空腹式石拱橋拱上填料拆除施工方案分析

王一飛

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

石拱橋是一種造型美觀、承載潛力大、方便就地取材的橋型，在我國具有悠久的歷史。隨著運營時間的增加，早期修建的石拱橋均出現(xiàn)不同程度的病害，尤其是主拱圈裂縫和橋面系，目前常用的加固方法是卸載法，即將原有拱上填料換成更輕質的材料，在主拱圈加固完成后再按拆除順序相反的工序回填。由于石拱橋材料抗拉強度低，加之空腹式結構本身受力狀態(tài)復雜，所以該類型橋梁在施工階段，特別是拆除施工階段的受力特點尤為重要，擬通過一座實橋拱上填料的拆除分析，對該類橋梁拆除施工階段的受力特點進行深入研究[1]。

1 橋梁概況

本文所述需要拆除的橋梁為一座空腹式石拱橋，主拱跨徑為3-凈16 m，腹拱跨徑為凈2 m。主拱圈厚度為0.8 m、腹拱圈厚度為0.3 m。主拱圈為無鉸拱；主拱圈頂最大填料厚度為135 cm，最小填料厚度為65 cm；腹拱圈頂最大填料厚度為120 cm，最小填料厚度為65 cm。下部結構為重力式墩臺，擴大基礎，拱圈、立墻及墩臺身材料為漿砌塊石（見圖1）。

該橋本次需要拆除的部位為全橋橋面系及拱上填料均全部拆除，主拱圈及部分腹拱圈進行加固處理。

圖1 橋型布置圖

2 拱上填料拆除方案

限于篇幅，僅對該橋拱上填料的拆除過程進行優(yōu)化分析，初步擬定以下3種拆除方案[2]。

2.1 方案一

主要考慮到節(jié)約時間、方便施工。具體實施方案：從中跨跨中依次向兩橋臺處對稱拆除拱上填料，橫橋向一次性拆除。

2.2 方案二

主要考慮到全橋拆除過程中各階段受力均衡，方便施工。具體實施方案：從中跨跨中依次向兩橋臺處對稱拆除拱上填料，橫橋向分3次拆除（見圖2）。

圖2 方案一、二拆除工序圖

2.3 方案三

同時考慮到全橋、每跨及腹拱跨的受力均衡。具體實施方案：從主跨每跨跨中依次對稱向拱腳處拆除拱上填料，橫橋向分3次拆除（見圖3）。

圖3 方案三拆除工序圖

3 計算圖示及單元劃分

為了模擬全橋拱上填料拆除過程，本次分析采用Midas桿系進行拆除施工模擬，材料的容重、彈模等計算參數(shù)按規(guī)范取值。其中每孔主拱圈縱橋向劃分為20個單元，從第一跨到第三跨依次編號為1～60號單元；每孔腹拱圈劃分為8個單元，依次編號為61～156號（見圖4）。

圖4 單元劃分圖

4 拆除施工計算結果及分析

由于本次計算單元劃分較密，為了表達清晰直觀，僅以圖示方式顯示各方案的最不利工況計算結果，如圖5所示。

圖5 各方案最不利階段結構應力狀態(tài)

由圖5可見，方案一中當5、8號腹拱頂填料被完全拆除時，墩頂立墻根部的最大拉應力為1.301 MPa，遠超過圬工砌體的抗拉強度。

方案二中當5、8號腹拱頂填料被完全拆除時，墩頂立墻根部的最大拉應力為0.287 MPa，同樣超過圬工砌體的抗拉強度。

方案三中當 4、5、8、9 號腹拱頂填拆完后，1、2、4、5、7、8 號立墻根部最大拉應力為 0.063 MPa，低于圬工材料的抗拉設計強度。

從3種方案的計算結果來看，方案一拆除施工階段劃分少，計算簡單，主要考慮全橋對稱拆除，主拱圈及墩身受力均衡，但未考慮到墩頂立墻局部的受力狀態(tài)；方案二主要考慮采用分塊拆除的方案，對方案一進行了優(yōu)化，橫橋向分3次拆除，盡可能降低施工過程中的應力變化，但應力依然較大；方案三同時考慮每一跨拆除過程上的對稱性，以及墩頂腹拱和立墻受力的均衡性，橫橋向同樣分3次拆除，結構整體及各部件受力狀態(tài)更加合理，拉應力水平比其他兩種方案有明顯的降低。

5 結論

a）石拱橋與一般混凝土橋梁有很大的差別，由于其材料抗拉性能差、自重大等缺點，施工過程中應嚴格控制拉應力水平，充分發(fā)揮其抗壓性能高的優(yōu)勢。

b）空腹式石拱橋結構體系復雜，拆除施工過程中應同時考慮主拱圈及拱上建筑等各部位的應力水平和施工工序的對稱性，以保證結構的施工安全。