大跨度混凝土斜拉橋拆除過(guò)程的施工監(jiān)控

彭 瑋，范 昭，陳 晉，楊允表，董書鳴

（1.上海城投航道建設(shè)有限公司，上海市 200441；2.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海市 200433；3.上?？坡吠聊竟こ套稍冇邢薰?，上海市 200433）

1 工程概況

泖港大橋老橋位于松江區(qū)泖港鎮(zhèn)葉新公路，跨越大泖港，為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。主橋全長(zhǎng)370 m，跨徑布置為85 m+200 m+85 m，在每個(gè)邊跨1/3 及2/3 處各設(shè)一錨固墩，橋面寬12 m，其中行車道7 m，人行道各2.5 m。泖港大橋老橋立面如圖1 所示。

圖1 泖港大橋老橋立面圖（單位：m）

大橋橋面結(jié)構(gòu)由分離式雙箱梁及п 形車道板組成，橋面除主墩墩頂40 m 范圍與橋臺(tái)頂端17 m為現(xiàn)澆混凝土外，其他為預(yù)制安裝后澆接頭形式。橋面橫向分三塊預(yù)制構(gòu)件—兩只邊箱梁及一塊帶橫梁縱肋的車道板；每只邊箱梁高2.2 m，頂寬2.51 m，底寬1.9 m，長(zhǎng)度5.9 m，附帶橫梁及斜拉索錨梁，重量為30～36 t 不等，全橋共計(jì)72 件；車道板長(zhǎng)5.9 m，高1.64 m，寬4.9 m，每件重23 t，全橋共計(jì)36 塊。

大橋主塔為雙柱鋼筋混凝土直塔，縱向直柱形，橫向帶交叉腹桿的雙柱式剛架，柱中心距8.7 m，柱高中心部設(shè)置十字交叉形抗風(fēng)腹桿4 道。橋面以上塔高44 m，離地面52 m 高，主塔外包尺寸3.4 m×1.2 m。斜拉索為豎琴式密索布置，塔柱前后設(shè)置11組斜拉索，全橋共164 根斜拉索，由Ф5 高強(qiáng)鋼絲（光面）經(jīng)手工編制而成的平行鋼絲索，水平索距6.5 m，垂直為3.25 m。拉索兩端分別配裝固定端錨和張拉端錨，錨具為冷鑄鐓頭錨，梁內(nèi)錨固，塔端張拉。

該橋于1982 年6 月竣工通車，是上海第一座斜拉橋，也是當(dāng)時(shí)上?？鐝阶畲蟮臉蛄?。經(jīng)過(guò)近四十年的風(fēng)雨歷程，車輛超載等原因?qū)е聵蛄航Y(jié)構(gòu)劣化，老橋的通行能力已不滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，加之泖港航道等級(jí)提升，老橋的通航凈空不能滿足航道整治提升后的通航凈空需求。經(jīng)多次論證后，決定將老橋拆除重建。

2 老橋拆除監(jiān)控原則的確定

在泖港大橋老橋?qū)⒔氖甑倪\(yùn)營(yíng)期間，經(jīng)歷過(guò)車輛撞擊斜拉索、船舶撞擊主梁以及車輛超載等各種損傷，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度等都有不同程度的弱化，雖然老橋拆除原則上是按照橋梁建造的逆順序進(jìn)行[1]，但拆除過(guò)程面臨很多不確定因素，如何確保拆除全過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系、機(jī)械設(shè)備和人員的安全是施工監(jiān)控的目標(biāo)。

與新建橋梁不同，施工監(jiān)控除了要確保結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全外，還需要確保每一施工步驟中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及索力與設(shè)計(jì)預(yù)期一致，這樣才能保證大橋成橋時(shí)的標(biāo)高和索力滿足設(shè)計(jì)要求。而拆橋因無(wú)運(yùn)營(yíng)要求，其拆除過(guò)程的監(jiān)控主要還是以預(yù)警為核心來(lái)建立安全體系。為此，根據(jù)以建橋逆序進(jìn)行拆橋?yàn)樵瓌t而擬定的施工方案進(jìn)行施工監(jiān)控的前期結(jié)構(gòu)分析，特別關(guān)注正序施工時(shí)未出現(xiàn)過(guò)的施工工況，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化施工方案，并參考類似橋梁的監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)[2-3]，結(jié)合老橋近期的檢測(cè)情況[4-5]，明確拆橋過(guò)程的關(guān)鍵控制參數(shù)。在拆橋?qū)嵤┻^(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)關(guān)鍵控制參數(shù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，以保證整個(gè)拆橋施工過(guò)程的安全。

