混凝土切割技術在危橋改造中的應用

鄭世倫，梁旭之，劉斌，王云進，霍玉勇

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

0 引言

隨著我國經濟飛速發展，城市化進程的不斷加快，交通運輸量激增，對道路的升級改造也越來越多。為滿足新的道路運輸需要，提高道路運輸的安全性、舒適性，大量老舊橋梁需進行維修加固改造。在危橋改造施工中，對混凝土結構物的拆除施工傳統老舊工藝主要還是采用半手工半機械作業的土辦法，人工利用風鎬（電鎬）進行敲、鑿、砸破除，或使用大型機械（挖機）進行破拆，傳統拆除工藝勞動強度大、作業效率低、施工進度慢；用大型機械對場地要求較高安全性差；施工質量差，易造成對需保留結構的破壞，拆除預留面參差不齊；環保性差，粉塵噪音較大，拆除混凝土塊掉落影響環境等。新的混凝土靜力（無損）切割技術，即采用墻鋸或鏈鋸系統（利用金剛石鋸片或金剛石鏈鋸）所產生的一種對結構無損的混凝土切割技術，切割技術主要有金剛石線鋸、電動墻鋸、液壓墻鋸、水鉆設備等，其中混凝土切割技術在危橋的改造與建設中具有良好的優勢及應用前景。本文主要列舉混凝土切割技術在危橋施工中的應用，以便此技術在危橋施工領域得到更廣泛的應用和認可。

1 混凝土靜力切割技術

1.1 混凝土靜力切割技術概述

混凝土（鋼筋混凝土）靜力切割技術的應用十分重要，其可以按指定位置對混凝土（鋼筋）進行磨削切割，且切割不受被切割體大小、形狀、切割深度的限制。該技術主要依靠金剛石工具，可在高速運動下結合繩、鋸片、鉆頭等工具完成相關作業，被切割物使用金剛石顆粒在研磨后極其鋒利，可以進行任何方向的切割，最終將鋼筋混凝土一分為二。該技術在馬達（電機）的驅動下，可以按照標準要求完成切割工作，是當前我國混凝土切割中常用的手段，具有無振動、無損傷的優勢，因此受到了一致好評。

1.2 混凝土靜力切割設備

1.2.1墻鋸（盤鋸、碟鋸）

碟式切割法采用帶有金剛石顆粒的切割碟片切割，鋸片直徑一般為600～1600mm之間，墻鋸主要由導向進給系統傳輸動力，在切割過程中由冷動力系統進行降溫處理，操作控制系統則用來確定切割的參數，最后由金剛石鋸片切割系統完成全部操作內容，屬于較為先進的基礎手段。在實際應用中需要注意其功率控制，通常情況下棋功率需要保持在3～32kW之間，具體則根據切割物體的大小、深度等進行確定，最大功率切割深度可達730mm，基本滿足工程建設的實際需求。同時墻鋸施工切口整齊、平直，且條件限制影響因素較小，基本適用于當前全部建設施工。

1.2.2繩鋸（鏈鋸）

繩鋸也被稱為鏈鋸，是混凝土靜力切割的一種常用工具，在實際應用中會將其驅動輪直徑保持在280～500mm，可根據實際場地需要任意調整并固定于建筑之上，且后期無須做善后加工處理。該技術主要為驅動繩輪通過液壓動力單元驅動液壓馬達，施工作業速度快、噪音低、振動小，使得繩鏈鋸張緊并作往復運動從而切割混凝土，且施工中有著無粉塵廢氣污染等優點，繩鋸切割法具有更快的切割速度，且施工過程中的噪音較小。

1.2.3金剛石水鉆

使用電機帶動金剛石薄壁空心鉆頭高速旋轉對混凝土進行高速研磨切割成孔。水鉆設備經濟小巧，使用靈活，操作簡單，在混凝土開孔中廣泛應用。在混凝土切割施工中常配合繩鋸盤鋸使用，為繩鋸打導繩孔等。也可在特殊位置利用排孔形式分離構件。

