大跨度雙曲拱橋上部結(jié)構(gòu)拆除施工技術(shù)

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(xiàng)目，位于贛州市中心地區(qū)，工程起于贛州市稼軒路南側(cè)約85 m，終于長(zhǎng)征大道交叉口，主要內(nèi)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(zhǎng)322.5 m，橋?qū)?6.5 m，橋面布置為：欄桿+人行道+機(jī)動(dòng)車(chē)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(jié)構(gòu)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(jiǎn)支板梁，共5跨。主拱肋以5個(gè)分離式U型肋與預(yù)制微彎板現(xiàn)澆組合而成，總寬度為13 m，拱肋間設(shè)置13道橫隔梁。拱上腹孔采用跨徑6.0 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，由槽梁、預(yù)制微彎板及現(xiàn)澆層組合而成。其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

圖1 南河老橋主跨結(jié)構(gòu)布置圖

2 主拱跨拆除施工技術(shù)

2.1 總體施工方案及工藝流程

考慮老橋經(jīng)歷過(guò)兩次大修且當(dāng)前被評(píng)估為危橋，因此拆除主拱的安全風(fēng)險(xiǎn)極高?，F(xiàn)場(chǎng)在拆除主跨上部結(jié)構(gòu)時(shí)以保證原拱跨結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和減少對(duì)周邊環(huán)境的影響為原則，選用金剛石繩鋸將整體結(jié)構(gòu)切割成數(shù)個(gè)小單元，再采用起重設(shè)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(shè)備，施工截面整齊，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，操作更加安全可靠，提高了切割能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率，最大程度地保護(hù)了已有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(chǎn)生大都來(lái)自拱上荷載，在拱肋拆除前需先拆除拱上結(jié)構(gòu)。其施工順序?yàn)椋簶蛎娓綄俳Y(jié)構(gòu)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(guò)程，需要在主拱肋下設(shè)置支架，對(duì)拱橋結(jié)構(gòu)形成多點(diǎn)連續(xù)支撐，降低拆橋過(guò)程中因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)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(jìn)行拆橋施工結(jié)構(gòu)分析，經(jīng)計(jì)算，拆橋過(guò)程中橋梁變形、應(yīng)變、支架受力等數(shù)據(jù)均滿足要求。

拆橋施工工藝流程詳見(jiàn)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(tái)搭設(shè)

每個(gè)主拱跨下部均設(shè)置鋼平臺(tái)，共3處，平臺(tái)尺寸為長(zhǎng)76 m，寬15 m。大平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)采用鋼管樁基礎(chǔ)，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(cè)型鋼護(hù)欄，結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)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(xiàn)場(chǎng)采用導(dǎo)桿式浮箱船+活塞沖擊錘插打鋼管樁。其他鋼構(gòu)件的安裝及組拼利用棧橋上的起重設(shè)備吊裝完成。

圖3 拱下鋼平臺(tái)橫斷面圖（單位：mm）

2.2.2 拱下盤(pán)扣式支架搭設(shè)

盤(pán)扣式支架搭設(shè)方式為滿堂支架，支架設(shè)計(jì)方式是在鋼平臺(tái)上，可調(diào)底座放置于鋼平臺(tái)面板，盤(pán)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(diào)節(jié)頂托調(diào)節(jié)支撐高度，架體自由端高度不大于400 mm，可調(diào)絲桿外露長(zhǎng)度不超過(guò)300 mm，頂托上部橫向放置15 cm×15 cm楔形方木（根據(jù)拱肋角度調(diào)節(jié)），方木支頂于拱肋底部形成支撐受力。支架結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖4。

圖4 盤(pán)扣式支架結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 人行道及欄桿拆除

施工前禁止所有車(chē)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(cè)欄桿，順序遵循縱橋向由跨中向兩端、左右對(duì)稱(chēng)逐片拆除，現(xiàn)場(chǎng)按6 m 1段分節(jié)，用金剛石繩鋸進(jìn)行切割，切割前提前設(shè)置好吊點(diǎn)，用吊車(chē)?yán)K索對(duì)拆除欄桿進(jìn)行預(yù)吊、收緊，然后再切割分離，人工配合向橋內(nèi)側(cè)拉拽，防止向橋外側(cè)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(nèi)部由鋼筋骨架連接形成整體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)采用6 m長(zhǎng)作為1個(gè)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(cè)對(duì)稱(chēng)切割，以此類(lèi)推。切割前設(shè)置好吊點(diǎn)，利用吊車(chē)?yán)K索對(duì)拆除部分進(jìn)行預(yù)吊收緊，然后再進(jìn)行切割分離，用叉車(chē)運(yùn)至破碎地點(diǎn)。

