桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工工法.pdf

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1、1 桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工工法桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工工法 1 前言1 前言 随着我国公路建设的迅猛发展，在公路工程施工中出现了越来越多的改造工程，要求对原有的混凝土结构进行拆除。传统的混凝土结构拆除方式主要是人工锤凿、气动破碎（如风镐等）、锤大型机械破碎（如液压破碎锤破碎等）、爆破破碎技术等,这些方法除了会产生大量的粉尘、噪声污染外，对需要保留部分的混凝土结构亦会造成不必要的损伤性破坏。在更加重视降低噪音、污染，减少振动、高效环保的时代，静力拆除技术（又称无损性拆除技术）解决了大型混凝土建工程改造中的施工难题，在结构功能的保护、工作效率的提高、施工安全以及环境保护等方面

2、，均取得了满意的效果。甘肃路桥建设集团有限公司、甘肃万泰建设工程有限公司在 G30 高速公路陇西段抢险工程桥梁增跨改造施工中，为防止原有桥梁桥台在改造过程中有可能受到外力作用产生结构损坏的问题，自主开展了桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工技术研究,快速安全的完成了施工。经总结提炼，形成了桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工工法。2 工法特点2 工法特点 2.1 施工精度高，速度快、效率高，机械化程度高，不受被切割物体积的大小和形状的限制，使用方法灵活，可以实现任何方位的切割；2.2 无振动、对原有结构无损伤；2.3 切缝平整光滑、外表美观；2.4 无粉尘、噪音低，对环境污染小；3 适用范围3 适

3、用范围 静力无损切割钢筋混凝土结构物施工方法适用于大体积钢筋混凝土结构切2 割拆除（如：楼房整体切割拆除、平移）、不规则形构筑物切割（如：桥梁结构物切割拆除）、水下作业切割、狭窄施工空间切割、无损无振动拆除、石材加工切割等各类建筑结构物的拆除及结构改造。4 4 工艺原理工艺原理 液压金刚石绳锯切割是利用隔离套和金刚石串珠镶在钢丝绳芯组成的绳索在液压传动系统的驱动下绕切割面高速运动研磨被切割结构物，利用金刚石超高的强度将钢筋混凝土切断，在平稳的情况下实现静态分离。在切割过程中采用水冷却，一方面满足切割设备的降温需要，另一方面防止粉尘、降低噪音，利于环境保护。5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺

4、流程及操作要点 5.15.1 施工施工工艺工艺流程流程 图图 5.5.1-11-1 桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工流程图桥梁改造静力无损切割钢筋混凝土施工流程图 施工准备设备检查维修、保养施工保障（水、电、路）定位画线设备固定切割施工吊移装车运走现场清理循环切割3 5.25.2 混凝土切割工艺混凝土切割工艺 5.2.1 施工准备（1）确保施工现场水通、电通、路通、场地平整。在切割过程中冷水具有对切割设备本身进行降温及避免扬尘的作用。（2）设备选择及组合 金刚石绳锯切割、金刚石筒锯钻孔机，相互配合。绳锯切割通过变换传动定位滑轮的调整组合安装（如图 5.2-1 所示），以适应各种不同环境的切割

5、施工，灵活性大，适用于不规则造型物体、大面积物体、水下切割等。多用于墩柱、盖梁等大截面的横向切割。其切割速度是碟式切割的6 倍，且施工所产生的噪音低。被切割物的面积越大，厚度越厚，越能显示其优点。金刚石筒锯钻孔机多用于切割块的吊装孔施工，也可采取排孔法（钻孔位置连续并排）配合其他切割设备或独立完成一项切割任务。钻孔直径范同为 18l000mm，钻孔深度一般可达 6000mm。图图 5.2-15.2-1 绳锯切割机的传动定位滑轮的调整组合安装绳锯切割机的传动定位滑轮的调整组合安装（3）在切割区域周围有序组织排水，防止施工用水污染周围环境，收集沉淀水，进行再利用。（4）对施工设备进行检查维修保养，

