南平市316國道太平大橋改建工程
——舊橋上部結構拆除施工

(南平市公路局，南平353000)

南平市316國道太平大橋改建工程
——舊橋上部結構拆除施工

■余清華

(南平市公路局，南平353000)

南平市316國道太平大橋舊橋為現澆鋼筋混凝土剛架拱，為輕型橋梁。隨著國民經濟發展，交通量逐漸增大，該橋主要部件缺損、結構混凝土裂化，存在較大的安全隱患。基于詳細的檢測結果，南平市公路局對多種改建方案進行比選，最終決定采用“利用橋梁下部，拆除上部結構”的重建方案。在橋梁改建過程中，在橋梁兩岸(縱橋向)架設通長架橋機(全長116m)，并因地制宜改造舊橋墩設置墩頂架橋機中支腿，利用架橋機卷揚機行走天車將舊橋上部構筑物逐步吊裝移除。該拆除舊橋上部結構方法的順利實施為福建省乃至全國此類輕型橋梁上部拆除改建提供了成功的經驗，值得推廣借鑒。

現澆混凝土剛架拱、舊橋上部拆除、通長架橋機

1 工程概況

南平市太平大橋位于G316國道(村厝至洋洧段) K141+317.116～K141+450.884，橋長133.77m，該橋于1995年12月30日竣工。橋梁上部結構為C30鋼筋混凝土剛架拱，跨徑布置為3×37.36m。現狀橋面寬度為1.0m人行道(含0.25m人行道護欄)+7.5m車行道+1.0m人行道(含0.25m人行道護欄)，總寬9.5m。墩臺基礎均為明挖擴大基礎。1#、4#橋臺臺帽及以上部分為現澆鋼筋混凝土結構；臺身采用漿砌塊石，基礎為片石混凝土。橋墩為C30鋼筋混凝土重力式圓頭墩，高墩為29.70m，側坡為20∶1。橋面設置2.808%單向縱坡，車行道設置1.5%雙向橫坡，設計荷載為汽車-20級，掛車-100，人群3.0kN/m2。

2 舊橋改建總體設計

經過長時間使用，該橋其主要構件有大的缺損、結構混凝土老化、承載能力不足，嚴重影響橋梁使用功能。根據閩路養[2015]35號文件要求，對已排查為三類及以上的輕型結構橋梁除為維持交通實施的臨時加固外，原則上予以拆除重建，不再加固利用。因此，從太平大橋的綜合功能(安全、經濟、工期)出發，并考慮其周邊環境，大橋改建設計構思為：保持原有橋梁下部結構，拆除現狀鋼筋混凝土剛架拱結構，改建上部結構梁體和橋面系，提升橋梁的承載能力。根據《國道316福建省南平村厝至洋洧段太平大橋承載能力評定報告》(BG-QL-JS-2014-06)，橋墩結構尺寸及強度滿足新建橋梁公路-I汽車荷載要求，經南平市公路局詳細認證，從施工工期、交通通行、造價等方面綜合考慮，最終確定該橋改造方案為：利用下部，拆除并重建上部結構。即保留太平大橋原有橋梁橋墩結構，拆除橋梁上部3×37.36m鋼筋混凝土剛架拱結構和橋臺；加高原有橋墩、增設蓋梁，新建橋臺，改建上部結構梁體為3×37.36m裝配式預應力混凝土T梁。太平大橋改建橋起點樁號K141+317.116，終點樁號K141+450.884，全長133.77m，全寬12.0m。

3 舊橋拆除原則及方案

3.1 舊橋拆除原則

舊橋上部擬采用機械拆除法拆除，拆除工程應遵循的原則：

(1)先建后拆、后建先拆，即按剛架拱建設順序倒序拆除；

(2)對稱均勻的原則，考慮到剛架拱橋推力較大，為防止拆橋過程中產生過大的位移變形，做到縱向3跨均勻卸載；

(3)先中跨、后邊跨、由橋梁縱向對稱逐片拆除，保證逐級對稱卸載；

(4)自上而下逐層進行。

3.2 上部結構拆除方案

由于舊橋橋下為山澗，植被茂盛，在1#墩附近有一條約2m寬的常年溪水，因橋址處地勢陡峭，橋面橋下落差達到36m，拆橋、改建等均屬于高空作業。另外，舊橋封閉施工期間，繞行施工便道橫穿橋下村落，對橋下楊厝村村民安全照成威脅，必須盡量縮短改建工期，減小對橋下楊厝村村民正常生活的影響。