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(yù)制微彎板（中部厚9 cm）組成，下部為預(yù)制腹箱梁（長(zhǎng)6 m/片），預(yù)制微彎板與腹箱梁組拼后以澆筑濕接縫方式連接。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)場(chǎng)采用金剛石繩鋸切割分塊，每塊梁板縱向長(zhǎng)度6 m，橫向?qū)挾?.3 m，單片重量7.5 t。切割前在橋面上進(jìn)行彈線，為避免切割時(shí)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(cè)向橋中，由跨中向兩端，詳見(jiàn)圖5。切割時(shí)要保證金剛石繩鋸適當(dāng)繃緊，循環(huán)冷卻水緊跟啟動(dòng)，繩鋸繃緊主要通過(guò)控制盤(pán)調(diào)整主動(dòng)輪提升張力，2個(gè)電動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)要有先后順序，一個(gè)穩(wěn)定后才能開(kāi)啟另外一個(gè)。切割完成后由棧橋上的50 t汽車(chē)吊起吊裝車(chē)，運(yùn)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?jī)蓚?cè)各有6 m長(zhǎng)的暗箱梁段，每孔共12 m。暗箱孔為全封閉結(jié)構(gòu)，頂部為小跨度預(yù)制微彎板及鋪裝層組成的橋面板，下部箱內(nèi)設(shè)有橫向支墩3個(gè)，縱向支墩2個(gè)，支墩高度為0.56～0.93 m，厚度為0.25 m，將暗箱分隔成12個(gè)獨(dú)立小箱室，箱內(nèi)空間十分狹小。如直接采用繩鋸切割法，面臨沒(méi)有操作空間，無(wú)法穿繩作業(yè)的難題。為解決此問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)先采用金剛石圓盤(pán)鋸在中部的小箱室頂部進(jìn)行切割，取出中部小箱室橋面板后，從箱內(nèi)支墩頂部用水磨鉆打孔，為繩鋸穿入和切割創(chuàng)造有利條件，切割工作量也較小。具體操作如下：①根據(jù)圖紙尺寸在橋面上放樣出橫縱向支墩的位置，即找出12個(gè)小箱室邊線；②選擇中部4個(gè)小箱室用金剛石圓盤(pán)鋸將頂部橋面板切割后吊除；③利用這4個(gè)小箱室內(nèi)的操作空間，在橫縱向支墩上打設(shè)穿繩孔，并采用金剛石繩鋸進(jìn)行切割分塊；④用吊車(chē)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(zhǎng)度為13 m，為C30片石混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)采用水磨鉆打設(shè)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?xún)?nèi)，切割分塊詳見(jiàn)圖6?？紤]立柱為片石混凝土，完整性較差，為避免在分塊吊裝時(shí)發(fā)生折斷現(xiàn)象，切割時(shí)盡量減小分塊的長(zhǎng)寬比例，并在切割分界線處打設(shè)吊裝孔，從分塊混凝土底部穿入鋼絲繩，確保切塊吊裝作業(yè)的安全性，并有利于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸。立柱拆除施工順序由中跨向兩端依次進(jìn)行，每個(gè)分塊切割斷開(kāi)前，要先用100 t履帶吊進(jìn)行預(yù)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(gè)分離式U型肋與預(yù)制微彎板現(xiàn)澆組合而成，拱圈寬13 m，拱肋間設(shè)置13道橫隔梁連接。主拱跨分為標(biāo)準(zhǔn)段拱肋和實(shí)心段拱肋2種結(jié)構(gòu)，其中標(biāo)準(zhǔn)段拱肋為U型肋和微彎板現(xiàn)澆組合，U型肋壁厚16 cm，微彎板厚度22～29 cm。實(shí)心梁段位于每跨主拱中部，長(zhǎng)度24 m，是在主拱肋微彎板頂部直接現(xiàn)澆混凝土形成的橋面結(jié)構(gòu)，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(diào)拱圈下部盤(pán)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(shí)心段拆除。最厚區(qū)域單個(gè)拱肋+橋面結(jié)構(gòu)每延米重量達(dá)到約5.8 t，綜合考慮吊裝安全、切割工效及支架穩(wěn)定性，擬定在不解體U型拱肋原則下，先將微彎板及上部現(xiàn)澆的混凝土橋面結(jié)構(gòu)層切割拆除，選擇從拱肋側(cè)壁頂部進(jìn)行切割，有效減少切割量，最后對(duì)U形主拱肋分解拆除。操作要點(diǎn)為：①切割拆除1號(hào)、2號(hào)拱肋拱頂24 m實(shí)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(hào)、2號(hào)拱肋的邊線位置，按照?qǐng)D7中所示的切割分段線標(biāo)出1號(hào)、2號(hào)拱肋之間微彎板切割用的孔位，用直徑φ108 mm的水磨鉆機(jī)從上至下取通孔，將金剛石繩通過(guò)孔穿入，順橋向切割使微彎板及橋面板與1號(hào)、2號(hào)拱肋分離，履帶吊就位，預(yù)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(jié)構(gòu)，注意切割施工嚴(yán)格按照從中間向兩邊的順序進(jìn)行；②切割拆除1號(hào)拱肋拱頂24 m實(shí)心段上部微彎板及橋面板，按照?qǐng)D8所示，從1號(hào)拱肋頂部向下0.3 m的位置用水磨鉆機(jī)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(shí)要求履帶吊就位，預(yù)吊收緊鋼絲繩，最后切斷剩余2 m連接，防止分離結(jié)構(gòu)不平衡失穩(wěn)掉落；③切割拆除2號(hào)、4 號(hào)、5號(hào)拱肋拱頂24 m實(shí)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(hào)→5 號(hào)→4 號(hào)拱頂24 m實(shí)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(hào)拱肋拱頂24 m實(shí)心段上部微彎板及橋面板，按照切割拆除1號(hào)拱肋拱頂24 m實(shí)心段上部微彎板及橋面板的方法拆除3 號(hào)拱肋拱頂實(shí)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(shí)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(cè)量畫(huà)線標(biāo)出切割面位置，切割面與水平面成75°角，固定好繩鋸機(jī)后進(jìn)行拱肋混凝土切割，起重吊機(jī)根據(jù)鋼絲繩受力情況進(jìn)行施力調(diào)整，以避免主拱肋切斷瞬間應(yīng)力釋放影響安全；②標(biāo)準(zhǔn)段主拱肋切割拆除，在拱圈背面上用墨線彈出1號(hào)、2號(hào)拱肋之間微彎板的中心線，并標(biāo)出切割用的孔位，用直徑φ108 mm的水磨鉆機(jī)從上至下取通孔，將金剛石繩通過(guò)孔穿入，順橋向切斷微彎板，再按橫向分節(jié)長(zhǎng)度切斷主拱肋結(jié)構(gòu)，注意切斷前用履帶吊鋼絲繩預(yù)吊收緊，防止吊物發(fā)生掉落；③ 按照①項(xiàng)方法依次拆除1號(hào)拱肋剩余節(jié)段，并同時(shí)拆除其余2個(gè)主孔跨的1號(hào)拱肋，按照拆除1號(hào)拱肋的方法依次拆除2號(hào)、5號(hào)、4號(hào)拱肋。最后切割拆除位于中部的3號(hào)拱肋，完成全部主拱圈的拆除工作。