1.3 混凝土靜力切割技術特點

混凝土靜力切割設備普遍采用電力驅動，設備原理普遍通過金剛石磨料對混凝土鋼筋進行研磨切削，切削過程使用水作為降溫冷卻潤滑介質，混凝土靜力切割工藝對施工現場電力、水有一定要求?，F混凝土切割設備普遍國產化，相應耗材及操作工也普及，已經具備一定的經濟性。與傳統的拆除方案相比，混凝土靜力切割工藝在施工的效率、靈活性、經濟性、安全性、環保性等方面相較于常規傳統的拆除工藝有著很大的優勢，且對于受體整體結構以及在后期的結構修復或重建中相較于傳統工藝有著不可比擬的效果。

從表1中可以看出，無論是從施工效率、速度、安全性、對結構的影響和后期的修補、環境保護等工序中，混凝土靜力切割工藝相較于傳統工藝都有著較大的優勢。

表1 混凝土靜力（無損）切割工藝與傳統工藝間的比較

2 混凝土靜力切割技術在危橋改造中的應用

2.1 橋梁拆除技術現狀

一直以來，傳統的拆除技術方法一直沿用至今，主要包括人工鑿擊和錘砸，這種拆除技術投入少，但速度慢，施工時間長，人工現場操作，容易對人身造成傷害。隨著現代技術的發展，氣動破碎風鎬、氣錘、大型機械破碎挖機、液動錘和飛速發展的爆破技術已廣泛應用于工程施工中，但是這些拆除技術無一例外都會對施工現場的周邊環境造成較大的影響，包括高噪音、高振動、拆除過程要保持一定的安全距離，現場形象差，施工工期長，需要特別對施工現場進行交通管制等。傳統的拆除工藝在需部分保留結構的項目施工上也存在局限性較大的問題。

2.2 混凝土靜力切割技術在危橋改造中的應用案例

2.2.1案例一 S211線鴨池河大橋危橋改造工程

工程概況：

上部結構采用16m鋼筋混凝土整體式現澆簡支空心板+120m鋼筋混凝土等截面懸鏈線箱型拱+16m鋼筋混凝土整體式現澆簡支空心板；拱上結構是由拱上立柱、系梁、蓋梁、支座和底座組成的排架式結構。橋面板共設置19孔，每孔橫向布置6片板；橋面鋪裝采用水泥混凝土。此次改造工程為整體更換橋梁上部結構，保留使用原橋臺、墩柱、主拱、拱上排架，更換引橋16m空心板，主橋行車道板，增設橡膠支座。

混凝土靜力（無損）切割應用：

由于只拆除更換上部結構，需防止拆除更換施工中對橋梁的整體結構穩定性造成影響產生安全隱患；保證在拆除更換過程中對保留的主拱圈排架等不造成損傷；拆除更換施工滿足環境保護要求防止建渣等建筑垃圾掉落橋下鴨池河污染環境；通過科學高效的施工組織管理使拆除施工安全、高效、經濟。為保證達成以上施工作業目標，在此橋拆除更換上部結構施工中使用混凝土靜力切割工藝。

施工中首先使用水鉆對需拆除的原結構進行鉆孔偵測，偵測確定引橋空心板箱室分布及主橋行車道板鉸縫位置，偵測孔同時也作為切割導孔及吊裝孔使用。

主橋行車道板切割：

使用盤鋸切割機對橋面鋪裝及行車道板鉸縫進行切割，根據偵測結果確定切割線路及切割深度。切割線路為原橋行車道板鉸縫位置，切割斷開原鉸縫鋼筋及鉸接混凝土同時連同橋面鋪裝及鋪裝鋼筋一同切割分斷。切割使用混凝土盤踞切割機，功率22kW，切割片直徑140cm，最大切深50cm。在切割時根據偵測的橋面鋪裝厚度加行車道板厚度確定切割深度，預估行車道板厚度≤28cm，橋面鋪裝厚度10～15cm，切割深度確定為：車道板厚度+橋面鋪裝厚度-10cm，預計切割深度為33cm。切割深度確定以保證切割不損傷蓋梁（挑梁）并有效斷開原板鉸接為準。