6、以保障施工的连续进行，减少故障、安全隐患。（5）在正式施工前，应先对施工设备进行测试，确保其能够正常运转。4（6）对操作工人进行技术、安全交底。5.2.2 定位画线（1）对桥台耳墙、背墙分别计算其单位面积的重量，依据起吊设备的型号确定其最大起重荷载和最大吊运距离，确定切割体的体积大小，合理排版布置切割位置及吊孔位置。（2）根据排版布置的切割位置及吊孔位置，在实体混凝土面上用墨线弹出切割线，并编号。编号顺序即为切割顺序，一般根据结构物的受力分析确定，本项目施工顺序为从两侧依次向内进行，以确保结构物不受偏心影响。5.2.3 设备固定（1）根据画出的墨线选择合理的位置，固定切割设备。（2）设备的固定

7、采用在混凝土实体上用手持电钻钻孔，用膨胀螺栓紧锢设备底座的方法固定。固定绳锯主脚架及辅助脚架，导阳轮安装一定要稳定，且轮的边缘一定要和穿绳孔的中心线对准，以确保切割的有效切割速度，严格执行安装精度要求。（3）安装绳索 根据已确定的切割形式将金刚石绳索按一定的顺序缠绕在主动轮及辅助轮上，注意绳子前进的方向应和主动轮驱动方向一致。有时由于施工现场的限制，在安装金刚石绳索的时候需要清理结构物周围较硬的渣滓，这时候就需要空压机带动风镐钎（有时需要另行加工较长的钎杆）进行简单的清理，以便金刚石绳索安装和起吊钢丝绳的安装。5.2.4 切割施工（1）施工前的安全防护措施 根据现场情况，水、电、机械设备等相关

8、管路的连接应正确规范、相对集中、走线摆放严格执行安全操作规程，以防机、人、辅助设备、材料等乱摆、乱放，造成事故隐患。设备运转时，在绳子运动方向的前端（辅助定位轮）安装安全防护拦，并在一定区域内设安全标志，以提示行人不要进入施工作业区域内。（2）吊装孔施工 拆除时为了不影响周边结构稳定，通过几何计算，确定单块切割体结构中心，采用金刚石筒锯开孔。一般情况下，应在每块切割体上钻两个吊装孔，在起吊时5 对称吊移，增加安全保障。（3）操作设备的系统性连接 1 金刚石绳锯的切割方向 在金刚石绳锯的每个卡子上都有明确的箭头标置，也可通过金刚石绳锯本身的串珠来识别。串珠基体长的是尾部，短的是前端，因此短的前端

9、就是弹簧金刚石绳锯的切割方向。在使用中，需正确的区分金刚石绳锯的使用方向。按箭头方向前进，不可反方向切割，避免串珠前后端产生锥度，保证金刚石绳锯的正常使用。2 金刚石绳锯的连接（如图 5.2-2 所示）金刚石绳锯使用前须连接一个闭合的循环。其操作方法及步骤为：a.两头裸露钢丝绳长度=接头长度。b.将两头裸露钢丝绳插入钢质接头，接头和相邻的串珠应无缝隙。c.采用金刚石绳锯专用液压钳，将接头扣压紧。扣压时，先将接头中部置于液压钳内扣压，每转动 90扣压一次；然后将接头两端置于液压钳中依次扣压；最后，再将接头中部再次置于液压中扣压；d.扣压后检查接头，用角磨机等将飞边和毛刺去除干净。图图 5.2-2

10、5.2-2 金刚石绳索的连接金刚石绳索的连接 (4)启动动力系统 绳索安装并检查完毕后，启动电动马达，通过控制调整主轮提升张力，保证金刚石绳锯适当绷紧，供应循环冷却水，再启动另一个电动马达，驱动主轮带动金刚石绳锯回转切割。6(5)切割参数的选择 切割过程中通过操作控制盘调整切割参数，确保金刚石绳锯运转线速度在20m/s 左右。(6)切割 在切割操作进行时候，先低速进行切割，在画线部位切除一条凹槽，随后逐渐加速进行切割，避免金刚石绳锯跳链。在切割过程中，通过调整传动系统（电机）的位置，时刻保证金刚石绳锯适当绷紧，避免绳索松弛，大幅度的甩动。切割过程中必须密切观察机座的稳定性，随时调整导向轮的偏移

