中國路面橋梁拆除工程的施工工藝優(yōu)化和改進(jìn)
以廣州北環(huán)高速公路改造工程為例
摘要：本文以廣州北環(huán)高速公路改造工程的實(shí)際案例為切入點(diǎn)，深入探討中國路面橋梁拆除施工工藝的優(yōu)化與施工方案的改進(jìn)，介紹了路面橋梁中引進(jìn)的新型設(shè)備——混凝土分裂機(jī)的作業(yè)原理與操作方法以及新工藝法的成本核算。
關(guān)鍵詞：北環(huán)高速公路 混凝土分裂機(jī)路面橋梁拆除工藝法
一、工程概況：
廣州北環(huán)高速公路（以下簡稱“北環(huán)”）是我國90年初期建成并投入運(yùn)營的，是早通車的高速公路之一，西起沙貝連接廣佛高速公路，東至廣氮連接廣深高速公路和東南西環(huán)高速公路，是廣州市東西走向的交通大動(dòng)脈，現(xiàn)日均車流量達(dá)到16萬車次。北環(huán)至今已運(yùn)行近20年，路橋病害嚴(yán)重，存在安全隱患，現(xiàn)對(duì)北環(huán)高速公路進(jìn)行大修整治，我部施工路段為廣清立交至岑村立交區(qū)間，全長22公里、路面面積約23萬平方，工期預(yù)計(jì)為120天，路面拆除工期預(yù)計(jì)約90天，日均拆除量需達(dá)3400平米。
北環(huán)高速公路高架橋改造是在原有橋梁構(gòu)造不變的基礎(chǔ)上對(duì)橋面鋼筋混凝土的整修，同時(shí)要保持高架橋下面的交通正常運(yùn)行，因此禁止使用炸藥與破碎錘敲擊，如果使用破碎錘作業(yè)，會(huì)導(dǎo)致高架橋下面的交通全部癱瘓，同時(shí)夜晚不能打擾周邊民眾休息也沒有配置夜間施工作業(yè)照明燈，禁止夜間施工作業(yè)，因此種種方案被迫取消。工期十分緊張，必須在90天內(nèi)完成全部鋼筋混凝土路面橋面的拆除工程，同時(shí)工人在路面溫度高達(dá)50攝氏度左右的高溫環(huán)境下作業(yè)，工人作業(yè)條件相當(dāng)艱苦，如果*采用人工打釬等體力方法拆除路面工程，工期必將會(huì)被嚴(yán)重拖延，后果不堪設(shè)想。
針對(duì)上述情況，結(jié)合施工生產(chǎn)要素及施工生產(chǎn)能力與工期進(jìn)度，按照“管超前、嚴(yán)工藝、快破碎、不爆破、強(qiáng)拆除、快封閉、勤測(cè)量、速反饋”的施工原則，在保證高架橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不變情況下，采用三部臺(tái)階法進(jìn)行施工。橋面下部保留核心帶，橋面上部采用風(fēng)槍打孔，液壓分裂機(jī)開挖破碎，挖掘機(jī)清渣，再同步進(jìn)行澆灌鋪路工程施工。
二、路面鋼筋混凝土拆除施工方案
根據(jù)北環(huán)公路施工的特點(diǎn)與工期的特殊情況，并結(jié)合特殊的施工條件與作業(yè)環(huán)境，必須制定新的施工工藝法才能確保任務(wù)的完成與保證工程質(zhì)量。
北環(huán)路面拆除工程工期緊，拆除量大，高溫作業(yè)，施工環(huán)境非常惡劣，需要拆除的鋼筋混凝土路面是12—35公分段，不可破壞橋梁結(jié)構(gòu)，受力分布不均勻，厚度不一致，拆除技術(shù)要求高、度要求準(zhǔn)、施工難度大，采用破碎錘或小面積爆破施工容易破壞橋面結(jié)構(gòu)，影響橋下周邊的交通運(yùn)輸，采用人工打釬會(huì)嚴(yán)重拖延工期，經(jīng)我部仔細(xì)研究了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