大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋橋面板、主桁三鉸法拆除施工工藝

歐陽斌

摘要 2012年，國道324線上南盤江大橋，經檢測被認定為“五”類橋，需要進行拆除重建。鋼桁架懸索橋的拆除，目前國內尚無先例可依。鋼桁架、主纜等拆除過程結構體系變化復雜，國內外均無經驗可循。文章以南盤江大橋為依托，對懸索橋橋面板、主桁的拆除進行研究，總結出一種大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋橋面板、主桁三鉸法拆除施工工藝，并在南盤江大橋的拆除過程中得以成功實施，可為今后類型橋梁的拆除重建提供一種新的思路。

關鍵詞 跨徑鋼桁架懸索橋;拆除;施工工藝

中圖分類號 U445.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0160-03

0 前言

跨徑鋼桁架懸索橋結構復雜，拆除施工工序多、精度要求高，拆除過程中橋梁力學狀態(tài)難以把握，不可預見風險大[1]。國內對于其拆除施工的研究和工程案例都非常少，尚未形成成熟的工法和工藝。此前，國內鋼桁架懸索橋拆除工程僅有蘭州跨黃河的中立橋拆除工程，但是該橋僅完成了主體結構，一直未投入使用就被拆除，主塔為爆破拆除方式[2]。貴州省南盤江大橋為主跨徑240 m的鋼桁架懸索橋，經過近二十年運營后，業(yè)主決定對懸索橋主橋進行拆除，并在原橋位處新建連續(xù)剛構橋，索塔（上塔柱25 m+下塔柱43.6 m）橋面以下的橫梁經切割、改造后作為新建連續(xù)剛構主橋過渡墩繼續(xù)利用，引橋加固維修后繼續(xù)投入使用，該工程是國內首例對成橋運營后的鋼桁架懸索橋進行拆除的工程，也是國內首例將懸索橋拆除與新建橋梁結合起來的工程。另外，該橋下游8 km處有平班水電站，電站未設船閘，大型浮吊船、駁船無法進入施工區(qū)域，并且環(huán)保要求高，橋面鋼筋混凝土拆除不能采用爆破、大型破碎錘等方法，因而拆除工藝要求非常嚴格。

主梁是南盤江大橋最先開始拆除的部分，也是整個鋼桁架懸索橋主橋拆除的關鍵部分。主梁拆除過程中，橋面系逐漸被拆除，一、二期恒載逐漸卸載，索塔兩側的主纜索力不平衡程度加劇，索塔偏位和鋼桁架應力變動劇烈，結構穩(wěn)定逐漸變差，安全隱患逐漸增大，施工風險非常高。2016年5月，施工單位成功完成了南盤江大橋主橋的拆除，經過總結和優(yōu)化形成了該套施工工藝。該工藝施工簡潔、高效，最重要的是安全可控。通過創(chuàng)新、化繁為簡，并有自制發(fā)明設備，大大降低項目施工風險，整個施工過程無任何大、小安全工傷事故，得到業(yè)主及專家組高度評價。

1 工程概況

南盤江大橋為主橋跨徑240 m的鋼桁架懸索橋，廣西岸引橋為4跨預應力混凝土空心板結構，貴州岸引橋為5跨預應力混凝土空心板結構。主纜矢高24.0 m，矢跨比f/L=1/10。大橋主纜由19束19根φ5的高強鍍鋅平行鋼絲索股構成，主纜直徑240 mm。吊索是61φ7高強鍍鋅平行鋼絲，帶PE套，間距為6 m。南盤江大橋主塔為門式主塔，采用矩形截面，塔高從橋面以上25 m。兩塔柱基礎均采用擴大基礎。貴州岸錨碇為重力式錨，廣西岸錨碇為巖隧式錨。

2 工法特點

（1）懸索橋主梁從跨中向兩岸方向進行拆除，利用主梁未拆除部分作為施工通道，適用于沒有大型水運條件下的鋼桁架懸索橋拆除工程。

（2）對整個拆除過程進行監(jiān)控量測，并動態(tài)地進行了索鞍頂推，確保橋梁拆除施工過程中主纜索力大致平衡、索塔偏位可控、索塔底部混凝土不出現拉應力開裂，使索塔下半部經改造后可以作為新建橋梁的過渡墩繼續(xù)使用。

（3）橋面鋪裝層和相對應鋼筋混凝土橋面板整塊切割、拆除，減少一道拆除工序，且全橋應力可控，同時縮減工期，操作簡便。

（4）拆除最外側、次外側橋面板后，橋面板僅剩2塊中板（總寬約4 m），吊裝操作面非常有限。自行研制了吊裝臺車，相對于纜索吊等其他拆除工藝，臺車操作簡單、安全平穩(wěn)，解決了限寬條件下橋面板的拆除問題。