11、，以保证切割绳在同一平面内，保证切割面的平整规则。切割操作做到速度稳定，参数稳定、设备稳定。在切割施工时，需配备足量的冷却时，在切割面随时保持湿润，避免绳索因高温发热，降低切割效率。同时，流水可以带走研磨的粉屑，防止粉屑卡住绳索，造成断绳。在切割施工时，应根据实际情况，对每一切割块必须通过起吊孔预先临时起吊固定，防止切割块突然掉落。5.2.5 吊移转运 切割工程施工完毕后，用以选用的起重设备和钢丝绳将每一块切割块吊运至指定地点，由车辆运送至指定废弃地点，切勿随意堆放。6 6 材料与设备材料与设备 6.1.6.1.主要设备主要设备 表表 6.1-16.1-1 静力无损切割钢筋混凝土结构物施工主要

12、设备静力无损切割钢筋混凝土结构物施工主要设备 序号 设备名称 规格 单位 数量 备注 1 金刚石绳锯切割机 台 1 混凝土切割 2 金刚石筒锯切割机 筒径 20cm 台 1 混凝土切割 3 发电机 50kw 台 1 依施工现场电力配置确定是否需要 4 汽车吊 25T 辆 1 切割体的吊运 5 运输车辆 20 方 辆 1 切割体的运输 6 手持电钻 钻杆12mm 台 1 钻孔安装螺栓 7 注：实际工程中应根据工程量的大小及工期要求随时调整设备的数量，应考虑一定的设备损耗率及备用数量。金刚石绳锯切割机主要由机架、行走导轨组成（如图 6.1-1（a）、切割金刚链、液压工作站（如图 6.1-1（b）。

13、主要技术参数（如表 6.1-2）：表表 6.1-26.1-2 金刚石绳锯的主要技术参数金刚石绳锯的主要技术参数 项目 参数 项目 参数 驱动轮 600mm 额定功率 10KW 额定电压 400V-50/60HZ 绳索线速度 027m/s 缠绳容量 最大 9.0 米 防护等级 TP65 液压泵量 40-100L/min 最大工作压力 21MPa 最大切割面积 20 150kg（主机）单刀切割截面积 48 设备重量 190kg（油泵）（a）主导向系统（机架、行走轨道）（b）主控制系统（液压工作站）图图 6.1-16.1-1 绳锯切割机绳锯切割机 6.26.2 主要材料主要材料 表表 6.2-16.

14、2-1 静力无损切割钢筋混凝土结构物施工主要材料静力无损切割钢筋混凝土结构物施工主要材料 序号 设备名称 规格 单位 数量 备注 1 金刚石绳索 11mm,串珠数 40 个/米 米 若干 依施工现场确定并备用（如图 6.2-1）2 电缆 YC316+110 米 若干 以施工需要配备足量 3 储水器 2 方 个 1 设备用水 4 软管 10mm 米 若干 喷水降温、除尘 5 钢管 根 若干 搭设工作、防护架 6 扣件 个 若干 搭设工作、防护架 8 图图 6.2-16.2-1 金刚石绳索金刚石绳索 7 7 质量控制质量控制 7.7.1 1 相关规范要求相关规范要求 7.1.1 主要依据的施工规范