2.3 監(jiān)控量測(cè)

在拆除欄桿、人行道、橋面板及拱上支墩的過(guò)程中，拱肋變形和應(yīng)力為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，老橋主要監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖9所示。根據(jù)拆除進(jìn)度分別對(duì)老橋的跨中、1/4、3/4和拱腳處的應(yīng)變和位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每日形成監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)，每周形成周報(bào)，每月形成月報(bào)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)值與有限元分析模型的理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，整個(gè)拆橋過(guò)程中橋梁變形情況和應(yīng)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(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

3 拆除工程安全措施

（1）施工前按照公路運(yùn)輸及交通部門(mén)的要求在原通往橋梁的兩端設(shè)置道路封閉標(biāo)示牌，對(duì)橋下既有道路，在施工期間報(bào)交通部門(mén)同意后實(shí)施封閉禁行，安排專(zhuān)人值班看守，確保施工區(qū)域的安全。

（2）嚴(yán)格檢查進(jìn)場(chǎng)的吊裝設(shè)備，要求設(shè)備單位提供吊裝特種作業(yè)相關(guān)檢測(cè)證明及資質(zhì)。

（3）起重機(jī)械操作人員應(yīng)持證上崗，嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程進(jìn)行操作。起吊設(shè)備的吊裝能力、吊裝用鋼絲繩必須有足夠的安全儲(chǔ)備，且在吊物之前應(yīng)進(jìn)行試吊，確保吊車(chē)吊重時(shí)的平衡穩(wěn)定。

（4）切割作業(yè)必須嚴(yán)格按技術(shù)交底或方案要求的拆除順序和分塊尺寸進(jìn)行施作。

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

（6）拆橋臨邊作業(yè)平臺(tái)必須搭設(shè)安全護(hù)欄，并設(shè)置密目安全網(wǎng)，涉及高空作業(yè)的人員必須佩戴安全帽，系好安全帶，確保人員安全。

4 結(jié)論及建議

（1）隨著橋梁構(gòu)件不斷肢解，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不斷被削弱，施工工況也經(jīng)常處于不利狀態(tài)，因此橋梁拆除需對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)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(shè)置支撐架體系，能大大降低拆橋過(guò)程中的彎矩變化和不平衡力，確保施工安全。

（2）拱橋結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，采用繩鋸切割分塊時(shí)，切割工效與所切構(gòu)件面積大小成正比，通過(guò)詳細(xì)掌握拱橋的構(gòu)造，考慮與起重吊裝設(shè)備相匹配，選擇最佳的分塊方案是控制的關(guān)鍵點(diǎn)，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

（3）本橋采用繩鋸切割分解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屬于靜力拆除方法，具有施工作業(yè)速度快、操作方便、噪聲低、無(wú)振動(dòng)、無(wú)粉塵廢氣污染等優(yōu)點(diǎn)；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(shí)只對(duì)橋下既有道路或航道采取間隙性封閉，把對(duì)周邊環(huán)境及通行的影響降到最低，實(shí)現(xiàn)了較好的社會(huì)效益。