鋼筋混凝土中承式拱橋拆除施工技術

□文/秦林

鋼筋混凝土中承式拱橋拆除施工技術

□文/秦林

文章以主孔為鋼筋混凝土中承式拱橋為例，對混凝土中承式肋拱橋的拆除原則、拆除工藝、拆除理論分析工況、計算內容等進行了系統總結。

鋼筋混凝土；中承式；拱橋；拆除

1　工程概況

某橋主孔為鋼筋混凝土中承式拱橋，橋梁跨徑78 m，橋面寬度0.2 m人行道護欄+1.3 m人行道+0.8 m拱肋+0.25 m行車道緣石+7 m行車道+0.25 m行車道緣石+0.8 m拱肋+1.3 m人行道+0.2 m人行道護欄=12.1（m）。

橋拱肋采用工形截面，截面高度1.9 m、寬度0.8 m，拱肋中心距8.3 m；拱肋線形采用拋物線，下緣計算跨徑72 m、矢高14.52 m。兩拱肋之間由K字風撐聯結，風撐采用矩形截面，高0.65 m、寬0.22 m。吊桿采用4根平行布置的φ32 mm精軋羅紋鋼（Ⅳ級鋼），縱橫向間距0.13 m，螺紋鋼外包裹混凝土，混凝土截面尺寸為0.18 m×0.18 m。橋面板采用三孔空心板，中、邊板寬度均為1.49 m，高度均為0.49 m。縱梁采用倒T形截面，高0.73 m、寬0.8 m。拱肋與橋面系相交處，采用加勁橫梁，由2個直角折尺牛腿結構組成，總寬度2.9 m、高度0.58 m，兩結構間預留5 cm縫隙。橋面以下的拱肋上承部分，設立柱支撐縱梁，立柱截面均為0.22 m×0.5 m。

大橋為有推力肋拱橋，主橋橋墩承臺與引橋墩臺之間設有水平傳力桿（撐梁），引橋橋臺的引道路基下設有阻滑板，撐梁與阻滑板用來平衡拱肋最大1 013 t的水平推力。

2　拆除施工遵循的原則

2.1逆序拆除

拆除老橋與修建新橋最本質的區別是新建橋梁隨著施工步驟的不斷推進，結構不斷趨于穩定，工況不斷趨于有利，直至成橋通車，結構處于最佳受力狀態；與此相反，橋梁拆除則隨著構件的不斷支離，結構的穩定性不斷削弱，施工工況也處于不利狀態。因此老橋拆除需對橋梁結構本身有較好的理解，而最基本就是了解老橋成橋施工順序，采取逆序拆除施工的原則（爆破拆除例外），根據逆序原則，確定老橋拆除施工的步驟。

2.2不影響交通

由于老橋拆除一般采用半幅施工、半幅通車且本項目明確要求施工期間交通不能中斷。老橋拆除施工時不影響交通的范圍不僅包括運河航道交通，也包括橋上通行半幅的交通以及從橋下穿過的道路交通等，這就需要采取水陸交通分流的措施，申請海事特護，辦理各種交通限行手續。老橋上附著的管線，也需提前做相應的拆除或改移。

3　老橋成橋施工步驟

采用少支架施工法，成橋施工順序可分為5個階段。

第1階段，先施工引道路基和引橋基礎、下部結構、上部結構，待引道及引橋施工完畢，才能施工主橋，這主要是考慮主橋為有推力鋼筋混凝土肋拱橋，主橋基礎與引橋基礎之間、引橋基礎與路基之間均設有抗水平推力的傳力桿和阻滑板，抗推力構件形成后，才能施工主橋。

第2階段，在支架上分段安裝預制拱肋，在安裝拱肋過程中相應部分的風撐同時安裝，使拱肋合龍，見圖1。

圖1　大橋第2階段施工

第3階段，澆筑各拱肋分段之間的濕接頭，安裝吊桿、立柱及縱梁并使縱梁形成整體，見圖2。

圖2　大橋第3階段施工

第4階段，安裝橋面行車道板及人行道板，澆筑板端與縱梁之間濕接頭，包括行車道板之間的鉸縫。

第5階段，現澆橋面鋪裝，安裝欄桿，通過旋擰精軋羅紋鋼端頭螺帽來調整吊桿拉力，最后用混凝土封包吊桿。至此全橋完成施工。

4　老橋拆除順序

1）橋面鋪裝、護桿拆除。

2）先從跨中向兩端拆除人行道板，再從跨中向兩端拆除車行道板。

3）拆除拱肋兩端上承部分的立柱、縱梁，單根縱梁及其下的3根立柱一起吊離，見圖3。

圖3　大橋拱肋上承部分拆除

4）拆除拱肋間大部分K字風撐，只在跨中兩側各6m位置處預留兩根水平撐，該兩水平撐與拱肋一起拆除。

5）拆除拱肋及下承部分的縱梁、吊桿，單根拱肋及其下的吊桿、縱梁采用浮吊整體吊離。兩根拱肋中拆除其中一根時，另一根先用鋼絲繩拉住；然后在待拆除拱肋由浮吊吊住的情況下，將風撐解除并把拱肋在拱腳處切斷，最后將拱肋吊離，見圖4。

