鋼筋混凝土中承式拱橋拆除施工技術(shù)

□文/秦林

鋼筋混凝土中承式拱橋拆除施工技術(shù)

□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(nèi)容等進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。

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(hù)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(hù)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(fēng)撐聯(lián)結(jié)，風(fēng)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?？v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(jié)構(gòu)組成，總寬度2.9 m、高度0.58 m，兩結(jié)構(gòu)間預(yù)留5 cm縫隙。橋面以下的拱肋上承部分，設(shè)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(shè)有水平傳力桿（撐梁），引橋橋臺的引道路基下設(shè)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(zhì)的區(qū)別是新建橋梁隨著施工步驟的不斷推進(jìn)，結(jié)構(gòu)不斷趨于穩(wěn)定，工況不斷趨于有利，直至成橋通車，結(jié)構(gòu)處于最佳受力狀態(tài)；與此相反，橋梁拆除則隨著構(gòu)件的不斷支離，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不斷削弱，施工工況也處于不利狀態(tài)。因此老橋拆除需對橋梁結(jié)構(gòu)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(jù)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(yùn)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(hù)，辦理各種交通限行手續(xù)。老橋上附著的管線，也需提前做相應(yīng)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(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)，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(chǔ)與引橋基礎(chǔ)之間、引橋基礎(chǔ)與路基之間均設(shè)有抗水平推力的傳力桿和阻滑板，抗推力構(gòu)件形成后，才能施工主橋。

第2階段，在支架上分段安裝預(yù)制拱肋，在安裝拱肋過程中相應(yīng)部分的風(fēng)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(xiàn)澆橋面鋪裝，安裝欄桿，通過旋擰精軋羅紋鋼端頭螺帽來調(diào)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(hù)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(fēng)撐，只在跨中兩側(cè)各6m位置處預(yù)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?。蝗缓笤诖鸪袄哂筛〉醯踝〉那闆r下，將風(fēng)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(jié)構(gòu)。

5　老橋拆除施工工況分析和計算內(nèi)容

5.1工況分析

工況一，橋面鋪裝、護(hù)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(fēng)撐，跨中兩側(cè)各6 m位置處預(yù)留兩根水平撐，該兩風(fēng)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(nèi)容

1）拱肋上承部分縱梁、立柱的整體吊裝計算。

2）拱肋間風(fēng)撐只預(yù)留跨中2根，拱肋下承部分縱梁尚未拆除之前，計算此時結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3）橋面板拆除時拱肋不利截面的檢算及單根拱肋穩(wěn)定性計算。

4）單根拱肋的吊裝計算。

6　計算結(jié)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(zhì)量約14 t，起吊高度13 m，經(jīng)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(wěn)定計算

由于本橋?qū)儆型屏皹?，兩拱腳與拱座固結(jié)，結(jié)構(gòu)上為無鉸拱，穩(wěn)定性較好。原成橋施工順序也是拱成形后，再逐步加載，結(jié)構(gòu)拆除時拱肋逐步卸載，各工況下結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(fēng)撐只留跨中2根，拱肋與風(fēng)撐組成的空間結(jié)構(gòu)受力較為不利，有必要檢算其穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算采用有限元，拱肋及風(fēng)撐均離散為梁元，按原橋施工圖設(shè)計，拱肋工形截面，風(fēng)撐為矩形截面，拱端固結(jié)，拱肋自重及其下的縱梁荷載均按線荷載考慮，結(jié)構(gòu)離散模型見圖5。

圖5　大橋拱肋穩(wěn)定計算模型

經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定屈曲模態(tài)＞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(dāng)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(zhì)量約11 t，采用32 t汽車吊吊離，平板汽車配合在橋面上運(yùn)輸，汽車吊與平板汽車總質(zhì)量按45 t考慮，軸距按3 m考慮，相當(dāng)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(jié)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(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》偏心受壓構(gòu)件驗算有關(guān)規(guī)定，拱肋截面正截面抗壓計算和軸壓穩(wěn)定計算均滿足要求。

6.4單根拱肋穩(wěn)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(fēng)撐聯(lián)結(jié)時的雙拱肋的穩(wěn)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(wěn)定性問題，即最后一根拱肋在纜風(fēng)索拉住的情況下，穩(wěn)定性是否能夠滿足。

單根拱肋空間穩(wěn)定性計算采用有限元，纜風(fēng)索對拱肋的作用同樣按節(jié)點(diǎn)彈性約束處理。

經(jīng)計算，單根拱肋屈曲模態(tài)系數(shù)為5.837＞4，滿足要求，見圖9。

圖9　單根拱肋屈曲模態(tài)

6.5拱肋吊裝計算

1）吊點(diǎn)計算。單根拱肋吊裝同樣采用2臺浮吊，設(shè)4個吊點(diǎn)。以拱腳處拱軸線起點(diǎn)為（0，0）點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，經(jīng)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(jù)計算結(jié)果，繩索最大拉力為728.7 kN。繩索采用公稱抗拉強(qiáng)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(shù)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(jù)計算結(jié)果，拱肋吊裝時，最大正彎矩為679.3 kN·m，最大負(fù)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(diào)查原建造過程的施工工藝和施工順序，應(yīng)嚴(yán)格遵循逆序拆除的原則。

2）拆除施工前，應(yīng)做交通導(dǎo)行并規(guī)劃好拆除構(gòu)件的吊裝、運(yùn)輸及堆放。

3）吊點(diǎn)選擇時，應(yīng)以理論計算分析為依據(jù)。

[1]金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁—設(shè)計研究與實(shí)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(tuán)第三建設(shè)有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。