03。 图(2) 支架结构示意图 4.1、主支架结构 主支架为天桥在跨中切断后的主要受力结构。每个主支架由2片中翼缘H型钢(HM450×300×11×18)构成的三角桁架组成，每片正对主梁梁肋，立柱顶部设置HM450×300×11×18中翼缘H型钢横梁，横梁顶部设置契形钢垫以使主梁与支架横梁紧密接触，减少非弹性变形。主支架为全焊接结构。每片主支架基础为4.3m×1.6m×1.2m(高)C25砼扩大基础，立柱及斜撑钢板底座与φ20圆钢锚筋焊接并事先预埋于C25砼基础内，现场安装时再与立柱及斜撑焊接，周边连续焊缝厚度10mm，锚筋采用韧性较好的Q235钢材，与座板间双面连续焊。基础施工时可结合地面和主梁梁底实测高程进行一定调整，使横梁N3与主梁之间的契形钢垫板较薄为原则。 4.2、防护支架结构 防护支架与天桥梁底不接触，其作用是支承主梁破除阶段散落的混凝土碎块和短钢筋，并便于侧向护栏的设置，防护支架碎落面上的堆积荷载应控制在100kg/m2内。在长常高速公路分隔带中央设置一排(2根)φ219×6钢管立柱，横向间距仍为3m，立柱顶部设置I28B工字钢横梁，横梁上设置3根I28B工字钢纵梁，纵梁间距2.8m，另一端支撑于主支架下翼缘上表面，钢管立柱、纵横梁之间为焊接连接，相交周边连续焊缝厚度6mm。纵梁下翼缘每间隔1m用φ28钢筋进行横向焊接，上翼缘铺设4cm厚木板做为碎落面，木板与纵梁之间采用铁丝绑扎连接。外侧纵梁顶面每间隔1m焊接∟50×50×5角钢立柱，立柱内侧设置竹胶板或木板做防护挡板，挡板高度应大于天桥桥面1m左右，挡板与角钢立柱之间用铁丝绑扎连接。中央分隔带每根φ219×6钢管立柱基础为1.0m×1.0m×1.2m(高)C25砼扩大基础，立柱钢板底座与φ20圆钢锚筋焊接并事先预埋于C25砼基础内，现场安装时再与立柱焊接，周边连续焊缝厚度6mm。 4.3、满堂支架结构 满堂支架用于在边跨拆除时支撑未拆除部分悬臂主梁。支架基础处理参照新桥施工支架基础处理方法进行，此处不再重复叙述。 支架仍采用φ48×3.5mm钢管进行拼装，钢管脚设立杆垫座(WDJ碗扣架构件)，顶面采用调节范围不小于50 cm的可调节顶托(WDJ碗扣架构件)作为支撑。 对钢管脚手架，按照受力的不同立杆采取不同的钢管间距，在梁肋位置，立杆横桥向间距60 cm，中部行车道板位置立杆横桥向间距120 cm ，翼缘板位置立杆横桥向间距为90 cm；钢管的横杆步距为120cm。顺桥向立杆间距90cm。对立杆应事先测定砼垫石标高后，计算出需要立杆高度，再按需要的高度进行安装立杆，对顶托的调接高度，按最大40cm 计，对超过此高度的，应加横杆。支架每隔2m ，加十字交叉斜撑，十字交叉斜撑在纵横向都设置。 在支架立杆可调节顶托上布设12cm×12cm横方木，然后在方木上定位φ48 ×3.5 毫米钢管纵背销，在横背销上铺设4cm木板做支撑面(或碎落面)。顶托安装按每根立柱一个顶托进行，顶托安装好后，安装横木，横木接头必须放在顶托中间，两根紧密接融，并用木斜固定。横木安装好后，进行钢管背销铺设，钢管背销间距为20cm(主梁下为15cm)一档，钢管与钢管之间采用4cm×4cm的木条在横方木上进行固定。 5、天桥的拆除 5.1、天桥拆除施工步骤 见附图C-04，此处不再重复叙述。 5.2、天桥拆除各阶段施工时间初步计划 序号 项 目 时间/天 1 支架基础施工 7 2 支架及防护设施安装 7 3 防撞栏杆及桥面铺装拆除 7 4 主跨拆除 10 5 边跨拆除 7 6 斜腿拆除 5 7 支架拆除与清理 7 合 计 ∑50天       整个天桥拆除计划工期50天，考虑下雨等其他不利因数，整个拆除时间不会超过2个月时间。 5.3、主支架与防护支架的安装 基础施工完成后，开始进行支架安装，主支架及防护支架杆件在工厂加工完成后，运输至现场安装，安装利用16吨汽车吊及人工配合进行，必要时设置钢管脚手架做辅助支撑或搭设焊接施工平台。吊车设置于紧急停车带位置，占用高速公路路面宽度约5m。先安装主支架立柱N1，先后安装斜撑N2并利用连接板N4与立柱N1焊接，周边连续焊缝厚度10mm，然后安装上横梁N3，利用契形钢板契紧N3与主梁梁底间缝隙并将契形钢板与横梁N3焊牢。 两端主支架安装完成后，安装中央分隔带防护支架立柱钢管N5，上横梁N6，再安装纵梁N7(N7在立柱顶用N7-2钢板进行连接)，焊接横向连接钢筋N10和铺设4cm厚碎落面板N8，最后焊接角钢立柱N9和安装侧面防护挡板。