大跨度雙曲拱橋上部結構拆除施工技術

曾小麗

（贛州市市政工程有限公司，江西贛州 341000）

1 工程概況

本工程為贛州市南河大橋拓寬改造二期項目，位于贛州市中心地區，工程起于贛州市稼軒路南側約85 m，終于長征大道交叉口，主要內容是拆除既有南河老橋，在原位新建一幅橋梁。

南河老橋全長322.5 m，橋寬16.5 m，橋面布置為：欄桿+人行道+機動車道+人行道+欄桿= 0.25 + 2.0 +12.0 + 2.0 + 0.25 = 16.5 m，主拱橋跨越章江河道，水深5～8 m，上部結構為3孔等截面U型肋雙曲拱，單跨跨徑80 m。南北引橋位于陸地上，為跨徑13 m簡支板梁，共5跨。主拱肋以5個分離式U型肋與預制微彎板現澆組合而成，總寬度為13 m，拱肋間設置13道橫隔梁。拱上腹孔采用跨徑6.0 m鋼筋混凝土簡支結構，由槽梁、預制微彎板及現澆層組合而成。其結構詳見圖1。

圖1 南河老橋主跨結構布置圖

2 主拱跨拆除施工技術

2.1 總體施工方案及工藝流程

考慮老橋經歷過兩次大修且當前被評估為危橋，因此拆除主拱的安全風險極高。現場在拆除主跨上部結構時以保證原拱跨結構的穩定性、安全性和減少對周邊環境的影響為原則，選用金剛石繩鋸將整體結構切割成數個小單元，再采用起重設備逐塊或逐片拆除。金剛石繩鋸在鋼筋混凝土拆除工程中作為切割設備，施工截面整齊，降低了勞動強度，操作更加安全可靠，提高了切割能力和勞動生產率，最大程度地保護了已有結構的穩定性和安全性。雙曲拱橋拆除順序與其建造順序正好相反，因混凝土拱橋在拱座處水平推力的產生大都來自拱上荷載，在拱肋拆除前需先拆除拱上結構。其施工順序為：橋面附屬結構物（欄桿、人行道）—橋面板及梁—拱上立柱—拱肋拆除。為滿足上述拆橋過程，需要在主拱肋下設置支架，對拱橋結構形成多點連續支撐，降低拆橋過程中因為不對稱卸載引起的拱肋彎矩及橋墩不平衡力。施工前用MIDAS Civil空間有限元軟件進行拆橋施工結構分析，經計算，拆橋過程中橋梁變形、應變、支架受力等數據均滿足要求。

拆橋施工工藝流程詳見圖2。

圖2 拆橋施工工藝流程圖

2.2 施工方法

2.2.1 拱下鋼平臺搭設

每個主拱跨下部均設置鋼平臺，共3處，平臺尺寸為長76 m，寬15 m。大平臺下部結構采用鋼管樁基礎，鋼管樁直徑630 mm，壁厚10 mm，管樁頂采用雙拼45B字鋼蓋梁，上部貝雷桁架梁，橋面橫向分配梁為25B工字鋼，橫梁間距75 cm，面板為大面鋼板滿鋪，兩側型鋼護欄，結構詳見圖3。由于拱底距離水面僅有6～10 m，拱下施工空間十分狹小，現場采用導桿式浮箱船+活塞沖擊錘插打鋼管樁。其他鋼構件的安裝及組拼利用棧橋上的起重設備吊裝完成。

圖3 拱下鋼平臺橫斷面圖（單位：mm）

2.2.2 拱下盤扣式支架搭設

盤扣式支架搭設方式為滿堂支架，支架設計方式是在鋼平臺上，可調底座放置于鋼平臺面板，盤扣式支架從下往上直至主拱肋底部。支架采用φ65 mm鋼管，橫橋向立桿間距為0.9 m，順橋向立桿間距為1.5 m，上下水平桿間距為1.5 m。支架立桿上放置可調節頂托調節支撐高度，架體自由端高度不大于400 mm，可調絲桿外露長度不超過300 mm，頂托上部橫向放置15 cm×15 cm楔形方木（根據拱肋角度調節），方木支頂于拱肋底部形成支撐受力。支架結構詳見圖4。

圖4 盤扣式支架結構圖

2.2.3 人行道及欄桿拆除

施工前禁止所有車輛和人通行，并用圍擋封閉老橋拆除施工范圍。第1步是拆除人行道兩側欄桿，順序遵循縱橋向由跨中向兩端、左右對稱逐片拆除，現場按6 m 1段分節，用金剛石繩鋸進行切割，切割前提前設置好吊點，用吊車繩索對拆除欄桿進行預吊、收緊，然后再切割分離，人工配合向橋內側拉拽，防止向橋外側傾斜；第2步是拆除人行道，因人行道由路緣石、人行道板、人行道n形塊組成，且內部由鋼筋骨架連接形成整體結構，現場采用6 m長作為1個塊件用金剛石繩鋸整體切割。切割方向先橫后縱，切割順序由跨中向兩端，兩側對稱切割，以此類推。切割前設置好吊點，利用吊車繩索對拆除部分進行預吊收緊，然后再進行切割分離，用叉車運至破碎地點。

