南平市316國道太平大橋改建工程
——舊橋上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?yàn)楝F(xiàn)澆鋼筋混凝土剛架拱，為輕型橋梁。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量逐漸增大，該橋主要部件缺損、結(jié)構(gòu)混凝土裂化，存在較大的安全隱患。基于詳細(xì)的檢測結(jié)果，南平市公路局對多種改建方案進(jìn)行比選，最終決定采用“利用橋梁下部，拆除上部結(jié)構(gòu)”的重建方案。在橋梁改建過程中，在橋梁兩岸(縱橋向)架設(shè)通長架橋機(jī)(全長116m)，并因地制宜改造舊橋墩設(shè)置墩頂架橋機(jī)中支腿，利用架橋機(jī)卷揚(yáng)機(jī)行走天車將舊橋上部構(gòu)筑物逐步吊裝移除。該拆除舊橋上部結(jié)構(gòu)方法的順利實(shí)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(jīng)驗(yàn)，值得推廣借鑒。

現(xiàn)澆混凝土剛架拱、舊橋上部拆除、通長架橋機(jī)

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(jié)構(gòu)為C30鋼筋混凝土剛架拱，跨徑布置為3×37.36m?，F(xiàn)狀橋面寬度為1.0m人行道(含0.25m人行道護(hù)欄)+7.5m車行道+1.0m人行道(含0.25m人行道護(hù)欄)，總寬9.5m。墩臺基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。1#、4#橋臺臺帽及以上部分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；臺身采用漿砌塊石，基礎(chǔ)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(cè)坡為20∶1。橋面設(shè)置2.808%單向縱坡，車行道設(shè)置1.5%雙向橫坡，設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級，掛車-100，人群3.0kN/m2。

2 舊橋改建總體設(shè)計(jì)

經(jīng)過長時間使用，該橋其主要構(gòu)件有大的缺損、結(jié)構(gòu)混凝土老化、承載能力不足，嚴(yán)重影響橋梁使用功能。根據(jù)閩路養(yǎng)[2015]35號文件要求，對已排查為三類及以上的輕型結(jié)構(gòu)橋梁除為維持交通實(shí)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(jīng)濟(jì)、工期)出發(fā)，并考慮其周邊環(huán)境，大橋改建設(shè)計(jì)構(gòu)思為：保持原有橋梁下部結(jié)構(gòu)，拆除現(xiàn)狀鋼筋混凝土剛架拱結(jié)構(gòu)，改建上部結(jié)構(gòu)梁體和橋面系，提升橋梁的承載能力。根據(jù)《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(bào)告》(BG-QL-JS-2014-06)，橋墩結(jié)構(gòu)尺寸及強(qiáng)度滿足新建橋梁公路-I汽車荷載要求，經(jīng)南平市公路局詳細(xì)認(rèn)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(jié)構(gòu)。即保留太平大橋原有橋梁橋墩結(jié)構(gòu)，拆除橋梁上部3×37.36m鋼筋混凝土剛架拱結(jié)構(gòu)和橋臺；加高原有橋墩、增設(shè)蓋梁，新建橋臺，改建上部結(jié)構(gòu)梁體為3×37.36m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。太平大橋改建橋起點(diǎn)樁號K141+317.116，終點(diǎn)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(jī)械拆除法拆除，拆除工程應(yīng)遵循的原則：

(1)先建后拆、后建先拆，即按剛架拱建設(shè)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(chǎn)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?qū)ΨQ逐片拆除，保證逐級對稱卸載；

(4)自上而下逐層進(jìn)行。

3.2 上部結(jié)構(gòu)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(dá)到36m，拆橋、改建等均屬于高空作業(yè)。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(jīng)現(xiàn)場實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)舊橋上部結(jié)構(gòu)(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(jī)械及設(shè)備可在橋上進(jìn)行作業(yè)。綜合各種實(shí)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?qū)ΨQ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?qū)ΨQ拆除的原則進(jìn)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(hù)橋墩的作用；

(3)待舊橋拱肋拆除完畢后，利用架橋機(jī)天車搭設(shè)3號墩頂、2號墩頂施工托架及防護(hù)，在舊墩兩側(cè)植筋掛鎖施工托架，并用精軋螺紋鋼拉桿將墩柱兩側(cè)托架對鎖緊固，臨邊采用建筑鋼管及安全網(wǎng)進(jìn)行圍擋防護(hù),實(shí)現(xiàn)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(yù)埋型鋼，蓋梁施工完畢后利用架橋機(jī)天車、鋼絲繩將架橋機(jī)拴在蓋梁上固定，防止滑移。利用輪式起重機(jī)拆除靠4號臺側(cè)20m架橋機(jī)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(jī)將拆除的20m架橋機(jī)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(jī)駁接恢復(fù)，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(xù)T梁架設(shè)。