15、有：(1)混凝土结构加固设计规范 GB50367-2013(2)混凝土结构加固技术规范 CECS 25-1990(3)建筑混凝土结构加固工程施工质量验收规范 GB50500-2010 (4)建筑结构加固工程设计与施工质量验收手册 7.1.2 对钢筋混凝土结构进行结构补强（如改造加固等）时，还需要做到以下几点：(1)一般情况需要对原有结构进行鉴定，然后根据相关鉴定报告进行加固设计、施工安排；(2)钢筋混凝土结构改造、补强应尽量避免对原有结构进行扰动、破坏；(3)钢筋混凝土结构施工前一般需要对原有结构进行卸荷，尽量减少二次受力的影响；(4)钢筋混凝土结构改造、补强前需要对原建筑、结构图纸等资料研究

16、，视工程具体情况提供相关的检测鉴定报告。7.7.2 2 施工过程中的控制施工过程中的控制 在拆除施工过程中，应严格按照划分的切割块体顺序进行施工，避免因单侧递推切割，导致结构偏心受力，影响原有结构的稳定。9 为了保证需要拆除结构物的尺寸，在初次切割时应准备对准所画轮廓线，切割过程中必须密切观察机座的稳定性，随时调整导向轮的偏移，以保证切割绳在同一平面内，保证切割面的平整规则。施工所用材料、工具与设备应经过检验合格后方可进场施工。8 8 安全措施安全措施 8.1 严格遵守国家、地方、行业有关的法律法规，并根据钢筋混凝土切割施工的特点，编制详细具体的施工组织设计，提出安全的注意事项及具体措施。8.

17、2 使用前，应检查并确认电动机、电缆线均正常，保护接地良好，防护装置安全有效。电缆架设应顺直、标准，保证良好的绝缘性能；所有电气设备和金属外壳具有良好的接地和接零保护，所有的临时电源和移动电具装置有效的二级漏电保护开关，潮湿的场所使用安全电压。8.3 启动后，应空载运转，检查并确认运转方向正确，升降机构灵活，运转中无异常、异响，一切正常后，方可作业。混凝土切割作业中，当工件发生冲击、跳动及异常音响时，应立即停机检查，排除故障后，方可继续作业。不得带“病”作业，每日要检查设备的工作状态。严禁在设备在运转过程中检查、维修设备各部件。8.4 混凝土切割操作人员，在操作切割机时，不得强行进刀切割。切割

18、厚度应按机械出厂铭牌规定进行，不得超厚切割，避免设备超限作业。8.5 混凝土切割时应注意被切割钢筋混凝土实体的受力变化，做好监测。避免卡锯等。8.6 金刚石绳锯切割机进行作业时，半径 6 米区域内不得有人员进入，防止绳锯断裂溅伤人员。施工现场必须设有安全标志，设置安全警戒区，切割作业区域内非工人员禁止入内。8.7 作业后，应清洗机身，擦干锯片，对设备进行保养，排放水箱余水，收回电缆线，并存放在干燥、通风处。8.8 施工人员需经过现场安全教育培训，并参加施工技术、安全技术措施交底；特殊作业工种必须持证上岗；此外作业人员应熟知施工现场的危险源和应急措施。10 8.9 作业人员应配有合格的个人防护用

19、品，定期体检，严格执行职业病防护措施。做好不同季节作业人员防暑降温、防寒保暖防滑等工作。8.10 起重设备、吊具、锁具正式使用前必须组织试吊、试运行，经确认合格后方可进行吊装作业，吊装作业中严禁超载。8.11 施工现场设专职安全员并配备必要的工具，不断巡视，预防安全施工的发生。8.12 按照应急预案要求配备抢险人员和救援器材。9 9 环保措施环保措施 9.1 按照工组织设计要求规划布置施工现场的环境保护设施，制定并实施环境管理方案。建立可靠的环境保护、环境卫生管理和检查制度，在施工过程中督促检查，并应做好检查记录。9.2 施工前，应对每位作业人员进行环境保护、环境卫生教育培训，并做好记录。9.