經現場實地考察，發現舊橋上部結構(剛架拱)混凝土存在部分老化，但大部分較為完整，對上部拆除工作有利，施工機械及設備可在橋上進行作業。綜合各種實際情況，制訂出的拆除方案如下：

(1)對稱拆除人行道欄桿、橋面系及微彎板；

(2)由橋梁縱向對稱逐片拆除縱梁和拱肋。順序分別為Ⅰ單元，Ⅱ單元，Ⅲ單元。對于每個單元的拆除，均首先拆除縱梁的橫系梁，再拆除縱梁與斜撐，然后將拱肋的橫系梁拆除，最后拆除拱肋；

橋梁各單元拆除順序遵循先中跨，后邊跨，縱向對稱拆除的原則進行。

按上圖編號①～⑨逐步卸荷，減小剛架拱橋體對橋墩的水平推力，起到保護橋墩的作用；

(3)待舊橋拱肋拆除完畢后，利用架橋機天車搭設3號墩頂、2號墩頂施工托架及防護，在舊墩兩側植筋掛鎖施工托架，并用精軋螺紋鋼拉桿將墩柱兩側托架對鎖緊固，臨邊采用建筑鋼管及安全網進行圍擋防護,實現施工平地化；

(4)鑿除3號拱上豎墻、拱座及墩頂1m舊混凝土，改造為蓋梁；

(5)鑿除2號拱上豎墻、拱座及墩頂1m舊混凝土，改造為蓋梁；

(6)在蓋梁施工時注意預埋型鋼，蓋梁施工完畢后利用架橋機天車、鋼絲繩將架橋機拴在蓋梁上固定，防止滑移。利用輪式起重機拆除靠4號臺側20m架橋機桁架(減小桁架懸臂，余約18m懸臂)，拆除舊橋4號橋臺并完成改造，改造后用輪式起重機將拆除的20m架橋機桁架接回，然后采用與4號橋臺同樣方法拆除舊橋1號橋臺并改造；

(7)待兩橋臺改造后將通長架橋機駁接恢復，架梁方向由南平向福州方向。利用天車先將架梁用中支腿安裝至3號蓋梁上已備后續T梁架設。

圖1 橋梁拆除施工順序示意圖

圖2 全橋剛架拱對稱拆除順序平面示意圖

4 舊橋上部結構拆除施工

4.1 拆橋總體施工方案

該橋為旱橋，橋下為山谷，在兩岸橋臺位置可修筑施工便道到達谷底。經討論決定在橋梁兩岸(縱橋向)架設通長架橋機(全長116m)，利用架橋機卷揚機行走天車將舊橋上部構筑物逐步吊裝移除的方法。首先在兩橋臺臺背后側布設16m橫移行走軌道，2端橫移限位各1m，有效橫移行走軌道14m。

因拆橋用通長架橋機達到116m，為減小跨徑，需分別在2號、3號墩頂設立支點。據剛架拱的橋型特點，在2號、3號墩頂均有伸縮縫，伸縮縫如圖3所示：

圖3 伸縮縫示意圖

剛架拱的構造特點，墩頂邊腹孔為空腹段，該處為承重段，無頂推水平力，可以利用該處作為架橋機的中支腿，拱上立柱縱向寬度1m，以伸縮縫為中心切割60cm寬破縫，伸縮縫兩側邊腹孔各留20cm搭跨在拱上立柱，將橋機橫移軌道安裝至60cm破縫內，軌道下用方木墊平，使軌道頂面與原橋面平。墩頂架橋機中支腿如圖4所示：