至此，主支架与防护支架安装完毕。 5.4、满堂支架安装 满堂支架安装方法不再祥述。满堂支架安装完成后，通过顶托调整使支撑面与天桥梁底紧密接触。 5.5、防撞栏杆及桥面铺装拆除 防撞栏杆及桥面铺装采用风镐拆除，拆除从跨中向两端基本对称进行，左右护栏同时拆除，部分拆除混凝土废渣利用麻袋装满后堆码于两岸桥台处梁端做配重用，每岸压重10吨左右(实际计算不压重主梁在跨中切断后也不会倾翻)。 5.6、主跨拆除 主跨拆除前，应对支架(特别是主支架)进行全面检查，检查立柱垂直度、焊缝质量是否符合设计要求，支垫是否紧密等。 检查完成后，开始利用风镐或链锯将主梁及行车道板从跨中切断；切除时先切除行车道板，再切除一边主梁，并注意利用测量仪器观测桥面变形情况，当变形不大时(10mm以内)，再切除另一边主梁，至此天桥从跨中全部切断。跨中切断后，主梁靠自身刚度平衡跨间悬臂重量，主梁在主支架支撑截面处有最大弯曲应力，计算切断点最大挠度9.1mm(未考虑支架非弹性因数)，若实际挠度值与计算差别较大，应查明原因再进行后续施工作业。跨中切断后，利用风镐或链锯将主梁及行车道板从跨中向两端逐渐破除，散落于碎落面上的水泥碎块及短钢筋应及时人工清除，碎落面上的堆积荷载不应大于100kg/m2；当破除至主支架根部位置时，停止破除。 5.7、边跨拆除 边跨拆除时，其悬臂不平衡重量主要依靠满堂支架支撑，因而在拆除前，应通过顶托调节使立杆与主梁底面撑紧。 仍利用风镐或链锯将主梁及行车道板从两岸桥台向斜腿方向逐渐破除，散落于碎落面上的水泥碎块及短钢筋应及时清除，当破除至斜腿根部位置时，停止破除。 5.8、斜腿拆除 斜腿拆除前，先拆除边跨满堂支架，利用钢管支撑临时稳定斜腿并将左右侧斜腿之间的行车道板及系梁利用风镐破除，至此只剩下四个独立的斜腿，每个斜腿重量约7吨。然后利用5吨倒链葫芦及20吨滑车组横向(向岸45°)牵拉斜腿，单个斜腿分别进行，使斜腿倒置于天桥两侧高速公路路基边沟位置，然后利用风镐将斜腿破除并清运出路基范围。 5.9、支架拆除与清理 斜腿拆除后，与安装逆顺序利用16吨吊车拆除防护支架与主支架，并利用风镐拆除桥台与斜腿基础，按设计扩宽路基并准备新天桥的施工。 6、拆除过程中主支架与天桥主梁受力计算 经计算，满堂支架与防护支架受力满足规范要求，计算资料不再做整理。 6.1、主要计算参数取值依据 (1)、钢材容重：γ=78.5KN/m3；钢材、焊缝的强度设计值及弹性模量等参考：《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86，《钢结构设计规范》GB 50017-2003。C30钢筋混凝土容重：γh=25KN/m3。 (2)、型钢截面特性参数参考： 《热扎工字钢》GB/T 706-1988，《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263-2005 (3)、主要安全系数取值： 钢材根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86按容许应力进行取值。 (4)、主要荷载系数取值： 考虑主梁从跨中切断时的冲击系数：1.2。 6.2、计算主要 (1)、天桥在跨中切断后，主梁在主支架支撑截面处的最大弯矩及抗弯强度复核。 (2)、天桥在跨中切断后，主梁在跨中切断点的最大弹性挠度。 (3)、天桥在跨中切断后，主支架的内力计算及强度复核。 (4)、天桥在跨中切断后，天桥的倾覆稳定性。 6.3、结构的简化及约束 按空间杆系结构利用《通用结构分析与设计软件SAP2000》版本V14.0进行计算。 (1)、主支架：参考支架设计图，各杆件接头连接皆采用焊接，按刚性连接考虑，与地面座板焊接处按固定端支座考虑。 (2)、天桥：桥台位置按活动支座考虑，斜腿与基础连接部位按固定铰支座考虑。 天桥主梁与主支架连接处按铰接考虑。 6.4、单元材料、截面特性(单位：KN.m) (1)、Q345钢材材料属性数据 图(3) Q345钢材材料属性数据 (2)、C30混凝土材料属性数据 图(4) C30混凝土材料属性数据 (3)、HM450×300×11×18截面属性数据 图(5) HM450×300×11×18截面属性 (4)、主梁截面属性数据 主梁为变截面梁，现仅列出主支架支撑点位置主梁截面属性 图(6) 主支架支撑点位置主梁截面属性 (5)、斜腿截面属性数据 斜腿为变截面，其截面属性数据不再一一列出。 