雙曲拱橋拆除方案研究

常光照,顧 強

（上海現代建筑設計集團市政工程設計院，上海 200041）

0 引言

雙曲拱橋為拱圈由縱向拱肋和橫向拱波組成的拱橋，屬于上承式拱橋。若從主拱圈的橫截面上看，它由拱肋、拱波、拱板和橫向聯系等幾部分組成，由于介于拱肋之間的拱波也呈曲線形，且與主拱圈的曲線正交，故而稱為雙曲拱橋。這種橋型是20世紀60年代由我國江蘇無錫建橋職工首創的一種橋型，它充分發揮了預制裝配的優點，可以不要搭設滿堂支架施工，而所耗用的工料又不多，又可以加快施工進度，因此在當時得到了廣泛的采用。

同時，在雙曲拱橋的基礎上，為了增加橋型的適用性，通過拱肋形式的變化，又形成了剛架拱橋、桁架拱橋、斜腿剛構拱橋等多種橋型形式。

綜合多年以來該類型橋梁的使用狀況，現在看來，此種類型橋梁存在以下問題[1]：

（1）結構整體性問題。

此種橋型將主拱圈以“化整為零”的方法按先后順序進行施工，再以“集零為整”的方式組合成承重的整體結構，主拱圈分期形成，呈現組合結構的受力特征，整體性較弱，在地震荷載作用下容易發生破壞。

（2）水平推力問題。

對于江南軟土地基上的雙曲拱橋，由于拱肋水平力由臺后土壓力或摩阻板相平衡，長時間作用下，大量基礎均發生位移，致使拱腳、跨中處出現裂縫等病害。

（3）荷載等級問題。

此種類型橋梁建設時橋面荷載均較小，由于現在的荷載等級均有大幅提高，故雙曲拱橋已不能滿足現階段的荷載使用要求。

（4）通航空間問題。

由于雙曲拱橋為上承式拱橋，拱肋對橋下空間具有一定的壓縮。相對于上世紀70～80年代，現在河道通航標準有所提高，致使以前所修建的雙曲拱橋大多已不能滿足通航要求，形成控制航道通行的瓶頸。

由于雙曲拱橋存在上述問題，此種橋型現已較少采用；對于已建的雙曲拱橋，也在逐步進行拆除。本文以蘇州市滄浪新區內跨京杭運河的新郭橋為背景對此種類型橋梁的拆除方案進行研究。

1 工程概述

新郭橋是蘇州市滄浪新區內跨越京杭運河的一座橋梁（見圖1），新郭橋的建成竣工日期為1989年10月，橋梁跨徑布置為2×6 m+70.48 m+2×6 m，橋梁計入橋臺后全長為94.8 m。

圖1 新郭橋現狀圖

主橋為跨徑為70.48 m的雙曲拱橋（斜腿剛架拱橋），由三榀拱肋組成，每榀間距3 m；橋面為預制微彎板與現澆組合結構，橋面總寬為：7 m+2×1.0 m=9 m。

原設計通航水位為4.2 m，通航凈高7 m，通航凈寬為頂寬35 m，底寬50 m。原橋設計荷載等級為汽車-15級，掛車-80，人群荷載為3.5 kN/m2；主橋采用預制主拱腿，支架拼裝的方法施工；橋面微彎板一次澆筑完工，為現澆混凝土路面。

橋梁建成至今已逾20 a，受船只擦碰、混凝土老化影響，主拱腿及橫向系桿出現多處混凝土剝落及露筋現象，但主結構仍保持完好。

該橋荷載等級現已不能滿足要求，橋梁使用存在較大的危險性，已列為危橋，封閉交通。同時橋梁本身通航凈空小于京杭運河的上下游航道，結構防撞能力又極其薄弱，對航運安全和橋梁安全構成極大的威脅。經反復研究討論，決定將該橋拆除。

2 常用拆橋方案

河道上拆除橋梁，最重要的考慮因素是對航道的影響問題。首先是航運安全，其次是航道占用，盡量減少對正常航運的影響。不同的拆除方案都要具有可實施性，同時要兼顧工程的經濟性。橋梁的拆除應根據具體的橋梁狀況、施工條件、施工環境，來選用經濟合理安全的施工方案。

老橋拆除的施工順序原則上按照建橋相反順序進行，即：橋面附屬結構（欄桿和橋面鋪裝混凝土）→橋面系（現澆組合混凝土和微彎板）→橫隔板→引橋緊靠剛架拱的簡支梁→剛架拱空腹上弦桿→斜撐→拱腳上豎桿→整片主拱腿吊移→引橋靠橋臺處簡支梁→橋臺→臺后填土和擋墻→破碎建筑物處理。

目前主要的橋梁拆除方法有以下幾種[2]。

2.1 控制爆破法拆除法

采用控制爆破方案和機械、人工相結合的方法對橋梁進行拆除，其優點是拆除速度快，對橋型結構的影響小。其缺點為封航時間長，同時還需要封閉全線道路交通，水中的碎渣清理困難，同時爆破產生的飛石、震動等副作用對周圍環境造成一定的影響。

2.2 搭設支架逐塊拆除法

該方法最大的優點是拆除速度快，同時拆除碎渣可以在支架上鋪一層鋼板，用挖掘機和人工配合清理運走。其缺點是橋下工作面小，橋下凈空受限制，水中設滿堂支架施工難度大，不僅支架基礎不易施工，同時航道管制也非常困難。