圖4　大橋拱肋及下承部分整體拆除

6）拆除引橋各結構。

5　老橋拆除施工工況分析和計算內容

5.1工況分析

工況一，橋面鋪裝、護桿拆除。

工況二，先從跨中向兩端拆除人行道板，再從跨中向兩端拆除車行道板。

工況三，拆除拱肋兩端上承部分的立柱、縱梁，單根縱梁及其下的3根立柱一起吊離。

工況四，拆除拱肋間風撐，跨中兩側各6 m位置處預留兩根水平撐，該兩風撐與拱肋一起拆除。

工況五，拆除拱肋及下承部分的縱梁、吊桿，單根拱肋及其下的吊桿、縱梁整體吊離,兩根拱肋中拆除其中一根時，另一根先用鋼絲繩拉住。

5.2計算內容

1）拱肋上承部分縱梁、立柱的整體吊裝計算。

2）拱肋間風撐只預留跨中2根，拱肋下承部分縱梁尚未拆除之前，計算此時結構的整體穩定性。

3）橋面板拆除時拱肋不利截面的檢算及單根拱肋穩定性計算。

4）單根拱肋的吊裝計算。

6　計算結果

6.1上承部分整體吊裝計算

拱肋上承部分的3根立柱與其上的縱梁一起整體拆除，總質量約14 t，起吊高度13 m，經理論計算分析，選用65 t汽車吊滿足施工需求，鋼絲繩選用6×37纖維芯鋼絲繩滿足施工需求。

6.2拱肋空間穩定計算

由于本橋屬有推力拱橋，兩拱腳與拱座固結，結構上為無鉸拱，穩定性較好。原成橋施工順序也是拱成形后，再逐步加載，結構拆除時拱肋逐步卸載，各工況下結構穩定是能夠滿足的。但考慮到工況四主拱中間下承部分尚未拆除，此時拱肋間風撐只留跨中2根，拱肋與風撐組成的空間結構受力較為不利，有必要檢算其穩定性。

結構穩定計算采用有限元，拱肋及風撐均離散為梁元，按原橋施工圖設計，拱肋工形截面，風撐為矩形截面，拱端固結，拱肋自重及其下的縱梁荷載均按線荷載考慮，結構離散模型見圖5。

圖5　大橋拱肋穩定計算模型

經計算，結構穩定屈曲模態＞4，滿足要求。

6.3拱肋在不利工況下的承載力檢算

本橋按無鉸拱考慮，當拆除拱肋下中間12跨橋面板時，拱腳處彎矩最大。單塊橋面板質量約11 t，采用32 t汽車吊吊離，平板汽車配合在橋面上運輸，汽車吊與平板汽車總質量按45 t考慮，軸距按3 m考慮，相當于單根拱肋集中荷載112.5 kN。通過影響線布載及有限元計算，此可變荷載移至距拱腳9 m處時，拱腳不利截面的彎矩受到的影響最大。

按上述考慮，該工況有限元計算模型、彎矩及軸力計算結果見圖6-圖8。

圖6　拱肋不利工況下的計算模型

圖7　拱肋不利工況下的彎矩

圖8　拱肋不利工況下的軸力

通過計算拱腳最不利截面：Md=4 055 kN·m，Nd=4 659 kN，按JTGD 62—2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》偏心受壓構件驗算有關規定，拱肋截面正截面抗壓計算和軸壓穩定計算均滿足要求。

6.4單根拱肋穩定性檢算

通過上述分析，拱肋兩端上承部分拆除后，中間下承部分尚未拆除且只有2根風撐聯結時的雙拱肋的穩定性沒有問題。但該橋2根拱肋的拆除，同樣存在最后一根拱肋拆除的穩定性問題，即最后一根拱肋在纜風索拉住的情況下，穩定性是否能夠滿足。

單根拱肋空間穩定性計算采用有限元，纜風索對拱肋的作用同樣按節點彈性約束處理。

經計算，單根拱肋屈曲模態系數為5.837＞4，滿足要求，見圖9。

圖9　單根拱肋屈曲模態

6.5拱肋吊裝計算

1）吊點計算。單根拱肋吊裝同樣采用2臺浮吊，設4個吊點。以拱腳處拱軸線起點為（0，0）點，建立直角坐標系，經計算分析，單根拱肋重心至軸距離為9.478 m。

2）繩索拉力計算。根據計算結果，繩索最大拉力為728.7 kN。繩索采用公稱抗拉強度為1 770 MPa的6× 37纖維芯鋼絲繩，容許拉力按6倍安全系數考慮，采用雙股繩。

則選用的鋼絲繩總破斷拉力P≥6×728.7/2=2 186 kN，鋼絲繩選用的最小公稱直徑為62 mm，其總破斷拉力為2 250 kN，滿足要求。

3）拱肋承載力計算。根據計算結果，拱肋吊裝時，最大正彎矩為679.3 kN·m，最大負彎矩900.8 kN·m，最大剪力為322.7 kN，見圖10和圖11，以此作為控制彎矩和剪力計算拱肋接頭最不利截面。

圖10　大橋單根拱肋吊裝彎矩

圖11　大橋單根拱肋吊裝剪力

7　體會

1）橋梁拆除施工前，要先調查原建造過程的施工工藝和施工順序，應嚴格遵循逆序拆除的原則。

2）拆除施工前，應做交通導行并規劃好拆除構件的吊裝、運輸及堆放。

3）吊點選擇時，應以理論計算分析為依據。

[1]金成棣.預應力混凝土梁拱組合橋梁—設計研究與實踐[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊——橋涵[M].北京：人民交通出版社，2005.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.017

□U445.6

□C

□1008-3197（2016）05-50-03

□2016-04-06

□秦林/男，1979年出生，高級工程師，中鐵四局集團第三建設有限公司，從事工程技術管理工作。