20、3 噪声控制应符合当地政府部门或附近居民要求。一般需制定相应的降噪措施，施工过程中，应尽量集中劳动力及切割设备在噪声限制较低的白天进行作业，避免夜间施工噪音超标。采取必要的减振措施，在主要声源处加隔音罩或隔音围挡。9.4 合理安排施工用地，对施工场地范围内的树木进行移植，保护施工场地和临时设施附近的植被。9.5 在靠近河流处，施工场地外围设置围墙，防止施工用料和废渣落入水体。施工现场的污水处理采用有组织排水。在切割施工区域周围砌筑挡水墙并设水沟，将污水引至水沟流入沉淀池后，方可排入施工现场的污水井内，达标后方可排放。施工废渣按建设、环保要求堆放和运至指定位置，杜绝随意排放和倾倒。1010 资源

21、节约资源节约 10.1 环境资源的珍贵性日益突出，与传统的拆除工艺相比，静力无损拆除钢筋混凝土结构在环境保护方面更体现出其优越性。使用破碎锤、风镐等需用燃烧柴油获得驱动，即浪费柴油由污染环境，不能保障施工人员的身心健康。10.2 静力无损拆除施工操作过程中，可以直接将拆除体运输至处理厂，减11 少了施工现场处理废渣的费用。10.3 在使用切割施工过程中，依据起吊设备的大小选择性的决定切割体的大小，节约废料运输成本。10.4 施工冷却用水可以回收循坏利用，减少水资源的浪费。1111 效益分析效益分析 以拆除 C30 钢筋混凝土 100m3为例，对比分析（如表 11-1 所示）人工拆除、机械（风镐

22、）拆除、机械（破碎锤）拆除、绳锯无损拆除。表表 1111-1-1 四种拆除方式效益对比分析表四种拆除方式效益对比分析表 按相关台班价，综合分析如表 11-2 所示：表表 11-211-2 总费用、时间分析表总费用、时间分析表 序号 拆除方式 总费用（元）总时间（天）1 人工拆除 108000 70 2 机械（风镐）拆除 107940 54 3 机械（破碎锤）拆除 56250 15 4 绳锯无损拆除 35000 10 从上表中可以看出：费用总额,从大到小以此是：人工拆除 机械（风镐）拆除 机械（破碎锤）拆除 绳锯无损拆除，较传统人工拆除节约费用 73000 元；编号 项目 单位 单位费用 人工拆

23、除 机械（风镐）拆除 机械（破碎锤）拆除 绳锯无损拆除 1 人工 工日 150 720 266 15 20 2 电动空压机3m3/min 台班 160 54 3 风镐 台班 100 108 4 挖机破碎锤 台班 2400 15 5 50 装载机 台班 1800 27 10 6 绳锯切割机 台班 1000 10 7 吊车 台班 2200 10 12 总用时,从大到小以此是：人工拆除 机械（风镐）拆除 机械（破碎锤）拆除 绳锯无损拆除，较传统人工拆除节约时间 60 天；相对传统工艺，钢筋混凝土切割是钢筋混凝土结构拆卸技术发展的一个飞跃。这种工法具有技术先进、综合经济效益显著的突出特点。主要表现在以

24、下几面：11.1 施工机械化程度高，减少劳动力的浪费 以往的混凝土结构改造过程中，需要使用大量的人工配合空压机、风镐进行凿除。大体积的混凝土结构采用重型机械（如：破碎锤）进行拆除。采用新工艺后，一台切割设备只需配置 23 人便可完成计划工作量。11.2 工效高，工期短 在采用了机械化切割设备进行施工后，工效较以往人工凿除有了大幅度的提高，同时工期缩短。11.3 无环境污染，提高文明施工建设 本工艺符合环保需求，噪音低，无粉尘废气污染，具有传统施工方法无法比拟的优越性。传统分离拆除法与金刚石绳锯切割拆除法的比较传统分离拆除法与金刚石绳锯切割拆除法的比较 传统分离拆除法 金刚石绳锯切割拆除法 拆除