6.4、计算工况及计算模型 (1)、工况1：天桥自重计算工况 荷载为拆除防撞栏和桥面铺装后的天桥自重。自重根据C30钢筋混凝土容重及单元横截面积由程序按线荷载自动计入，A、B系梁及实心段按集中荷载计入。分析工况类型为Linear Static(线性静力分析)。计算本工况的目的是求跨中弯矩及轴力，为工况2计算准备数据。 图(7) 天桥自重计算工况计算模型 计算模型如图(7)示，主梁与斜腿之间采用节点束缚方式进行连接。 (2)、工况2：天桥从跨中切断主支架受力计算工况 荷载为工况1天桥跨中内力的反力。因天桥从跨中切断后，相当于跨中内力的释放，通过在切断点添加工况1计算内力的反力可计算出主支架在天桥从跨中切断后的受力情况。 假设天桥在跨中切断前主支架基本不受力，本阶段不考虑自重影响，工况1计算结果：跨中轴力N=-802.528KN，弯矩M3=835.7975KN。计算时考虑1.2倍的冲击系数；分析工况类型为Linear Static(线性静力分析)。 图(8) 天桥从跨中切断主支架受力计算模型 计算模型如图(8)示，主梁与斜腿之间及主支架与主梁之间仍采用节点束缚方式进行连接。 (3)、工况3：天桥从跨中切断后主梁在自重作用下受力计算工况 荷载为结构自重。自重仍根据C30钢筋混凝土及Q345钢材容重及单元横截面积由程序按线荷载自动计入，A、B系梁及实心段仍按集中荷载计入。分析工况类型为Linear Static(线性静力分析)。计算本工况的目的是求主梁在跨中切断后支撑点根部最大弯矩，并求桥台位置的支点反力情况，据此推断跨中切断后天桥的倾覆稳定性。 图(9) 天桥从跨中切断后主梁在自重作用下计算模型 计算模型如图(9)示，主梁与斜腿之间及主支架与主梁之间仍采用节点束缚方式进行连接。 6.5、计算结果 6.5.1、变形计算结果 见图(10)，天桥在跨中切断后切断点挠度：fz=-9.1mm。 6.5.2、内力计算结果及强度复核 (1)、主支架内力计算结果及强度复核 天桥从跨中切断后主支架轴力计算结果填充图见图(11)示。 ①、立柱N1内力计算结果及强度复核 内力计算结果：轴力N=-148.081KN，相应弯矩M2=-1.8806KN.m。 图(10) 天桥在跨中切断后变形增量图 HM450×300×11×18H型钢横截面面积A=0.0157 m2，抗弯模量W2=5.407×10-4，弱轴长细比λ＝L/i＝4.95/0.0718＝68.94，按Q345钢材，查《钢结构设计规范》GB 50017-2003附录C 表C-2得，轴心受压构件的稳定系数φ=0.664。则： 可见，立柱满足强度要求。 图(11) 天桥在跨中切断后轴力增量填充图 ②、斜撑N2内力计算结果及强度复核 内力计算结果：轴力N=-352.601KN，相应弯矩M2=-0.5646KN.m。 HM450×300×11×18H型钢横截面面积A=0.0157 m2，抗弯模量W2=5.407×10-4，弱轴长细比λ＝L/i＝5.89/0.0718＝82.03，按Q345钢材，查《钢结构设计规范》GB 50017-2003附录C 表C-2得，轴心受压构件的稳定系数φ=0.559。则： 可见，斜撑满足强度要求。 (2)、天桥从跨中切断后主梁在自重作用下内力计算结果及强度复核 天桥从跨中切断后主梁在自重作用下弯矩计算结果填充图见图(12)示。 图(12) 天桥在跨中切断后主梁在自重作用下弯矩填充图 主梁在主支架支点截面有最大弯矩Mmax＝-3453.8011KN.m。则单侧主梁承受的最大弯矩Md＝Mmax/2＝-1726.9006KN.m。 主梁在支点截面梁高为176.68cm，宽35cm，上缘配置9根φ32二级钢筋，C30混凝土；利用同济启明星软件《工程计算器》V2.0计算，计算结果见图(13)，单侧主梁可承受最大弯矩为3394.2KN.m> Md＝Mmax/2＝-1726.9006KN.m。实际行车道板还将参与主梁共同受力，实际抗弯能力还应更大一些。 可见主梁抗弯能力很富余。 图(12) 天桥在跨中切断后主梁在自重作用下弯矩填充图 7、施工组织措施及安全保证措施 见施工组织与安全专项方案。 附件：《NK1+742天桥拆除支架设计图》(图C-01～图C-04)； 攀枝花公路桥梁工程有限公司 长湘高速公路第八合同段项目经理部 2010年7月