，借鑒類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，多方聽取國內(nèi)外路面橋梁拆除專家意見，從4月初始，我們制定調(diào)整了幾十套的施工方案，zui終確定采用深圳市凱強(qiáng)力科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的液壓巖石分裂機(jī)靜態(tài)分裂施工法及人工手持風(fēng)鎬法相結(jié)合的施工方案進(jìn)行拆除施工。7月18日工程啟動(dòng)之日，在樣板標(biāo)段我們采用新施工法與新型設(shè)備。
（一）、施工原理
在本次施工方案中，我們采用的是深圳市凱強(qiáng)力科技有限公司的新型拆除設(shè)備——液壓分裂機(jī)，它由液壓泵站和分裂器兩大部分組成。由泵站輸出的超高壓油，驅(qū)動(dòng)油缸產(chǎn)生巨大推動(dòng)力，并經(jīng)機(jī)械放大后，分裂堅(jiān)硬的路面鋼筋混凝土。
分裂原理示意圖：
液壓分裂機(jī)作業(yè)方式是：首先經(jīng)過測(cè)量后在路面上鑿巖孔，然后將分裂機(jī)上復(fù)合楔插入巖孔內(nèi)，復(fù)合楔在液壓推動(dòng)下，復(fù)合楔兩個(gè)半圓塊逐漸張開，對(duì)孔壁施加壓力。隨著液壓推動(dòng)力不斷加大，兩個(gè)半圓塊對(duì)孔壁施壓也不斷增大。當(dāng)這種壓力增大到超過孔壁抵抗能力時(shí)，巖孔壁就會(huì)失穩(wěn)而分裂。劈力在巖孔中的表現(xiàn)如圖1所示。
圖1 圖2
1、劈力大小；2、劈力方向；3、劈力作用點(diǎn)；4、巖孔；
5、復(fù)合楔；6、液壓劈裂機(jī)；
圖中1、2、3數(shù)字分別代表復(fù)合楔施加孔壁的劈力三要素；即大小、方向和作用點(diǎn)。
復(fù)合楔在巖孔中壓迫孔壁，在孔壁沒有失穩(wěn)破裂的情況下，壓力線呈圓錐形態(tài)。從壓力線圖可得知：
1——孔壁受力大??；隨巖孔高程變化而變化，孔口zui小，可視為o；復(fù)合楔前端接觸點(diǎn)處zui大（產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)）。
2——孔壁受力方向：是垂直于孔壁呈放射狀態(tài)的圓面。
3——孔壁受力作用點(diǎn)：作用點(diǎn)集合成面，就是巖孔圓周壁。
液壓分裂機(jī)作用于孔壁的zui大受力點(diǎn)，在復(fù)合楔前端與孔壁接觸處。此處孔壁將是抵抗外力zui小的地方。當(dāng)此處受到外力作用超過自身抵抗能力時(shí)，則此處孔壁就會(huì)失穩(wěn)而斷裂。所以，復(fù)合楔插入巖孔深度，就是物體分裂的zui大深度。除非此處孔壁的上或下還有比它抵抗力更小的弱面，也會(huì)提前從更小的弱面隨機(jī)漂斜分裂。
普通液壓分裂機(jī)的復(fù)合楔長度有限（φ40巖孔有：150mm、250mm、350mm、450mm），所以， 它分裂物體的深度也有限，一般不會(huì)超過復(fù)合楔插入深度。
（二）、主要施工方法
1.布孔
利用在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置測(cè)量控制網(wǎng)，采用全站儀進(jìn)行測(cè)量施工控制，根據(jù)拆除路面的厚度，確定鑿孔深度、布控完成后，經(jīng)監(jiān)理人確認(rèn)后進(jìn)行下一步工作。
2.拆除施工
