CN107905127A - 一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法：首先根据墩柱的横截面尺寸及高度大小调节墩柱底部固定框、切割器、前后置伸缩杆、底座间距位置。其次通过控制系统控制前置伸缩杆、斜撑伸缩杆及前置滑动钳约束墩柱距离墩柱底部2/3位置处，以确保切割过程中墩柱始终处于竖直状态。最后随着墩柱的倾斜降落，前置滑动钳与墩柱发生相对的滑动，后置伸缩杆升高配合前置伸缩杆共同支撑墩柱，并根据相似比例关系缓慢降落，保持墩柱的平稳拆除。该装置解决了现有拆除工程中爆破及机械法拆除噪音大、所需场地大、工作量大，效率低等问题，对周围环境影响极小，速度快、操作灵活、成本低、重复利用率高，有着广阔的工程应用前景。

Description

一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法

技术领域

本发明涉及土木工程中的桥梁墩柱的拆除工程，能够平稳高效完成墩柱的整体拆除，尤其适用于对拆除项目周边环境要求控制严格的工程。

背景技术

随着我国经济的迅速增长，基本建设形成了宏大规模，城市扩建、改造、开发任务日趋繁重，原有陈旧或占据繁华地段的建筑要拆除，新的现代化建筑需建设，使得建筑业蓬勃发展。同时也暴露出了一些不容忽视的问题，特别是拆除工程安全，已经引起了各方面的高度重视。一些重大伤亡事故时有发生，给国家和人民造成很大的损失，在社会上造成不良的影响。因此，高度重视拆除工程安全，采取有效的安全技术措施，并强化管理以确保其施工安全，是建筑业安全生产目前面临的有待解决的问题。

1拆除工程施工的现状

(1)拆除工程量日益增大。要适应现代城市的要求，必将新建大型建筑群和改造市政、交通设施，这也必然会造成大量建筑物被拆除。基于城市规划、环保或其他方面的要求，也需拆除和改造某些原有建筑物。这些因素使拆除工程量日益增大。

(2)拆除工程种类增多。新材料、新技术的不断应用使建筑业迅速发展，同时也使拆除工程种类增多。拆除工程从拆除低矮平房、小型建筑发展到拆除包括各种楼房、桥梁、道路、地下建筑、水塔、烟囱等各种特殊建筑。从房屋拆除看，有多层也有高层，有民用住宅也有办公用房，有生活设施也有工业厂房，其结构更是种类繁多。从桥梁的拆除看，有城市的立交桥和河道的公路桥，也有铁路桥和人行桥等等。

(3)拆除工程的施工难度增大。从楼房的拆除看，除了其结构的日益复杂之外，高度不断增加，而且被拆除的建筑越来越大型化，有些甚至是综合性的建筑群及其配套设施。从桥梁的拆除看，除了一些小型拱桥和石桥外，某些较大型的钢结构桥、混凝土桥也成为制约交通发展的瓶颈，不得不随着城市快速路的修建和高速公路的建设被拆除。

(4)拆除方法复杂化。基于被拆除工程本身结构的复杂程度和规模的增大，传统的推拉、吊砸等拆除方法已远远不能满足需要，而需要多部门、多工种、各种机械密切配合，综合运用包括定向爆破在内的多种方法。

(5)拆除工程安全工作难度增大。从拆除作业的环境看，被拆除物大多处于繁华地区或交通干线，工作场所狭小，周围建筑、过往车辆和行人较多，施工中除了要保证作业人员安全外，越来越强调最大程度地减少对周围环境的影响，绝对保证过往行人和车辆的安全，这些要求增大了安全工作的难度。

2拆除施工工艺

目前国内外拆除工程建筑物的方法，主要有爆破法、机械法和综合拆除法。

(1)爆破法是利用介质激发的能量，破坏其周围的结构物，达到拆除目标的技术手段。一般分为控制爆破法、水压爆破法和无声静态爆破法3种。

a.控制爆破拆除法

控制爆破拆除法主要是以可控制雷管或炸药为媒介，通过对结构进行爆破设计，对结构实施有目的拆除的一种方法。此方法需要满足以下要求：要能控制被爆体的破碎程度、爆破破坏范围、被爆体的倒塌方向和碎渣堆积范围以及控制爆破所产生的有害效应。该拆除方法的优点：速度快、效果明显，倒塌方向、破坏范围等参数可以通过爆破设计进行控制。缺点：噪音大、爆破容易产生许多飞溅的碎渣，有时可能对周围的结构物、机械或人员产生破坏，一次爆破不能完全分离结构，还需后续大面积的清渣工作，所需场地大。控制爆破拆除法需设置防护网，爆破产生的空气冲击波、振动、飞散物、粉尘、噪声也会对周围的相邻结构造成伤害。