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(jié)構(gòu)拆除施工

4.1 拆橋總體施工方案

該橋?yàn)楹禈?，橋下為山谷，在兩岸橋臺位置可修筑施工便道到達(dá)谷底。經(jīng)討論決定在橋梁兩岸(縱橋向)架設(shè)通長架橋機(jī)(全長116m)，利用架橋機(jī)卷揚(yáng)機(jī)行走天車將舊橋上部構(gòu)筑物逐步吊裝移除的方法。首先在兩橋臺臺背后側(cè)布設(shè)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(jī)達(dá)到116m，為減小跨徑，需分別在2號、3號墩頂設(shè)立支點(diǎn)。據(jù)剛架拱的橋型特點(diǎn)，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(gòu)造特點(diǎn)，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(jī)的中支腿，拱上立柱縱向?qū)挾?m，以伸縮縫為中心切割60cm寬破縫，伸縮縫兩側(cè)邊腹孔各留20cm搭跨在拱上立柱，將橋機(jī)橫移軌道安裝至60cm破縫內(nèi)，軌道下用方木墊平，使軌道頂面與原橋面平。墩頂架橋機(jī)中支腿如圖4所示：

圖4 架橋機(jī)中支腿示意圖

因拱上立柱橫向?qū)挾葍H6.8m，橋機(jī)橫軌14m寬，需要在兩側(cè)增加立柱，抵消軌道懸臂。在墩頂拱座兩側(cè)有約80cm空間，利用墩頂此處設(shè)置鋼管立柱。據(jù)《施工圖設(shè)計(jì)文件》要求，改造蓋梁時需鑿除墩頂1m范圍內(nèi)老化較嚴(yán)重的混凝土。遂先采用空壓機(jī)配合氣鎬鑿除墩頂拱座兩側(cè)80cm范圍內(nèi)1m混凝土，鑿除墩頂兩側(cè)舊混凝土施工前需先安裝由橋面至墩頂?shù)膸Х雷o(hù)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(cè)墻上使之穩(wěn)固。鑿除后抄平混凝土面，并植入鋼板，在其上設(shè)立單側(cè)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(shè)立縱向工25b工字鋼梁，橋機(jī)橫移軌道架設(shè)在工25b工字鋼梁上。4根無縫鋼管“#”字結(jié)構(gòu)橫縱均設(shè)置斜撐，并需將鋼管內(nèi)側(cè)鎖在拱上立柱側(cè)面上使之穩(wěn)固。拱座兩側(cè)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(jī)中支點(diǎn)完成后，用PC80型挖掘機(jī)破除人行道及欄桿，拆除后立即進(jìn)行臨邊防護(hù)。采用16T汽車吊進(jìn)行通長架橋機(jī)組裝，架橋機(jī)設(shè)4臺70t縱移吊裝天車，架橋機(jī)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(jìn)行通長架橋機(jī)組裝，完成電路系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等安裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)通長架橋機(jī)的橫移及縱移，使得70t吊裝天車工作范圍覆蓋全橋。架橋機(jī)拼裝完成后并完成報(bào)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(jī)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(xiàn)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(jī)(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(jī)可分別開至左側(cè)、右側(cè)，給挖掘機(jī)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(jī)破縫完成后接著用空壓機(jī)將分縫后的微彎板四周鑿空，用天車?yán)壍踝∥澃鍓K體，再用氣割設(shè)備將塊體四周的鋼筋切斷，吊移塊體裝車至指定地點(diǎn)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(yán)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(jī)天車吊卸塊體的時候架橋機(jī)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(yán)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?yàn)椋河蓸蛄簷M橋向一側(cè)向另一側(cè)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(jī)天車吊住縱梁與斜撐(即1#節(jié)段或2#節(jié)段)，用空壓機(jī)鑿斷中腹孔、邊腹孔、次拱腿(斜撐)切割點(diǎn)，切除鋼筋后用天車吊至橋頭破解外運(yùn)，在一道拱肋連接的2條縱梁及次拱腿(斜撐)吊卸后(即1#節(jié)段和2#節(jié)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(diǎn)，采用空壓機(jī)氣鎬鑿斷拱肋跨中切割點(diǎn)，接著鑿段3#節(jié)段拱腳切割點(diǎn)，切斷后將3#節(jié)段緩緩起吊并調(diào)平后往橋岸出渣，為防止吊起的拱肋側(cè)翻，吊裝采用定制吊具進(jìn)行吊裝。拱肋較窄，鑿切割點(diǎn)的作業(yè)人員需將安全繩掛鎖在架橋機(jī)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(jié)段后，再將4#節(jié)段的拱腳切割點(diǎn)鑿斷，同樣將4#節(jié)段調(diào)平后往橋梁另一側(cè)出渣。因架橋機(jī)拆除舊橋上部結(jié)構(gòu)為3跨跳步拆除，則3跨荷載在跳步拆除過程中均會產(chǎn)生一件構(gòu)筑物吊裝塊體的偏載，如圖8所示取單件最大吊重塊(3#節(jié)段、4#節(jié)段)拆除時墩頂水平推力進(jìn)行驗(yàn)算：

由圖8可知：3和4#節(jié)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(jié)段水平推力簡化計(jì)算如下：

