中國路面橋梁拆除工程的施工工藝優(yōu)化和改進
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際案例為切入點，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，介紹了路面橋梁中引進的新型設備——混凝土分裂機的作業(yè)原理與操作方法以及新工藝法的成本核算。
關鍵詞：北環(huán)高速公路 混凝土分裂機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脈，現(xiàn)日均車流量達到16萬車次。北環(huán)至今已運行近20年，路橋病害嚴重，存在安全隱患，現(xiàn)對北環(huán)高速公路進行大修整治，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，工期預計為120天，路面拆除工期預計約90天，日均拆除量需達3400平米。
北環(huán)高速公路高架橋改造是在原有橋梁構造不變的基礎上對橋面鋼筋混凝土的整修，同時要保持高架橋下面的交通正常運行，因此禁止使用炸藥與破碎錘敲擊，如果使用破碎錘作業(yè)，會導致高架橋下面的交通全部癱瘓，同時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，同時工人在路面溫度高達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，工期必將會被嚴重拖延，后果不堪設想。
針對上述情況，結合施工生產(chǎn)要素及施工生產(chǎn)能力與工期進度，按照“管超前、嚴工藝、快破碎、不爆破、強拆除、快封閉、勤測量、速反饋”的施工原則，在保證高架橋基礎結構不變情況下，采用三部臺階法進行施工。橋面下部保留核心帶，橋面上部采用風槍打孔，液壓分裂機開挖破碎，挖掘機清渣，再同步進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)公路施工的特點與工期的特殊情況，并結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，不可破壞橋梁結構，受力分布不均勻，厚度不一致，拆除技術要求高、度要求準、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構，影響橋下周邊的交通運輸，采用人工打釬會嚴重拖延工期，經(jīng)我部仔細研究了現(xiàn)場實際情況，借鑒類似工程的施工經(jīng)驗，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力科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的液壓巖石分裂機靜態(tài)分裂施工法及人工手持風鎬法相結合的施工方案進行拆除施工。7月18日工程啟動之日，在樣板標段我們采用新施工法與新型設備。
（一）、施工原理
在本次施工方案中，我們采用的是深圳市凱強力科技有限公司的新型拆除設備——液壓分裂機，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)動油缸產(chǎn)生巨大推動力，并經(jīng)機械放大后，分裂堅硬的路面鋼筋混凝土。
分裂原理示意圖：
液壓分裂機作業(yè)方式是：首先經(jīng)過測量后在路面上鑿巖孔，然后將分裂機上復合楔插入巖孔內(nèi)，復合楔在液壓推動下，復合楔兩個半圓塊逐漸張開，對孔壁施加壓力。隨著液壓推動力不斷加大，兩個半圓塊對孔壁施壓也不斷增大。當這種壓力增大到超過孔壁抵抗能力時，巖孔壁就會失穩(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??；2、劈力方向；3、劈力作用點；4、巖孔；
5、復合楔；6、液壓劈裂機；
圖中1、2、3數(shù)字分別代表復合楔施加孔壁的劈力三要素；即大小、方向和作用點。
復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；復合楔前端接觸點處zui大（產(chǎn)生應力集中效應）。
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：作用點集合成面，就是巖孔圓周壁。
液壓分裂機作用于孔壁的zui大受力點，在復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。當此處受到外力作用超過自身抵抗能力時，則此處孔壁就會失穩(wěn)而斷裂。所以，復合楔插入巖孔深度，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，也會提前從更小的弱面隨機漂斜分裂。
普通液壓分裂機的復合楔長度有限（φ40巖孔有：150mm、250mm、350mm、450mm），所以， 它分裂物體的深度也有限，一般不會超過復合楔插入深度。
（二）、主要施工方法
1.布孔
利用在施工現(xiàn)場設置測量控制網(wǎng)，采用全站儀進行測量施工控制，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)理人確認后進行下一步工作。
2.拆除施工
橋梁路面拆除主要采用液壓巖石分裂機進行破碎拆除，液壓巖石分裂施工時，由路面的終點向起點進行施工，路面橋梁拆除工程中我們采用風槍、液壓劈裂槍、風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）；然后采用風槍鉆孔，風槍采用15m3/min移動式柴油空壓機供風，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，破壞路面混凝土結構后依斷裂層拆除，混凝土路面的巖石拆除下來后，采用挖機裝渣，15t自卸車拉運至監(jiān)理的棄渣場廢棄，在個別石塊經(jīng)分裂機分裂后仍很緊，挖機無法裝運時，風鎬進行敲擊，迅速破碎大塊石塊。
（三）、施工要求與投入的機械、人員配置
施工要求
序號
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
一個標段機械設備配置計劃表
序號
設備名稱
規(guī)格型號
單位
數(shù)量
備注
1
液壓巖石分裂機
ql—y28
臺
3
2
大功率空壓機
臺
1
3
空壓機
15m3/min
臺
1
4
風鎬
條
3
5
風槍
條
3
一個標段現(xiàn)場生產(chǎn)人員配備
序號
名稱
人數(shù)
備注
1
技術人員
3
2
安全員
1
3
作業(yè)隊長
1
4
機械操作手
8
5
技術工
12
6
普工
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（四）、液壓分裂機施工前注意事項：
*，首先，要檢查設備各部位是否安裝完畢，各連接部位是否牢固可靠設備各部件是否正常；
第二，用風槍在路面上鉆孔，鉆孔深度一般為100—350mm。鉆孔時注意，鉆孔的方位應垂直于孔所在的表面，孔的大小應與分裂機的直徑相適應，鉆孔的深度比楔塊組件插人長度深ll0～150mm。嚴禁打斜孔和淺孔，不應在受力不好的位置打孔。
第三，將劈裂器插人孔中，根據(jù)需要適當調(diào)整劈裂方向。
（四）、工程成本核算：
8個人一個班組施工中，使用風鎬作業(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，使用風槍與液壓劈裂機作業(yè)日均拆除量可達200平方米左右，液壓分裂機每一次拆除下來的石塊都有0.5平米大小，因此液壓分裂機的拆除效率約是風鎬的20倍，拆除、省時省力、節(jié)約成本，是北環(huán)路面拆除的*設備。7月18日新的施工設備與施工方案在樣板標段試用后，效果十分明顯，至7月24日始在北環(huán)施工的各標段推廣新方案的施工，到7月29日統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，工期進度已拆除2萬平米路面，已完成整個工期的17%，遠超預計進度的3%。