圖4 架橋機中支腿示意圖

因拱上立柱橫向寬度僅6.8m，橋機橫軌14m寬，需要在兩側增加立柱，抵消軌道懸臂。在墩頂拱座兩側有約80cm空間，利用墩頂此處設置鋼管立柱。據《施工圖設計文件》要求，改造蓋梁時需鑿除墩頂1m范圍內老化較嚴重的混凝土。遂先采用空壓機配合氣鎬鑿除墩頂拱座兩側80cm范圍內1m混凝土，鑿除墩頂兩側舊混凝土施工前需先安裝由橋面至墩頂的帶防護圈的施工爬梯，爬梯采用型鋼制作，并采用膨脹螺絲鎖在拱上側墻上使之穩固。鑿除后抄平混凝土面，并植入鋼板，在其上設立單側4根Φ89mm壁厚6mm的無縫鋼管立柱，無縫鋼管與植入鋼板采用法蘭盤對鎖固定。4根鋼管橫橋向、縱橋向間距分別為：173cm、50cm，在管頂設立縱向工25b工字鋼梁，橋機橫移軌道架設在工25b工字鋼梁上。4根無縫鋼管“#”字結構橫縱均設置斜撐，并需將鋼管內側鎖在拱上立柱側面上使之穩固。拱座兩側Φ89mm無縫鋼管間距10.59m，詳見舊橋上部拆除立面圖及A-A斷面圖。

2號、3號墩架橋機中支點完成后，用PC80型挖掘機破除人行道及欄桿，拆除后立即進行臨邊防護。采用16T汽車吊進行通長架橋機組裝，架橋機設4臺70t縱移吊裝天車，架橋機拆橋示意如圖5所示：

4.2 橋面系及微彎板的拆除

先對稱拆除人行道欄桿，在橋面進行通長架橋機組裝，完成電路系統、遙控系統等安裝調試，實現通長架橋機的橫移及縱移，使得70t吊裝天車工作范圍覆蓋全橋。架橋機拼裝完成后并完成報檢后開始拆除橋面鋪裝及微彎板工作。

先對整個橋面破縫，再用架橋機吊移往兩橋頭對稱出渣，將鋪裝層及微彎板拆除。具體拆除方法如下：因該舊橋各部件均采用現澆施工，考慮拱肋與微彎板存在澆筑粘接的可能，先放線確定剛架拱3道拱肋范圍，采用小型炮彈頭挖掘機(PC80型)沿著拱肋位置邊緣縱向破縫，破縫過程避開拱肋范圍。破縫時架橋機可分別開至左側、右側，給挖掘機騰出足夠的工作空間。橫向以2.5～3.0m為一段破橫縫。挖掘機破縫完成后接著用空壓機將分縫后的微彎板四周鑿空，用天車捆綁吊住微彎板塊體，再用氣割設備將塊體四周的鋼筋切斷，吊移塊體裝車至指定地點破碎。

圖5 舊橋上部拆除立面圖

移除橋面鋪裝及微彎板塊體必須3跨對稱卸載，嚴禁“一頭清”。先中跨、后兩邊逐塊跨跳步卸除，保證3跨拱肋荷載基本平衡，特別注意在架橋機天車吊卸塊體的時候架橋機不得橫移操作，避免不必要的晃動。破除微彎板時必須放線控制好破縫位置，嚴禁破損拱肋及橫梁。

4.3 縱梁和拱肋拆除

待橋面鋪裝、微彎板拆除后，開始拆除縱梁和拱肋，拆除順序為：由橋梁橫橋向一側向另一側逐片拆除。首先拆除中跨Ⅰ單元縱梁的橫系梁，接著拆除縱梁、卸除和拱肋，拆除順序如圖6所示：

先用2臺架橋機天車吊住縱梁與斜撐(即1#節段或2#節段)，用空壓機鑿斷中腹孔、邊腹孔、次拱腿(斜撐)切割點，切除鋼筋后用天車吊至橋頭破解外運，在一道拱肋連接的2條縱梁及次拱腿(斜撐)吊卸后(即1#節段和2#節段)，剩余主拱如圖7所示：