因此，推力驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)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(shè)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(dāng)Ⅰ、Ⅱ單元拆除后，為防止Ⅲ單元孤立可能產(chǎn)生側(cè)翻，在鑿除Ⅱ、Ⅲ單元之間的橫系梁之前在Ⅲ單元兩側(cè)用4道纜風(fēng)繩將Ⅲ單元拉至橋下地錨。Ⅲ單元保護(hù)完成后再著手拆除Ⅱ單元。

圖8 拱肋3/4節(jié)段大樣圖

圖9 纜風(fēng)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(jìn)行拱上立柱及拱座的拆除。拱上立柱及拱座周邊無作業(yè)面，拆除前必須安裝施工托架實(shí)現(xiàn)作業(yè)平地化。施工托架在后續(xù)蓋梁改造等也需使用，需待蓋梁改造完成后T梁架設(shè)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(jī)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(diǎn)橫移軌道支撐點(diǎn)為拱上立柱及墩頂兩側(cè)Φ89mm壁厚6mm無縫鋼管立柱，考慮架橋機(jī)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(cè)進(jìn)行拆除，橫橋向左側(cè)一半用風(fēng)鎬破除至墩頂一下1m以后，在墩中心處加設(shè)一個4Φ89mm壁厚6mm無縫鋼管設(shè)立支撐點(diǎn)，再行破除右側(cè)一半。拆除過程如圖10所示：

待右側(cè)拱上立柱及拱座、墩頂1m混凝土均鑿除完成后，進(jìn)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(dāng)挪動箍筋，待蓋梁混凝土完成澆筑并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，在蓋梁頂利用臨時支撐及千斤頂頂起架橋機(jī)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(xù)架梁做準(zhǔn)備。

在蓋梁施工時注意預(yù)埋型鋼，蓋梁施工完畢后利用架橋機(jī)天車、鋼絲繩將架橋機(jī)拴在蓋梁上固定，防止滑移。在南平臺位置利用輪式起重機(jī)拆除靠4號臺側(cè)20m架橋機(jī)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(jī)掛鎖在墩頂固定，懸臂18m采用纜風(fēng)繩固定在橋下地錨)，采用挖掘機(jī)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(jī)將20m架橋機(jī)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(cè)，架梁順序?yàn)槟掀脚_→福州臺。先施工3號蓋梁，并在蓋梁頂設(shè)置架梁用前支腿。完成第三跨T梁架設(shè)，再進(jìn)行2號蓋梁架梁中支腿改裝，完成第二跨T梁架設(shè)，接著完成第三跨T梁架設(shè)，架設(shè)完成后，在新橋橋面進(jìn)行通長架橋機(jī)拆除工作，接著進(jìn)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(jìn)行圍擋封閉施工，設(shè)置封閉繞行和安全警示標(biāo)志，防止社會車輛和行人進(jìn)入施工區(qū)域，不對外界構(gòu)成安全方面的隱患。

(2)在橋墩頂設(shè)置縱橋向位移觀測點(diǎn)，在每條拱肋跨中、1/4處設(shè)置高程變化和橫橋向位移觀測點(diǎn)，拆除過程跟蹤觀測，利用連續(xù)觀測記錄繪制出拱軸線變化曲線，分析曲線從而指導(dǎo)卸載。防止意外發(fā)生。分析觀測數(shù)據(jù)時，如三跨間拱圈抬起標(biāo)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(biāo)高變化較大，則說明該跨受另外2跨的推力增大導(dǎo)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(diǎn)，待拱軸線上抬標(biāo)高正常后，再回頭卸載該跨。

(3)配備專職安全員，每天對現(xiàn)場進(jìn)行安全排查，特別是監(jiān)督架橋機(jī)等大型設(shè)備的檢修工作，防微杜漸。安排專人指揮起吊和卸載，架橋機(jī)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(jī)貝雷桁架上層及側(cè)面通行。貝雷桁架上層鋪鎖花紋板并設(shè)置防護(hù)欄桿；貝雷桁架下弦桿上鋪設(shè)外挑1米16槽鋼，再縱向鋪設(shè)花紋鋼板并設(shè)置防護(hù)欄桿。通道僅供施工人員通行，與工程無關(guān)人員不得進(jìn)入施工通道。

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

(6)經(jīng)常組織員工進(jìn)行安全教育，時刻繃緊安全這根弦。

5 結(jié)論

由于前期調(diào)研及拆除方案設(shè)計(jì)周詳，施工精細(xì)，該橋改建工程上部結(jié)構(gòu)拆除工程于2016年3月開始，于2016年7月順利結(jié)束，歷時120天左右，有力保障了后續(xù)改建工程的順利實(shí)施，確保了整個橋梁改建工程按時完成。該工程的順利實(shí)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(jīng)驗(yàn)，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(bào)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(guān)于開展專養(yǎng)公路輕型結(jié)構(gòu)橋梁改造工程有關(guān)事項(xiàng)的通知(閩路養(yǎng)[2015]35號).2015.03.09.

[3]華東勘測設(shè)計(jì)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(shè)計(jì).2014.12.

[4]JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社.