b.静态爆破拆除法

静态爆破法就是采用无声膨胀材料，利用其产生的膨胀压力实现对结构物的破碎。这种方法已经大量用于桥梁拆除工程，各种新型膨胀材料也不断出现。优点：无噪音、低振动、无飞石等，公害少。特别适宜构筑物的解体，如在邻近高速公路、城市周围的土木工程、原子能发电炉等在破碎拆除诸方面的应用。爆破材料非易燃、易爆危险品，运输、保管、使用安全；爆破操作简单，不需堵炮孔，不用雷管，不需点炮等操作，不需专业工种；另外经过适当设计可进行定向破碎，特别是对大体积脆性材料的破碎及切割效果良好。缺点：使用这种膨胀材料，水上作业时会造成水质污染，并且可能对施工人员造成伤害。

c.水压爆破法

在结构物中充水，然后埋置炸药，以水为介质，利用爆炸时产生的水中冲击波和高压气团膨胀形成的水压作用，传递给结构物达到拆除的目的。这种方法多用于拆除能够充水的建筑物，近年来在桥梁拆除中逐步运用。该方法的优点是拆除效率高，爆破材料使用较少，相对比较经济。缺点是水压爆发法的使用条件相对比较苛刻，只能限于可盛水结构。

(2)机械法采用人工机械进行拆除的方法。一般分为切割法、热熔法和预裂法。机械法主要在于机具的性能，常用的机具有以下几种：风镐、风钻、炮头机、高温喷枪、劈裂机以及切割设备等。该拆除方法的优点是施工时无环境污染，施工较为简单。缺点是人工施工需要搭设防护网，需要将桥梁结构就地破碎，工作量大，工期较长。

(3)综合拆除法就是综合利用以上两种拆除方法进行有机结合的一种方法，兼顾各种方法的优点进行优化。目前桥梁拆除多采用综合拆除法。

爆破法虽然具有速度快、效果明显等优点，但是需要一定的施爆条件和场地，并且爆破容易对环境产生污染，很大程度上限制了其在工程上的应用。目前国外已经有国家明文禁止了爆破法的使用。机械法最大的缺点就是效率太低、拆除的扰动也相对较大。工具的改善，是带动工程发展的革命。随着科技的发展，拆除周围环境要求的进一步提高，具有能耗低、无噪声、无粉尘、体积小、重量轻、速度快、振动小、操作灵活、故障率低、使用寿命长等特点的拆除工具将更适应现代拆除工程，发展前景巨大，社会效益明显。

发明内容

技术问题：基于拆除工程本身结构的复杂程度和规模的增大，以及对周围环境的要求越来越高，桥梁墩柱作为结构物的主要受力构件是实现安全拆除的重要保证，然而传统的爆破法、机械法等拆除方法存在工期长、振动噪声大、环境影响恶劣等问题，故发明一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法，实现了对桥梁墩柱结构的低振动、整体拆除，拆除速度快，回收利用性强，尤其适应于对周围环境要求较高的拆除工程，社会效益明显。

技术方案：本发明提供了一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法，该方法包括以下步骤，各步骤涉及的具体技术方案如下：

第一步：根据墩柱的横截面尺寸及高度大小调节拆除装置各部件位置，

1)墩柱底部固定框根据待切割墩柱的截面尺寸调节固定框的大小，确保切割器刀具能够将墩柱底部完全切割；

2)根据墩柱的高度调节切割距离调节杆、伸长前置伸缩杆、斜撑伸缩杆及前置滑动钳，使得滑动钳能够夹住距离墩柱底部2/3位置处，能在墩柱倾斜时增大伸缩杆以减小侧向压力

3)调节底座距离调节杆，使得前置伸缩杆与后置伸缩杆间距不超过墩柱长度的1/3，能保证墩柱倾斜缓慢降落时墩柱底部及前后伸缩杆能够提供有效支撑，减小拆除过程中墩柱的因重引起的剪应力；