先分別用1號、2號、3號、4號吊裝天車吊住A、B、C、D 4個吊點，采用空壓機氣鎬鑿斷拱肋跨中切割點，接著鑿段3#節段拱腳切割點，切斷后將3#節段緩緩起吊并調平后往橋岸出渣，為防止吊起的拱肋側翻，吊裝采用定制吊具進行吊裝。拱肋較窄，鑿切割點的作業人員需將安全繩掛鎖在架橋機桁架安全纜上保證人員安全。

圖6 拆除順序圖

圖7 剩余主拱示意圖

吊出3#節段后，再將4#節段的拱腳切割點鑿斷，同樣將4#節段調平后往橋梁另一側出渣。因架橋機拆除舊橋上部結構為3跨跳步拆除，則3跨荷載在跳步拆除過程中均會產生一件構筑物吊裝塊體的偏載，如圖8所示取單件最大吊重塊(3#節段、4#節段)拆除時墩頂水平推力進行驗算：

由圖8可知：3和4#節段的吊重量為(單件吊重塊最大吊重)：17.7m2×0.35m×2.6t/m3×2=32.2t

卸載過程中偏載拱腳受3#、4#節段水平推力簡化計算如下：

因此，推力驗算符合設計要求。

縱梁、卸除及拱肋總體拆除順序如下：

中跨Ⅰ單元→兩個邊跨Ⅰ單元→中跨Ⅱ單元→兩個邊跨Ⅱ單元→中跨Ⅲ單元→兩個邊跨Ⅲ單元→搭設3號、2號施工托架→拆除2號、3號拱上立柱及拱座→鑿除墩頂1m混凝土→改造3#蓋梁→改造2#蓋梁→拆除4#橋臺→改造4#橋臺→拆除1#橋臺→改造1#橋臺。

如圖9所示當Ⅰ、Ⅱ單元拆除后，為防止Ⅲ單元孤立可能產生側翻，在鑿除Ⅱ、Ⅲ單元之間的橫系梁之前在Ⅲ單元兩側用4道纜風繩將Ⅲ單元拉至橋下地錨。Ⅲ單元保護完成后再著手拆除Ⅱ單元。

圖8 拱肋3/4節段大樣圖

圖9 纜風繩示意圖

4.4 拱上立柱及拱座的拆除

完成全橋拱肋拆除后，進行拱上立柱及拱座的拆除。拱上立柱及拱座周邊無作業面，拆除前必須安裝施工托架實現作業平地化。施工托架在后續蓋梁改造等也需使用，需待蓋梁改造完成后T梁架設前方可拆除。施工托架采用3m×1.5m貝雷片拼裝后用精軋螺紋鋼掛鎖在架橋機桁架下，并可升降高度，最低可降至舊墩頂下1m，用于墩柱蓋梁改造。

因2號、3號墩中支點橫移軌道支撐點為拱上立柱及墩頂兩側Φ89mm壁厚6mm無縫鋼管立柱，考慮架橋機橫移軌道的撓度，在拆除拱上立柱和拱座時，拱上立柱及拱座需分左右兩側進行拆除，橫橋向左側一半用風鎬破除至墩頂一下1m以后，在墩中心處加設一個4Φ89mm壁厚6mm無縫鋼管設立支撐點，再行破除右側一半。拆除過程如圖10所示：

待右側拱上立柱及拱座、墩頂1m混凝土均鑿除完成后，進行墩頂1m及蓋梁改造施工，改造過程Φ89mm壁厚6mm無縫鋼管立柱不得卸除，直接與墩身、蓋梁混凝土一并澆筑，箍筋與無縫鋼管交錯時需適當挪動箍筋，待蓋梁混凝土完成澆筑并達到設計強度85%后，在蓋梁頂利用臨時支撐及千斤頂頂起架橋機約2cm，割除外露的無縫鋼管卸除橫移軌道，并將拆橋用中支腿改裝為架梁用中支腿，立于蓋梁頂面，為后續架梁做準備。