橋梁路面拆除主要采用液壓巖石分裂機(jī)進(jìn)行破碎拆除，液壓巖石分裂施工時(shí)，由路面的終點(diǎn)向起點(diǎn)進(jìn)行施工，路面橋梁拆除工程中我們采用風(fēng)槍、液壓劈裂槍、風(fēng)鎬配套流水線式的作業(yè)方案，首先根據(jù)拆除路面的厚度，確定鑿孔深度、以及選取的劈裂槍的數(shù)量（3支）；然后采用風(fēng)槍鉆孔，風(fēng)槍采用15m3/min移動(dòng)式柴油空壓機(jī)供風(fēng)，孔距40—60cm 、孔深15—35cm左右，孔徑采用42mm的鉆頭，打完孔后，插入劈裂槍，分裂混凝土路面，破壞路面混凝土結(jié)構(gòu)后依斷裂層拆除，混凝土路面的巖石拆除下來后，采用挖機(jī)裝渣，15t自卸車?yán)\(yùn)至監(jiān)理的棄渣場(chǎng)廢棄，在個(gè)別石塊經(jīng)分裂機(jī)分裂后仍很緊，挖機(jī)無法裝運(yùn)時(shí)，風(fēng)鎬進(jìn)行敲擊，迅速破碎大塊石塊。
（三）、施工要求與投入的機(jī)械、人員配置
施工要求
序號(hào)
名稱
具體要求
備注
1
成本要求
40元/平方內(nèi)
2
工期要求
90天完成全部路段的路面混凝土拆除
一個(gè)標(biāo)段機(jī)械設(shè)備配置計(jì)劃表
序號(hào)
設(shè)備名稱
規(guī)格型號(hào)
單位
數(shù)量
備注
1
液壓巖石分裂機(jī)
ql—y28
臺(tái)
3
2
大功率空壓機(jī)
臺(tái)
1
3
空壓機(jī)
15m3/min
臺(tái)
1
4
風(fēng)鎬
條
3
5
風(fēng)槍
條
3
一個(gè)標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員配備
序號(hào)
名稱
人數(shù)
備注
1
技術(shù)人員
3
2
安全員
1
3
作業(yè)隊(duì)長
1
4
機(jī)械操作手
8
5
技術(shù)工
12
6
普工
75
（四）、液壓分裂機(jī)施工前注意事項(xiàng)：
*，首先，要檢查設(shè)備各部位是否安裝完畢，各連接部位是否牢固可靠設(shè)備各部件是否正常；
第二，用風(fēng)槍在路面上鉆孔，鉆孔深度一般為100—350mm。鉆孔時(shí)注意，鉆孔的方位應(yīng)垂直于孔所在的表面，孔的大小應(yīng)與分裂機(jī)的直徑相適應(yīng)，鉆孔的深度比楔塊組件插人長度深ll0～150mm。嚴(yán)禁打斜孔和淺孔，不應(yīng)在受力不好的位置打孔。
第三，將劈裂器插人孔中，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整劈裂方向。
（四）、工程成本核算：
8個(gè)人一個(gè)班組施工中，使用風(fēng)鎬作業(yè)，拆除下來的巖石僅巴掌大小，日均拆除量約10平米，而同樣的班組配置中，使用風(fēng)槍與液壓劈裂機(jī)作業(yè)日均拆除量可達(dá)200平方米左右，液壓分裂機(jī)每一次拆除下來的石塊都有0.5平米大小，因此液壓分裂機(jī)的拆除效率約是風(fēng)鎬的20倍，拆除、省時(shí)省力、節(jié)約成本，是北環(huán)路面拆除的*設(shè)備。7月18日新的施工設(shè)備與施工方案在樣板標(biāo)段試用后，效果十分明顯，至7月24日始在北環(huán)施工的各標(biāo)段推廣新方案的施工，到7月29日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，工期進(jìn)度已拆除2萬平米路面，已完成整個(gè)工期的17%，遠(yuǎn)超預(yù)計(jì)進(jìn)度的3%。