根據(jù)前期的監(jiān)控結(jié)構(gòu)分析并經(jīng)過(guò)多次技術(shù)討論與技術(shù)評(píng)審，確定了以下老橋拆除監(jiān)控的原則：

（1）老橋拆除施工原則上按建橋時(shí)的施工順序逆向進(jìn)行；

（2）以主梁及塔頂位移控制為主，拉索索力及塔梁應(yīng)力控制為輔；

（3）每個(gè)主塔兩側(cè)拉索索力在拆除過(guò)程中盡量保持對(duì)稱；

（4）因老橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀情況與理論分析可能存在較大的差別，針對(duì)每個(gè)拆橋工況特別是關(guān)鍵工況，應(yīng)加強(qiáng)理論分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)變化情況（例如每個(gè)工況前后主梁、主塔的位移變化量）的對(duì)比，如果兩者差別較大，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析以判斷是否需要調(diào)整局部施工方案；

（5）拆橋過(guò)程中應(yīng)避免瞬時(shí)沖擊荷載對(duì)未拆除部分結(jié)構(gòu)造成的影響。

3 施工監(jiān)控的計(jì)算分析

泖港大橋老橋?yàn)橹骺?00 m 雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，結(jié)構(gòu)體系為塔梁固結(jié)，墩梁鉸接，單懸臂加吊梁的豎琴式混凝土斜拉橋，在恒載下結(jié)構(gòu)為三孔外部靜定的懸臂梁，活載作用下為七孔超靜定的連續(xù)懸臂梁。老橋結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件Midas Civil 建立三維空間模型，其中塔柱與主梁采用梁?jiǎn)卧?，拉索采用索單位，?jì)算模型如圖2 所示。

圖2 泖港大橋老橋的計(jì)算模型

由于老橋是20 世紀(jì)70 年代設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常精細(xì)而經(jīng)濟(jì)，考慮的施工步驟繁多，老橋結(jié)構(gòu)的監(jiān)控計(jì)算分析非常復(fù)雜，需要考慮的問(wèn)題很多，由于文章的篇幅有限，下面簡(jiǎn)要地介紹一下計(jì)算分析的主要思路與內(nèi)容：

（1）首先需要確定老橋拆除前的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在建立計(jì)算模型時(shí)考慮老橋建橋時(shí)候的主要施工階段，調(diào)整斜拉索索力使之與其竣工圖里的設(shè)計(jì)索力基本一致，考慮收縮徐變效應(yīng)，得到運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)的自振頻率、索力、主梁位移與檢測(cè)報(bào)告的結(jié)果[4-5]進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，對(duì)模型中的成橋索力進(jìn)行微調(diào)，得到一個(gè)相對(duì)合理的老橋拆除前的結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)。

（2）根據(jù)以建橋逆序進(jìn)行拆橋?yàn)樵瓌t而擬定的拆橋施工流程[1]，建立拆橋施工階段的模型。

（3）利用計(jì)算模型，詳細(xì)分析拆橋過(guò)程的施工荷載效應(yīng)（主梁節(jié)段切割時(shí)浮吊提升力大小的優(yōu)化）、斜拉索切割順序以及節(jié)段切割長(zhǎng)度的優(yōu)化等，確保過(guò)程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與主梁、主塔以及拉索索力承載力滿足要求，主塔偏位與主梁位移的變化在正常范圍之內(nèi)。

（4）根據(jù)最終的拆橋流程修正模型，提取每個(gè)施工階段的索力、主梁位移與主塔偏移的變化值作為預(yù)測(cè)值，與施工過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，如果兩者相差太大而影響到結(jié)構(gòu)與施工的安全，則進(jìn)行施工流程的局部調(diào)整。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是老橋拆除施工監(jiān)控的重要一環(huán)，主要包括主梁豎向變形監(jiān)測(cè)、主塔偏位監(jiān)測(cè)、斜拉索索力監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)以及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.1 主梁豎向變形與主塔偏位監(jiān)測(cè)