在蓋梁施工時注意預埋型鋼，蓋梁施工完畢后利用架橋機天車、鋼絲繩將架橋機拴在蓋梁上固定，防止滑移。在南平臺位置利用輪式起重機拆除靠4號臺側20m架橋機桁架(減小桁架懸臂，余約18m懸臂，非懸臂段桁架長78m，2#蓋梁、3#蓋梁位置已利用天車將架橋機掛鎖在墩頂固定，懸臂18m采用纜風繩固定在橋下地錨)，采用挖掘機拆除舊橋4號橋臺并完成改造。待4#橋臺改造后再用輪式起重機將20m架橋機桁架接回。

圖10 A-A斷面圖

然后采用與4號橋臺同樣方法拆除舊橋1號橋臺并改造。

因梁場位于南平側，架梁順序為南平臺→福州臺。先施工3號蓋梁，并在蓋梁頂設置架梁用前支腿。完成第三跨T梁架設，再進行2號蓋梁架梁中支腿改裝，完成第二跨T梁架設，接著完成第三跨T梁架設，架設完成后，在新橋橋面進行通長架橋機拆除工作，接著進行橋面系及附屬工程施工。

4.5 拆橋及墩臺改建安全措施

(1)對橋梁拆除進行圍擋封閉施工，設置封閉繞行和安全警示標志，防止社會車輛和行人進入施工區域，不對外界構成安全方面的隱患。

(2)在橋墩頂設置縱橋向位移觀測點，在每條拱肋跨中、1/4處設置高程變化和橫橋向位移觀測點，拆除過程跟蹤觀測，利用連續觀測記錄繪制出拱軸線變化曲線，分析曲線從而指導卸載。防止意外發生。分析觀測數據時，如三跨間拱圈抬起標高變化成均勻拋物線，則判定為正常，如遇某一跨拱圈上抬標高變化較大，則說明該跨受另外2跨的推力增大導致不平衡，須停止該跨卸載，先將臨近跨再次減載并同步觀測觀測點，待拱軸線上抬標高正常后，再回頭卸載該跨。

(3)配備專職安全員，每天對現場進行安全排查，特別是監督架橋機等大型設備的檢修工作，防微杜漸。安排專人指揮起吊和卸載，架橋機橫移及天車縱移過程中禁止突然加速和剎車，將拆除過程中對橋體的沖擊降到最低。

(4)施工人員通過架橋機貝雷桁架上層及側面通行。貝雷桁架上層鋪鎖花紋板并設置防護欄桿；貝雷桁架下弦桿上鋪設外挑1米16槽鋼，再縱向鋪設花紋鋼板并設置防護欄桿。通道僅供施工人員通行，與工程無關人員不得進入施工通道。

(5)各種機械設備定人定機，各種吊具、防滑等設備必須齊全并勤檢。所有人員防護用具必須佩戴齊全，否則不得進入施工區域，在空壓機鑿縱梁、斜撐、拱肋等時，施工人員安全繩必須掛在架橋機施工安全纜上，臨邊防護等必須做到萬無一失。

(6)經常組織員工進行安全教育，時刻繃緊安全這根弦。

5 結論

由于前期調研及拆除方案設計周詳，施工精細，該橋改建工程上部結構拆除工程于2016年3月開始，于2016年7月順利結束，歷時120天左右，有力保障了后續改建工程的順利實施，確保了整個橋梁改建工程按時完成。該工程的順利實施為福建省乃至全國此類輕型橋梁改建上部拆除提供了成功的經驗，值得推廣借鑒。

[1]西安長大公路工程檢測中心.國道316福建省南平村厝至洋洧段太平大橋承載能力評定報告.BG-QL-JS-2014-06.2014.06.

[2]福建省公路管理局.福建省公路管理局關于開展專養公路輕型結構橋梁改造工程有關事項的通知(閩路養[2015]35號).2015.03.09.

[3]華東勘測設計研究院有限公司.南平市316國道太平大橋改建工程施工圖設計.2014.12.

[4]JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社.