摘要： 本文以广州北环高速公路高架桥梁改造工程的实际案例为切入点，深入探讨其高架桥梁概况，了解高架桥梁拆除施工工艺和要求，引进国产新型设备——液压分裂机，确定施工方案，从而达到施工要求及时完成施工及减少了施工成本。

关键词： 北环高速公路高架桥梁 拆除施工工艺 液压分裂机

1. 广州北环高速公路概况

广州北环高速公路（以下简称“北环”）是我国 90 年初期建成并投入运营的，是国内最早通车的高速公路之一，西起沙贝连接广佛高速公路 , 东至广氮连接广深高速公路和东南西环高速公路 , 是广州市东西走向的交通大动脉 , 现日均车流量达到 16 万车次 . 北环至今已运行近 20 年 , 高架桥损坏严重 , 存在安全隐患 , 现对北环高速公路高架桥进行大修整治 , 施工公路段为广清立交至岑村立交区间 , 全长 22 公里 、桥面面积约 23 万平方 , 工期预计 300 天 , 桥面拆除工期预计约 120 天 , 日均拆除量达 3400 平方，这是建国 60 周年首次大规模城市环城公路翻新改造，时间紧迫，任务重，气温高等不利条件

对北环高速公路高架桥改造的施工要求 :

•  高架桥的改造是在原有桥梁构造不变的基础上对桥面钢筋混凝土的拆除 , 拆除的钢筋混凝土路面厚度是 12 — 35 公分 段，不可破坏桥梁结构；

•  在拆除的过程中又能保持高架桥下面的交通正常运行；

•  噪声污染比较严重和工人工作环境需产生尽少量的颗粒尘灰。、

•  时间紧迫，必须在 120 天内完成全部混凝土路面的拆除工程；

针对上述要求， 北环公路局探讨了不同的施工方案。

2. 桥面钢筋混凝土拆除各种传统施工方案

2.1 破碎锤冲击破碎

采用破碎锤冲击施工破碎，首先容易产生较多的大的碎石颗粒，对桥下行人的安全没有保障，会导致高架桥下面的交通全部瘫痪；其次最主要的原因是不能保证在拆除桥表面混凝土的同时，不 破坏桥面结构 。

2.2 原始人工打钎

如果完全采用原始人工打钎等体力方法拆除路面工程，效率太低，劳动强度大，工期必将会被严重拖延，无法完成施工。

2.3 人工手持风镐法

采用人工手持风镐法，不仅效率不高，而且噪声污染很严重。

2.4 切割法

采用石材锯先对混凝土桥面进行切割，然后再利用手持破碎锤冲击破碎，切割片近 900 元一片，现场需要水，施工地钢筋网多，对刀片的损坏大，所以这样的施工工艺不仅施工成本高，而且效率低。

根据以上几种方案的弊端 和对北环公路施工的特点与工期的特殊情况，并结合特殊的施工条件与作业环境， 北环公路局赖主任不辞辛苦、孜孜不倦的请教国内外路面桥梁施工专家，全力以赴地考察施工设备使用情况，寻找最佳施工方法，在关键时刻，他大胆尝试采用新工艺法、引进新的国产自主研发设计的新设备——液压分裂机，采用 液压分裂机静态分裂施工法及人工手持风镐法相结合的施工方案进行拆除施工。

3. 液压分裂机

液压分裂机是 深圳市凯强力科技有限公司自主研发设计生产的液压静态分裂的新产品，主要用于建筑石材的开采作业：大块矿石（金属矿、非金属矿）的二次解体；混凝土构件（水泥路面、机床基础、桥梁及房屋构件）局部和全部拆迁作业。此作业方式具有结构简单，操作方便，作业效率高，成本低、安全、节能等一些列优点，是一种完全可以取代二次爆破和手工解体的理想设备。

3.1 液压分裂机原理及作用

3.1.1 液压分裂机原理

液压分裂机是根据楔块原理设计的——在最狭窄的孔中向外能够释放出极大的分裂力。楔器原理分析，在被分裂的岩石上钻好相应直径和深度的孔，将楔器和两个劈块插入钻好的孔中，如图（ 1 ）