25、原理 利用人工风镐、破碎锤、爆破等巨大的动力来分离破碎混凝土属于破坏性拆除（有损原有结构的稳定）。用液压马达高速驱动金刚石绳索高速运动，实现静力切割。对较大尺寸的混凝土构筑物实行大面积、大体积的局部分离，无整体的分离截面，对后续的加固施工造成一定的困难 对较大尺寸的混凝土构筑物实行小面积、大体积的整体分离，有整齐的分离截面，对后续的加固施工产生更小的影响。受被拆除物体积大小和形状的限制。不受被拆物体积大小和形状的限制。是能实现竖直方向的切割。可以实现任意方向的切割，如横向、竖向、对角线方向、曲面等。分离速度慢、拆除效率低，工期较长 切割速度快、效率高，快速切割可缩短工期。施工中振动大、噪音刺耳

26、、灰尘大，污染环境大。施工过程中的无振动、噪音小、无灰尘，解决了拆除过程中环境污染问题。近距离操作控制，不能实现水下、危险作业区域、狭小作业区域等特定环境下一般设备、技术难以完成的混凝土拆除。远距离操作控制，可实现水下、危险作业区域、狭小作业区域等一些特定环境下一般设备、技术难以完成的混凝土拆除。属动力分离、效率低、利于破碎作业，适于间断作业。属静力多角度切割、高效、安全、切割面平整、利于分离作业，可连续作业。特点 对原有预留结构有不同程度的损坏 静力切割拆除，不破坏原有结构的稳定性 13 1212 应用实例应用实例 12.12.1 1 应用实例一：应用实例一：G30G30 高速公路陇西段抢险

27、工程高速公路陇西段抢险工程 12.1.1 工程地点：甘肃省定西市陇西县通安驿镇下双尾子村 12.1.2 施工工期：5 个月 12.1.3 工程造价：0.3 亿元 12.1.4 工程概况：下行线桥梁天水侧增加 620m 跨径预应力连续箱梁桥，将原桥梁肋板台改桥墩（原桥台台背增设对称肋板台，对原桥台结构进行改造），本工程难度高、工期紧。如采用传统的改造拆除工艺，施工速度慢，人员投入大，对原桥台结构的稳定性存在一定的影响，留下安全隐患。在采用静力切割拆除设备后，施工速度加快，施工方法安全可靠，满足了对原有结构的保护。本项目总计拆除钢筋混凝土 21.42m3，切割面积为 14.225。该方法的成功应用

28、为今后各类桥梁、建筑等结构物的改造提供了一个值得借鉴的思路，静力无损切割拆除技术以其高效、安全、环保的优势满足现代生产需要。12.212.2 工程名称：工程名称：韩店至社棠公路二期工程张家川至恭门段二级公路工程韩店至社棠公路二期工程张家川至恭门段二级公路工程 12.2.1 工程地点：甘肃省天水市张家川回族自治县 12.2.2 施工工期：19 个月。12.2.3 工程造价：3.07 亿元。12.2.4 工程概况：恭门大桥位于甘肃省天水市张家川回族自治县恭门镇恭门村。桥梁起讫桩号K0+000K24+465 长 23.20km，K19+200 恭门中桥原设计为 320m，在完成桥梁下部结构后，设计变

29、更为 520m，需要将施工完成的 0#、3#桥台改造为桥墩，同时拆除部分桩基，最终实现桥梁增跨的设计要求。本技术在张家川至恭门段二级公路工程恭门中桥改造施工中成功应用，拆除钢筋混凝土 90.08m3，用时 10 天。在确保原有桥梁下部结构稳定的前提下，高效快速的拆除了需要改造的结构，有效解决了结构物改造拆除不准确、速度慢以及在悬空高墩台临空面上难以固定设备等技术难题，降低了施工安全风险，在拆除施工过程中，噪声低、无粉尘，14 整个施工过程中未发生质量、安全事故。为今后国内同类桥梁结构改造施工积累了宝贵的经验，自交工通车后，改造后的桥梁结构无变形、裂缝等问题，社会效益和经济效益显著，具有广泛的推广价值和应用前景。