第二步：前置切割器切割墩柱的底部，切割前控制系统控制锁死前置伸缩杆及斜撑伸缩杆，不让其发生伸缩滑动，同时控制前置滑动钳夹紧距离墩柱底部2/3位置处，以确保墩柱在切割过程中墩柱的处于竖直状态，直至切割器完全切断墩柱底部；因只切割一个截面，施工工作量小，对周围环境几乎没有影响。且切割过程中墩柱2/3位置处相当于一个上部约束能够使墩柱在底部切割过程中始终出于稳定状态，安全系指数高。

第三步：墩柱缓慢倾斜下落过程，

1)待墩柱底部已完全被切割器切断时，控制系统控制前置伸缩杆缓慢收缩，保证墩柱处于相对的平衡状态；

2)因前置伸缩杆缓慢收缩，故前置滑动钳会带动墩柱缓缓倾斜，前置滑动钳内部安装的压力传感器实时反映墩柱倾斜过程中对前置伸缩杆的压力大小并反馈给控制系统，以实时控制前置伸缩杆提供的支持力；

3)同时前置滑动钳内侧的内置滚珠保证墩柱倾斜下落过程中沿着前置滑动钳相对的滑动，保证了墩柱倾斜的顺畅不至于卡塞；

第四步：墩柱的安全着陆，

1)随着墩柱的倾斜降落，前置滑动钳与墩柱发生相对的滑动，墩柱支撑位置将逐渐接近墩柱中部；

2)此时墩柱仅有墩柱底部及前置伸缩杆支撑，墩柱顶部部分处于悬臂状态，很可能因自重导致断裂威胁拆除安全。

3)控制系统自动调节升高后置伸缩杆及斜撑伸缩杆，直至后置固定钳夹紧墩柱顶部处，并同时控制前置伸缩杆与后置伸缩杆根据相似比例关系缓慢降落，保持墩柱的平稳下降，直至降落至安全高度并通过大型运输车整体运离现场。

其中，

第二步中前置切割器只需切割墩柱的底部一个工作面，工作量小，振动小，对周围环境的影响性小，同时保证了拆除墩柱的完整性，有利于后期的处理与利用。

第二步中切割过程墩柱2/3位置处有一个上部约束，能够使墩柱在底部切割过程中始终出于竖直稳定状态，安全性指数高。

第三步中墩柱倾斜下落过程，沿着前置滑动钳可发生相对的滑动，保证了墩柱倾斜下落的顺畅，避免发生卡塞。

第四步中控制前置伸缩杆与后置伸缩杆共同支撑墩柱，并根据相似比例关系缓慢降落，避免了墩柱顶部部分处于悬臂状态，大大减小墩柱结构的剪力，也保证了墩柱的倾斜下落过程的稳定性。

有益效果：现有拆除工程中爆破及机械法拆除噪音大、破坏性强、清渣工作量大，所需场地大，效率较低。同时现有的拆除工程种类增多、难度增大，其结构的日益复杂，越来越强调最大程度地减少对周围环境的影响，传统的拆除方法已无法满足现在的拆除要求。本装置针对结构物的主要受力构件墩柱，能实现对墩柱的低振动整体安全拆除，具有能耗低、无噪声、无粉尘、速度快、振动小、操作灵活、成本低、重复利用率高等特点，对周围环境影响极小，有着广阔的工程应用前景，将产生显著的社会经济效益。

附图说明

图1：一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法操作流程图，

图2：装置整体布置图，

图3：前置滑动钳示意图，

图4：后置固定钳示意图，

图5：大小伸缩杆示意图，

图6：墩柱底部切割器示意图。

图中有：待切割墩柱1；前置滑动钳2；后置固定钳3；前置伸缩杆4；后置伸缩杆5；斜撑伸缩杆6；切割距离调节杆7；底座距离调节杆8；底座9；控制系统10；墩柱底部切割器11；滚轮12；供能系统13；钢夹具14；内置滚珠15；内置固定卡口16；压力传感器17；钢转轴18；墩柱底部固定框19；切割器刀具20；钢切片21；切割器调节杆22；待切割墩柱位置23；

具体实施方式

本发明的具体实施的主要流程具体如下(参见图1)：

步骤一：前期准备工作。墩柱底部固定框19根据待切割墩柱1的尺寸大小调节固定框的大小，确保切割器刀具20能够将墩柱底部完全切割。根据墩柱的高度调节切割距离调节杆7，伸长前置伸缩杆4及斜撑伸缩杆6使得前置滑动钳2夹住距离墩柱底部2/3位置处。调节底座距离调节杆8，使得前置伸缩杆4与后置伸缩杆5间距不超过墩柱长度的1/3。