圖1 行車道板切割橫斷面示意圖

引橋16m空心板切割：

引橋空心板根據箱室結構按保留一整體箱室，切割一箱室的方式縱橋向進行切割分離。保證每個切割分離梁體保留一個整體箱室有一定的結構完整性，其剛性能負荷自身重量。根據偵測結果制定分割方案在梁體劃線定位，在兩端梁頭接近蓋梁但懸空位置利用水鉆鉆孔（Φ10cm），使用繩鋸的金剛繩穿過孔洞后利用繩鋸對箱梁進行縱向切割分離。本次采用繩鋸切割充分從環保及安全角度考慮，此工藝有效防止建渣下落到橋下，由于是靜力切割對還未拆除部分不會造成沖擊力破壞，有效保證未拆除部分結構的穩定。在蓋梁頂端部分無支座位置繩鋸無法切割的（蓋梁影響無法穿過金剛石切割繩）用水鉆排孔進行分離。本次拆除采取分幅進行，第一次進行半幅切割更換箱梁，為保證新梁安裝拆除超過橋梁中心線10cm。對拆除的半幅引橋切割成4片16m長小箱梁。

圖2 引橋繩鋸切割示意圖

圖3 引橋空心板半幅分割示意圖

同類型工程案例對比：

S211線鴨池河大橋危橋改造工程上部結構拆除施工使用混凝土靜力切割工藝施工較早期同類型工程采用傳統拆除工藝施工在混凝土結構分離拆解方面有明顯優勢，詳見表2。

表2

2.2.2案例二 G243線兩河口大橋橋臺加固工程

工程概況：

兩河口大橋全長197m，跨越兩河口河，由于該橋正安縣岸橋臺沉降開裂病害，需對該重力式橋臺拆除重建樁基礎橋臺。兩河口大橋共5 跨，跨徑布置為2×20m（鋼筋混凝土簡支空心板）+1×100（箱型拱）+2×20m（鋼筋混凝土簡支空心板）。本次橋臺加固工程設計拆除更換該橋0#橋臺及引橋1#橋跨。

混凝土靜力（無損）切割應用：

該橋在1#墩位置對1#、2#橋跨通過現澆連接并共用支座，橋跨為20m預應力箱梁，梁高105cm（含橋面鋪裝）。通過現場勘察，兩橋跨間現澆連接寬度為40cm，也就是兩跨箱梁預應力錨具之間空隙寬度＜40cm，且現澆段設置較密集鋼筋。如果用傳統人工機械鑿除的施工工藝，在＜40cm位置鑿除高度超過1m的鋼筋混凝土斷面施工難度極大，而且耗時耗工，并且難免傷及第2跨箱梁預應力錨具造成需保留使用的橋跨損傷。

現場施工中使用頂升設備在1#墩頂升橋跨并對1#、2#橋跨設置臨時支撐，取出原共用支座。在兩跨現澆結合段位置用水鉆鉆150mm孔用于偵測定位并作為繩鋸切割導孔，利用繩鋸切割直接分離1#2#橋跨連接，吊拆1#橋跨重筑橋臺后架設恢復1#橋跨。

在分拆施工過程中使用靜力切割工藝，全程無振動很好地保護了需保留結構，并且繩鋸精確切割保證不損傷2#橋跨錨具及橋墩蓋梁，整個施工有效保證了工期及經濟性。

3 結語

從以上案例可以得知，在舊橋改造中的混凝土靜力（無損）切割工藝，并不是簡單地拆除不需要的結構，其過程中最重要的是確保原橋梁結構在受力體系轉換過程中的安全和穩定。周全的臨時支撐，細致的過程中監測，有保留的緩慢卸載，切半留半，切割與吊裝的精細配合等，這些措施的組合確保了工程的安全和順利實施，同時，選擇正確的混凝土切割方法不僅有利于工程的如期完成，減少人員、經濟的投入，更有利于保護橋梁建筑結構的完整與安全，為后期的工作提供便利，有效降低粉塵和噪聲的產生，將工程對環境、居民的影響降到最低。