2.2.4 橋面板及腹箱梁拆除

（1）普通橋跨橋面板及腹箱梁拆除。橋面板由23 cm厚的鋪裝層和15 cm厚的預制微彎板（中部厚9 cm）組成，下部為預制腹箱梁（長6 m/片），預制微彎板與腹箱梁組拼后以澆筑濕接縫方式連接。根據結構分析，現場采用金剛石繩鋸切割分塊，每塊梁板縱向長度6 m，橫向寬度1.3 m，單片重量7.5 t。切割前在橋面上進行彈線，為避免切割時傷到腹箱梁和減少切割量，選擇從微彎板中部切割分解。切割順序由兩側向橋中，由跨中向兩端，詳見圖5。切割時要保證金剛石繩鋸適當繃緊，循環冷卻水緊跟啟動，繩鋸繃緊主要通過控制盤調整主動輪提升張力，2個電動馬達啟動要有先后順序，一個穩定后才能開啟另外一個。切割完成后由棧橋上的50 t汽車吊起吊裝車，運至指定位置。

圖5 普通橋跨橋面板及腹箱梁分塊布置圖（單位：cm）

（2）暗箱梁段橋面板拆除。主拱中部兩側各有6 m長的暗箱梁段，每孔共12 m。暗箱孔為全封閉結構，頂部為小跨度預制微彎板及鋪裝層組成的橋面板，下部箱內設有橫向支墩3個，縱向支墩2個，支墩高度為0.56～0.93 m，厚度為0.25 m，將暗箱分隔成12個獨立小箱室，箱內空間十分狹小。如直接采用繩鋸切割法，面臨沒有操作空間，無法穿繩作業的難題。為解決此問題現場先采用金剛石圓盤鋸在中部的小箱室頂部進行切割，取出中部小箱室橋面板后，從箱內支墩頂部用水磨鉆打孔，為繩鋸穿入和切割創造有利條件，切割工作量也較小。具體操作如下：①根據圖紙尺寸在橋面上放樣出橫縱向支墩的位置，即找出12個小箱室邊線；②選擇中部4個小箱室用金剛石圓盤鋸將頂部橋面板切割后吊除；③利用這4個小箱室內的操作空間，在橫縱向支墩上打設穿繩孔，并采用金剛石繩鋸進行切割分塊；④用吊車吊裝拆除所有暗箱段橋面板。

2.2.5 拱上立柱拆除

拱上立柱為不等高變坡柱，坡比為50 : 1，頂寬0.5 m，底寬0.81 m，橫向長度為13 m，為C30片石混凝土結構，現場采用水磨鉆打設吊裝孔和穿繩孔，用金剛石繩鋸切割，單塊重量控制在15 t以內，切割分塊詳見圖6。考慮立柱為片石混凝土，完整性較差，為避免在分塊吊裝時發生折斷現象，切割時盡量減小分塊的長寬比例，并在切割分界線處打設吊裝孔，從分塊混凝土底部穿入鋼絲繩，確保切塊吊裝作業的安全性，并有利于現場運輸。立柱拆除施工順序由中跨向兩端依次進行，每個分塊切割斷開前，要先用100 t履帶吊進行預吊收緊鋼絲繩，防止切塊意外掉落。

圖6 拱上立柱分塊布置圖（單位：cm）

2.2.6 主拱肋解體拆除

主拱肋以5個分離式U型肋與預制微彎板現澆組合而成，拱圈寬13 m，拱肋間設置13道橫隔梁連接。主拱跨分為標準段拱肋和實心段拱肋2種結構，其中標準段拱肋為U型肋和微彎板現澆組合，U型肋壁厚16 cm，微彎板厚度22～29 cm。實心梁段位于每跨主拱中部，長度24 m，是在主拱肋微彎板頂部直接現澆混凝土形成的橋面結構，總厚度為0.6～1.05 m。拆除施工步驟如下。