步骤二：墩柱的底部切割工作。此时控制系统控制前置滑动钳2夹紧距离墩柱底部2/3位置处，并锁死前置伸缩杆4及斜撑伸缩杆6，防止墩柱在切割过程中倾斜。使用墩柱底部切割器11切割墩柱底部直至完全切断。

步骤三：墩柱的倾斜降落过程。待切割墩柱1已经完全被切割器11切断。控制系统控制前置伸缩杆4缓慢收缩，前置滑动钳2会带动墩柱缓缓倾斜。由于前置滑动钳2内部安装的压力传感器可实时反映墩柱倾斜过程中对前置伸缩杆4的压力大小，同时前置滑动钳2内侧的内置滚珠15可保证墩柱倾斜下落过程中沿着前置滑动钳2相对的滑动。

步骤四：墩柱的安全着陆，拆除工作完成。随着墩柱的倾斜降落，前置滑动钳2与墩柱发生相对的滑动，墩柱支撑位置将逐渐接近墩柱中部，为防止墩柱顶部部分悬臂而导致断裂威胁拆除安全。控制系统控制调节后置伸缩杆5及斜撑伸缩杆6，将后置固定钳3夹紧墩柱顶部处，并同时控制前置伸缩杆4与后置伸缩杆5根据比例关系缓慢降落，保持墩柱的平稳，直至降落至安全高度并通过大型运输车整体运离现场。

Claims (3)

1.一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法，其特征在于该方法包括以下四个步骤：

第一步：根据墩柱的横截面尺寸及高度大小调节拆除装置各部件位置，

1)墩柱底部固定框根据待切割墩柱的截面尺寸调节固定框的大小，确保切割器刀具能够将墩柱底部完全切割；

2)根据墩柱的高度调节切割距离调节杆、伸长前置伸缩杆、斜撑伸缩杆及前置滑动钳，使得滑动钳能够夹住距离墩柱底部2/3位置处，能在墩柱倾斜时增大伸缩杆以减小侧向压力

3)调节底座距离调节杆，使得前置伸缩杆与后置伸缩杆间距不超过墩柱长度的1/3，能保证墩柱倾斜缓慢降落时墩柱底部及前后伸缩杆能够提供有效支撑，减小拆除过程中墩柱的因重引起的剪应力；

第二步：前置切割器切割墩柱的底部，切割前控制系统控制锁死前置伸缩杆及斜撑伸缩杆，不让其发生伸缩滑动，同时控制前置滑动钳夹紧距离墩柱底部2/3位置处，以确保墩柱在切割过程中墩柱的处于竖直状态，直至切割器完全切断墩柱底部；

第三步：墩柱缓慢倾斜下落过程，

1)待墩柱底部已完全被切割器切断时，控制系统控制前置伸缩杆缓慢收缩，保证墩柱处于相对的平衡状态；

2)因前置伸缩杆缓慢收缩，故前置滑动钳会带动墩柱缓缓倾斜，前置滑动钳内部安装的压力传感器实时反映墩柱倾斜过程中对前置伸缩杆的压力大小并反馈给控制系统，以实时控制前置伸缩杆提供的支持力；

3)同时前置滑动钳内侧的内置滚珠保证墩柱倾斜下落过程中沿着前置滑动钳相对的滑动，保证了墩柱倾斜的顺畅不至于卡塞；

第四步：墩柱的安全着陆，

1)随着墩柱的倾斜降落，前置滑动钳与墩柱发生相对的滑动，墩柱支撑位置将逐渐接近墩柱中部；

2)控制系统自动调节升高后置伸缩杆及斜撑伸缩杆，直至后置固定钳夹紧墩柱顶部处，并同时控制前置伸缩杆与后置伸缩杆根据相似比例关系缓慢降落，保持墩柱的平稳下降，直至降落至安全高度并通过大型运输车整体运离现场。

2.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法，其特征在于第二步中前置切割器只需切割墩柱的底部一个工作面，且切割过程墩柱2/3位置处有一个上部约束，工作量小，振动小，能够使墩柱在底部切割过程中始终出于竖直稳定状态，保证了拆除墩柱的完整性，安全性指数高。

3.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁墩柱的低振动整体定向拆除方法，其特征在于第四步中控制前置伸缩杆与后置伸缩杆共同支撑墩柱，按相似比例关系缓慢降落，能避免墩柱顶部部分处于悬臂状态，大大减小墩柱结构的剪力，保证墩柱的倾斜下落过程的稳定性。