主梁豎向變形監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)控拆橋過(guò)程中各階段變形的合理性，避免拆除過(guò)程中受力的不對(duì)稱。主梁豎向變形監(jiān)測(cè)主要分為常規(guī)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，常規(guī)監(jiān)測(cè)采用電子水準(zhǔn)儀人工測(cè)量，每拆除一個(gè)節(jié)段就對(duì)余下節(jié)段進(jìn)行測(cè)量。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采用高精度靜力水準(zhǔn)儀，實(shí)現(xiàn)24 h 連續(xù)監(jiān)測(cè)，有異常變形情況及時(shí)預(yù)警。

主梁共設(shè)置44 個(gè)常規(guī)撓度監(jiān)測(cè)斷面，每對(duì)索布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面橫向布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于橋面拉索點(diǎn)位置，橫向主要監(jiān)測(cè)橋面扭轉(zhuǎn)情況；同時(shí)在每個(gè)主塔與主梁相交處布置一套高精度自動(dòng)監(jiān)測(cè)靜力水準(zhǔn)儀，每套2 個(gè)，位于塔根部的為參考基點(diǎn)，全橋共布置兩套，共4 個(gè)靜力水準(zhǔn)儀。

主塔在每個(gè)斜拉索錨固位置設(shè)置1 個(gè)偏位監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，每塔共設(shè)置11 個(gè)斷面，貼反光片，全橋共布置44 個(gè)反光片監(jiān)測(cè)斷面。為方便塔拆除，在塔上5 號(hào)索位置布置測(cè)斜儀，每塔布置1 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全橋共布置2 個(gè)測(cè)斜儀塔偏位監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)。其中反光片測(cè)點(diǎn)采用人工測(cè)量，監(jiān)測(cè)每個(gè)節(jié)段拆除后塔的偏位情況。塔上測(cè)斜儀采用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，24 h 監(jiān)測(cè)塔偏位情況，出現(xiàn)異常時(shí)隨時(shí)報(bào)警。

主梁撓度靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)與主塔測(cè)斜儀布置如圖3 所示。

圖3 老橋結(jié)構(gòu)位移測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4.2 斜拉索索力監(jiān)測(cè)

斜拉橋索力監(jiān)測(cè)是評(píng)估在拆除各節(jié)段過(guò)程中對(duì)余下節(jié)段影響的重要指標(biāo)。本橋?qū)λ髁y(cè)試采用頻率法。

全橋共拉索82 對(duì)（164 根），視情況進(jìn)行測(cè)量。具體測(cè)量步驟為：在老橋拆除前，先全橋索力測(cè)一遍，在每個(gè)節(jié)段拆除后對(duì)余下的索索力進(jìn)行測(cè)量，評(píng)估索力變化的合理性，直至全部拉索節(jié)段拆除。

4.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)

為了確保大橋在拆除施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的受力狀態(tài)，在主梁和塔的多個(gè)斷面處安裝應(yīng)變傳感器，以測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變（應(yīng)力）變化值。拆除施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)截面的關(guān)鍵點(diǎn)位采用表面振弦式應(yīng)變計(jì)，并接入自動(dòng)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與及時(shí)預(yù)警。

因是拆除施工，應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置一方面要準(zhǔn)確、可靠，另一方面要保證不對(duì)施工造成影響。所以老橋主塔應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)僅在塔與梁相交的斷面進(jìn)行布置，主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置于中跨靠近塔處的梁變截面位置。全橋共布置4 個(gè)斷面，主梁2 個(gè)斷面，每斷面布置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，主塔2 個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，共16 個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體布置如圖4 所示。

圖4 老橋結(jié)構(gòu)位移測(cè)點(diǎn)布置示意圖

此外，由于溫度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較為顯著，需要在結(jié)構(gòu)內(nèi)埋設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度場(chǎng)測(cè)試，確定溫度測(cè)點(diǎn)布置與應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置相同，在同一位置上直接利用溫度型應(yīng)變計(jì)的溫度讀數(shù)。

4.4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在施工監(jiān)控中已有應(yīng)用[6]，通過(guò)在結(jié)構(gòu)中預(yù)埋測(cè)試元件，與采集及傳輸設(shè)備形成系統(tǒng)，全天24 h 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力及位移的自動(dòng)測(cè)量及監(jiān)控，形成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)量數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)計(jì)算模型分析數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方法的有效性。