图（ 1 ）

中间的楔器通过作用力 F 如图（ 2 ）在两个劈块之间向前运动，

图（ 2 ）

楔器向前运动的过程中，受到劈块对它的摩擦阻力 f, 和楔器给劈块的反作用力 , 劈块受到楔器的反作用摩擦力 f ，和楔器对它的分裂力 还有岩石对它的反作用力 , 通过三角形原理可以求出岩石的理想分裂力 ， （ 为楔器与劈块的单边夹角，通过斜度可求出）。

3.1.2 液压分裂机作用

液压分裂机利用斜度放大原理，除了克服摩擦力和劈块的抗拉力，产生的最大分裂力可达好几百吨甚至上千吨，分裂力将劈块向外推压，被分裂的物体在几秒之内即可产生裂缝或被整块翘起如图 3 、 4 所示：

图 3 分裂机分裂效果

图 4 分裂机分裂效果

3.2 利用液压分裂机施工的方法

1 ）布孔

根据施工现场钢筋网的分布状况，采用风动凿岩机，避开钢筋，凿 40mm 的孔，孔与孔之间的间距是大约是 500cm ，如图 5 所示：

图 5

2 ）破拆分离

a. 在预先打好的孔中，插入液压劈裂机，调整分裂方向，使其分裂方向一致如图 6 所示；

图 6

b. 分裂产生两种效果：①直接产生裂缝；②剥离撬起大块钢筋混凝土块如图 7 、 8 ；

图 7

图 8

c. 用风镐将液压分裂机分裂开的大块碎石破碎如图 9 ；

图 9

d. 采用挖机装渣，清理现场。

3 ）施工要求与投入的机械、人员配置如下表所示：

表 1 一个标段机械设备配置计划

表 2 一个标段现场生产人员配备

3.3 结合施工现场液压分裂机的改进

根据两三天现场施工使用现状，北环公路局物资部 蔡 部长对分裂机提出了一些改进：

3.3.1 对液压分裂机楔器的改进

原先分裂机楔器的形状是顺锥形的，如图 8 ：产生的分裂力是从口部顺延到底部，这种施工工艺适合于大理石和花岗岩的分裂，用于水泥混凝土的分裂效果不好，水泥的抗拉强度不够，造成分裂块较小，效果不明显，根据这一现状，将液压分裂机的组合楔器外圆采用倒锥如图 9 ，分裂时使混凝土底部先接触，从而加大混凝土孔与楔器的接触面积，从底部向上产生分裂，从而加大分裂面积，甚至在有的地方产生分裂层的剥离，从而产生更大的分裂面积。

图 8                                       图 9

3.3.2 液压分裂机油冷设备

鉴于施工时间紧迫，每天要求的施工时间在 20 小时左右，换人不停机的操作方法，正值高温季节（高达 37 ），太阳直射地面表明温度达到 40 多度，液压分裂机长时间高压溢流，油箱温度达到 90 多度，鉴于此情况，专门增加了油冷系统，从而使油温在高温高压长时间使用下，保证油温在 60 度左右，保证了液压元器件的使用。

3.4 工程成本核算

八个人一个班组施工中，使用风镐作业，拆除下来的岩石仅巴掌大小，日均拆除量约 10 平米，而同样的班组配置中，使用风枪与液压劈裂机作业日均拆除量可达 200 平方米左右，液压分裂机每一次拆除下来的石块都有 0.5 平米大小，因此液压分裂机的拆除效率约是风镐的 20 倍，高效拆除、省时省力、节约成本，是北环路面拆除的最佳设备。 7 月 18 日 新的施工设备与施工方案在样板标段试用后，效果十分明显，至 7 月 24 日 始在北环施工的各标段推广新方案的施工，到 7 月 29 日 统计数据显示，工期进度已拆除 2 万平米路面，已完成整个工期的 17% ，远超预计进度的 30% 。

4. 结论

自 7 月 18 日 北环高速公路大修工程正式开工后，经过实地工地的施工，采用 液压分裂机静态分裂施工法及人工手持风镐法相结合的施工方案进行拆除施工 厚混凝土钢筋的拆除不负众望，表现十分地出色。