2.3 船舶浮運拆除法

該方法是采用多條鋼質駁船，組成整體，在船上搭設支架，用拖輪將整體組合船只拖到主跨橋位下，在主跨兩端切斷，通過渡船將切斷的梁體運到岸邊，再在船上分塊切割，由浮吊吊上堤岸，用鑿巖機破碎清理。該方法的優點為：對航道船只通航影響小，斷航時間短，航道管制方便，船只靠岸搭設支架，施工難度小，無需水上作業，拆除速度快。其主要缺點為：渡船拖運時受氣候影響較大，對船只和船上支架的整體性、穩定性要求高，對河道通航能力要求比較高。

新郭橋的拆除，應根據橋位處的具體情況，結合橋梁現狀統一進行考慮，制定出切實可行的拆除方案。

3 新郭橋實施的拆橋方案

根據該橋跨度大，橋面寬度小的特點，先將橋面系、微彎板及人行道板等結構拆除以減小荷載，然后利用運河中的駁船對拱肋進行分點拉伸，直接將拱肋及橫系梁拉倒于河道之內，然后利用浮吊船對拱肋及橫系梁進行打撈，最后對河道進行局部疏浚即可。

具體拆橋施工順序如下：

（1）圍封工作場地，修整施工便道 → (2)橋面系及附屬工程拆除→ (3)人行道板拆除→(4)橋面微彎板及橋兩側懸臂板拆除 → (5)拱肋拆除前期準備 → (6)整片拱肋吊裝拉伸拆除 → (7)引橋、排架拆除 → (8)清理航道 → (9)廢物外運 →(10)驗收。

該橋跨度較大，由于裸拱結構對變形很敏感，抗變形能力差，在拆卸過程中拱結構離開拱座后容易發生失穩、側傾及大變形破壞，因此該方案針對拆橋過程中最不利狀況進行了有限元模擬驗算，控制結構在最不利狀況下的承載能力和穩定性均能滿足結構要求，保證結構受力處于可控狀態。

橋面微彎板拆卸時從兩個1/4跨徑處向跨中和兩側對稱有序拆除。保證拱肋均勻卸載，截面、荷載無突變和較大集中力。

另外，施工過程中仍需采取一定的措施，保證一定的安全距離，防止拆橋過程中出現事故，如拱肋側翻或斷裂、脫落等砸在吊船或人員機具上引起工程事故。拆橋配置的設備要充分考慮結構的可能碎裂狀況，及時對破碎物進行清理，控制在規定斷航時間內完成水上作業。

該方案優點：主橋拆除時間短，拆橋速度快，拆除施工過程中只需一次封航，橋面及附屬結構拆除時可以在人工和機械配合下，比較容易清理。

該方案主要控制性問題為：(1)拆除橋面微彎板過程中，需嚴格控制對稱性、均勻性，否則易發生面內外失穩。(2)結構在裸拱狀態易發生失穩。過程中應通過結構計算和施工工藝對上述問題進行嚴格控制，以免發生工程事故。

4 其他比選拆橋方案

在該橋拆除方案制定過程中，對其他可行的拆橋方案也進行了比選研究。

4.1 比選方案一：臨時支撐法

該方案主要思路為在主跨四分點設置臨時托架，主跨跨中部分（占全跨1/2）利用浮吊一次性先拆除，然后再分塊拆除其他部分梁體。

該方案優點是水中搭設支架對橋梁結構進行支撐，屬于常規工藝，相對來說安全可靠。

其缺點為：由于在河道中搭設鋼管樁基礎，因此對河道的影響較大，在拆橋過程中，航道的通航空間會受到限制。同時在實腹段和空腹段交接處的河道上打鋼管樁不易施工，在打鋼管樁過程中上下游都需要航道管制等。河道中設置支撐，還需要考慮到船只撞擊的可能性，需要采用措施保證其安全。

4.2 比選方案二：斜拉扣索法

在引橋邊跨處搭設塔架，在引道上埋設錨塊，在橋跨四分點設置拉索錨固點，安裝拉索及卷揚機，對橋梁須施緊固力。主橋跨中部分采用二臺浮吊、三榀拱肋實腹段及橫系梁一次性移位。

方案優點：在主橋橋墩位置設置鋼管索塔，利用拉索的豎向分力來平衡空腹段的自重，無須設置水上臨時支架，減少了水下作業和封航的時間。該方案在進行空腹段及邊跨拆除施工過程中都不需要封航道，拆除碎渣可以采用挖掘機和人工配合比較容易清理，同時施工過程也比較安全。

方案缺點：由于施工中采用斜拉索形式代替鋼管樁支撐，因此對拉索的索力控制、錨索基礎的水平位移控制較為嚴格，否則易于形成安全隱患。同時，主梁上錨點的選擇和安裝錨具均較為復雜，需要保證在整個拆橋過程中纜索系統安全可靠。鋼塔上進行纜索系統安裝屬于高空作業，要采取措施保證其安全性。

綜合考慮各方面的因素，現場最終采用的方案，施工工藝簡單，施工速度快，費用較低，而且對航道的影響也不是很大，是一種較為合適的拆橋方案。

5 小結

雙曲拱橋的拆除難度大、風險大，需根據橋梁狀況、施工條件、施工環境來確定橋梁的拆除施工方案。通過對新郭橋的詳細分析，制訂了較為詳細的橋梁拆除施工方案，并指導施工單位按照方案確定的步驟進行施工，較好地完成了拆橋工作。

該工程提出的對雙曲拱橋的拆除方法在江南地區具有相當的通用性，可供其他橋梁拆除施工時參考。

[1]李金榮，孫軍.雙曲拱橋拆除施工安全事故發生的原因及對策[J].建筑安全，2004，（12）.

[2]孟文華.雙曲拱橋拆除方法[J].市政技術，2005，（09）.