系統(tǒng)主要是采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變、位移測(cè)試儀器通過(guò)有線的方式接入現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集機(jī)箱，自動(dòng)采集機(jī)箱通過(guò)無(wú)線的方式將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析服務(wù)器。

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

在老橋拆除過(guò)程中，理論分析給出預(yù)測(cè)值，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供實(shí)測(cè)值，每個(gè)拆橋步驟特別是關(guān)鍵步驟結(jié)束后，如果兩者基本吻合，則理論模擬與實(shí)際結(jié)構(gòu)相近，可進(jìn)行下一步的拆橋步驟，反之，需要仔細(xì)分析原因并且評(píng)估之后的拆除工序是否對(duì)未拆除結(jié)構(gòu)的安全造成較大的風(fēng)險(xiǎn)，給出是否需要修正之后的拆除工序，等確保理論分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)是安全后，才能進(jìn)行下一拆橋步驟的施工。

老橋中間掛孔為30 m T 梁，重約360 t，是整個(gè)拆橋過(guò)程的第一步，也是關(guān)鍵的步驟之一。中間跨孔拆除后，主梁跨中懸臂端發(fā)生向上的位移，主塔塔頂發(fā)生向岸側(cè)的偏位，其實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值的對(duì)比如表1 所示。

表1 中間跨孔拆除后結(jié)構(gòu)的位移對(duì)比 單位：mm

從表1 的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，中間掛孔拆除這一關(guān)鍵工況下，老橋的理論預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值非常接近，說(shuō)明老橋結(jié)構(gòu)還保持良好的彈性工作狀態(tài)。由于老橋拆除過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較多[7]，文中不能一一列舉，給出以下一些總結(jié)性的分析結(jié)果與結(jié)論：

（1）根據(jù)應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到，在未進(jìn)行切索與吊梁施工時(shí)，大多數(shù)位置測(cè)點(diǎn)應(yīng)力與溫度之間相關(guān)度較高，在不受荷載變化的情況下，應(yīng)力基本上是隨溫度呈規(guī)律變化。拆橋施工過(guò)程中應(yīng)力變化比較明顯的部位分別是主塔河跨側(cè)與主梁下緣，特別是掛孔梁拆除后應(yīng)力變化比較明顯，后續(xù)施工過(guò)程中應(yīng)力變化有所減小?？偟膩?lái)說(shuō)，主梁應(yīng)力變化略小于其理論值，主塔應(yīng)力變化略大于其理論值，拆橋過(guò)程中主塔與主梁應(yīng)力變化正常。

（2）根據(jù)主塔偏位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到，掛孔梁拆除后對(duì)塔偏位有比較明顯的影響，主塔5# 索位置順橋向位移主要在-40 mm 與40 mm 之間變化，此工況下理論值為44 mm，實(shí)測(cè)值與理論值較接近。在切索與切梁過(guò)程中，塔偏位隨著河跨側(cè)荷載減小，塔偏位慢慢恢復(fù)。后繼節(jié)段拆除施工中，主塔偏位數(shù)據(jù)呈規(guī)律性變化且變化正常，無(wú)異常情況發(fā)生。

（3）從主梁靜力撓度（橋面豎向位移）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到，大多數(shù)時(shí)間段，主梁撓度變化與相應(yīng)溫度變化相關(guān)度較高，在拆橋工況變化時(shí)，數(shù)值變化比較明顯，實(shí)測(cè)值與理論值比較接近，主梁位移變化正常。

（4）從索力的測(cè)試數(shù)據(jù)分析得到，各工況下，索力變化值與理論計(jì)算值基本接近，最大差值在200 kN左右，相對(duì)拆橋工況來(lái)說(shuō)，索力差在控制范圍內(nèi)。

所以，老橋在拆除過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化正常。

6 結(jié) 語(yǔ)

在泖港大橋老橋拆除過(guò)程中，施工監(jiān)控單位根據(jù)制定的監(jiān)控方案對(duì)老橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，在拆除施工過(guò)程中采集了大量的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的分析，這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果在拆橋過(guò)程中起到了重要的作用。

泖港大橋老橋已成功拆除完畢，拆除過(guò)程中所積累的工程經(jīng)驗(yàn)可為其他類似項(xiàng)目所借鑒。