（1）主拱肋拆除前，檢查上調拱圈下部盤扣式支架的頂托，確保頂托上的方木與主拱肋底頂緊受力。

（2）主拱中部24 m實心段拆除。最厚區域單個拱肋+橋面結構每延米重量達到約5.8 t，綜合考慮吊裝安全、切割工效及支架穩定性，擬定在不解體U型拱肋原則下，先將微彎板及上部現澆的混凝土橋面結構層切割拆除，選擇從拱肋側壁頂部進行切割，有效減少切割量，最后對U形主拱肋分解拆除。操作要點為：①切割拆除1號、2號拱肋拱頂24 m實心段之間微彎板及橋面板，在拱頂橋面板上用墨線彈出1號、2號拱肋的邊線位置，按照圖7中所示的切割分段線標出1號、2號拱肋之間微彎板切割用的孔位，用直徑φ108 mm的水磨鉆機從上至下取通孔，將金剛石繩通過孔穿入，順橋向切割使微彎板及橋面板與1號、2號拱肋分離，履帶吊就位，預吊收緊鋼絲繩，最后橫向切斷微彎板，指揮起吊拆除微彎板及橋面板結構，注意切割施工嚴格按照從中間向兩邊的順序進行；②切割拆除1號拱肋拱頂24 m實心段上部微彎板及橋面板，按照圖8所示，從1號拱肋頂部向下0.3 m的位置用水磨鉆機取孔，穿入金屬繩水平方向切割拱肋，使拱肋上部微彎板及橋面與下部拱肋分離，注意切割剩余2 m未斷時要求履帶吊就位，預吊收緊鋼絲繩，最后切斷剩余2 m連接，防止分離結構不平衡失穩掉落；③切割拆除2號、4 號、5號拱肋拱頂24 m實心段上部微彎板及橋面板，按照上述方法依次切割拆除2號→5 號→4 號拱頂24 m實心段上部微彎板、橋面板，保留拱肋完整不解體；④切割拆除3號拱肋拱頂24 m實心段上部微彎板及橋面板，按照切割拆除1號拱肋拱頂24 m實心段上部微彎板及橋面板的方法拆除3 號拱肋拱頂實心段，且保留U型拱肋完整不解體。

圖7 主拱肋之間微彎板及橋面板切割分解圖（單位：m）

圖8 主拱肋上部微彎板及橋面板切割分解圖

（3）主拱肋切割拆除。具體步驟為：①中部24 m實心段U型主拱肋直接用繩鋸切割拆除，切割前在拱肋表面測量畫線標出切割面位置，切割面與水平面成75°角，固定好繩鋸機后進行拱肋混凝土切割，起重吊機根據鋼絲繩受力情況進行施力調整，以避免主拱肋切斷瞬間應力釋放影響安全；②標準段主拱肋切割拆除，在拱圈背面上用墨線彈出1號、2號拱肋之間微彎板的中心線，并標出切割用的孔位，用直徑φ108 mm的水磨鉆機從上至下取通孔，將金剛石繩通過孔穿入，順橋向切斷微彎板，再按橫向分節長度切斷主拱肋結構，注意切斷前用履帶吊鋼絲繩預吊收緊，防止吊物發生掉落；③ 按照①項方法依次拆除1號拱肋剩余節段，并同時拆除其余2個主孔跨的1號拱肋，按照拆除1號拱肋的方法依次拆除2號、5號、4號拱肋。最后切割拆除位于中部的3號拱肋，完成全部主拱圈的拆除工作。

2.3 監控量測

在拆除欄桿、人行道、橋面板及拱上支墩的過程中，拱肋變形和應力為監測重點，老橋主要監測測點布置如圖9所示。根據拆除進度分別對老橋的跨中、1/4、3/4和拱腳處的應變和位移進行監測，每日形成監測日報，每周形成周報，每月形成月報。經現場實測，實測值與有限元分析模型的理論計算結果對比分析，整個拆橋過程中橋梁變形情況和應變狀況均處于正常合理范圍，拆橋施工安全可控。

圖9 老橋拆除位移和應變測點布置

3 拆除工程安全措施

（1）施工前按照公路運輸及交通部門的要求在原通往橋梁的兩端設置道路封閉標示牌，對橋下既有道路，在施工期間報交通部門同意后實施封閉禁行，安排專人值班看守，確保施工區域的安全。

（2）嚴格檢查進場的吊裝設備，要求設備單位提供吊裝特種作業相關檢測證明及資質。

（3）起重機械操作人員應持證上崗，嚴格按照安全操作規程進行操作。起吊設備的吊裝能力、吊裝用鋼絲繩必須有足夠的安全儲備，且在吊物之前應進行試吊，確保吊車吊重時的平衡穩定。

（4）切割作業必須嚴格按技術交底或方案要求的拆除順序和分塊尺寸進行施作。

（5）吊運至平板車上的塊狀物在運輸之前，用倒鏈固定牢固，防止在運輸過程中滑落造成事故。

（6）拆橋臨邊作業平臺必須搭設安全護欄，并設置密目安全網，涉及高空作業的人員必須佩戴安全帽，系好安全帶，確保人員安全。

4 結論及建議

（1）隨著橋梁構件不斷肢解，結構穩定不斷被削弱，施工工況也經常處于不利狀態，因此橋梁拆除需對橋梁結構本身有較好地理解，了解其成橋施工順序，遵循逆序拆除原則；拆橋前在主拱下部設置支撐架體系，能大大降低拆橋過程中的彎矩變化和不平衡力，確保施工安全。

（2）拱橋結構形式復雜，采用繩鋸切割分塊時，切割工效與所切構件面積大小成正比，通過詳細掌握拱橋的構造，考慮與起重吊裝設備相匹配，選擇最佳的分塊方案是控制的關鍵點，達到節約成本的目的。

（3）本橋采用繩鋸切割分解鋼筋混凝土結構屬于靜力拆除方法，具有施工作業速度快、操作方便、噪聲低、無振動、無粉塵廢氣污染等優點；整體分塊切割吊裝移除的方式也有利于建筑垃圾的回收，同時只對橋下既有道路或航道采取間隙性封閉，把對周邊環境及通行的影響降到最低，實現了較好的社會效益。