（5）橋面板拆除采用了較為先進的金剛石繩鋸靜力切割工藝，設備簡單、安全、需要極少勞動力，適用于環(huán)保要求較高的鋼桁架懸索橋拆除工程。

（6）鋼桁架拆除采取跨中往兩岸的順序，拆除過程中進行了兩次應力釋放、主梁形成了三個鉸接點，其中，應力釋放前對鋼桁架跨中進行了配重，成功地減小了鋼桁架變形及應力，確保了施工安全。

3 適用范圍

適用于沒有大型水運條件、環(huán)保要求嚴格（如水庫、內陸湖、風景區(qū)等）且索塔不被破壞需繼續(xù)服役情況下的鋼桁架懸索橋拆除工程，對其他條件下的鋼桁架懸索橋拆除也有借鑒價值。自行研制的吊裝臺車也可推廣至今后類似橋梁拆除、新建梁板安裝等工程施工。

4 工藝原理

（1）隨著橋面板從跨中同步、對稱向兩岸拆除，索塔兩側主纜的索力不平衡程度逐漸增大，產生的巨大彎矩使索塔向兩岸側偏位。當索塔偏移量接近極限值（極限值為索塔底部即將出現拉應力開裂時的臨界狀態(tài)的位移量），及時將索塔往跨中頂推，糾正索塔偏位，確保索塔安全[3]。

（2）由于橋面板卸載，主纜豎向往上劇烈變位，鋼桁架隨之向上變形，形成上凸狀弧形，跨中部位的鋼桁架應力達到最大值，接近構件設計強度。為減小鋼桁架應力，首先在跨中部位進行了配重，利用配重的重力減小鋼桁架變形、應力;然后拆除鋼桁架兩端的上、下牛腿限制，使剛性約束變?yōu)殂q接約束，進一步釋放應力;最后對跨中部位鋼桁架進行切割，用鋼絲繩對斷開端鋼桁架進行牽引防止搖晃，使鋼桁架形成三處近似鉸接連接（即“三鉸法”，見圖1），鋼桁架應力充分釋放，結構安全得到保障。

（3）金剛石繩鋸靜力切割利用金剛石工具（繩、鋸片、鉆頭）在高速運動的作用下，按指定位置對鋼筋和混凝土進行磨削切割，將鋼筋混凝土一分為二，是世界上較為先進的無震動、無損傷切割拆除技術。切割過程中通過高壓油管遠距離控制操作，不但操作安全方便，而且震動和噪聲很小，被切割物體能在幾乎無擾動的情況下分離。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程（如圖2）

5.2 操作要點

5.2.1 索鞍頂推

索鞍頂推是保證全橋拆除過程中結構安全的最重要部分，也是工法實施的前提和最關鍵部分。主要分為以下4個步驟：

（1）首先檢查索鞍鞍座銹蝕程度，鞍座下四氟板是否完整。先清理鞍座，打磨、涂潤滑油，減小頂推過程中鞍座與索鞍之間摩擦力。在索鞍靠跨中方向利用鞍座焊接、安裝鋼結構反力架。焊縫單面焊，焊接長度根據模擬計算頂推力1.5倍系數確定。

（2）安裝千斤頂，千斤頂經過有資質單位鑒定并出具鑒定證書，可以精確控制、記錄各個階段千斤頂頂推力。

（3）開始正式拆除前，先進行試頂推索鞍。利用千斤頂對改造后的索鞍進行試頂推，觀測頂推力與索鞍滑動量的關系。特別注意，可能各索鞍滑動所需頂推力不一致，主要因為索鞍下清理程度、原大橋修建時滑動不一致、主纜角度不一致等原因造成。索鞍頂推是該橋拆除成功的關鍵部分之一，若無法頂推，則拆橋過程中對主塔產生的彎矩無法得到釋放，主塔下部結構將產生破壞，主塔無法改造成新橋的過渡墩繼續(xù)服役。

（4）鞍座上標記原始相對位置刻度線，開始主梁拆除，對索塔偏位、主纜索力等進行監(jiān)控量測。當索塔偏位達到極限值時，停止橋面板拆除施工，對索鞍進行頂推，頂推量宜根據前期計算分析確定，并且可以稍微增大頂推量、減少頂推次數。頂推宜按照20 t一個階段控制同步進行。當某一個索鞍出現滑移時應停止該索塔頂推，待其他所有索塔索鞍開始滑移時再同步頂推。

（5）在索鞍頂推時，必須注意所有索塔索鞍同步頂推、頂推位移量均衡的原則，根據位移量控制頂推，由專人指揮同步頂推，最終各索塔頂推偏移量基本一致為準。

（6）當全橋二期恒載減除大半后，索鞍壓力減小，索力產生的不均衡水平力已能使索鞍自由滑動，此時就不再需要進行索鞍頂推。

5.2.2 橋面板拆除

橋面鋪裝混凝土與橋面板一同拆除，橋面板拆除按照從跨中往兩岸同步、對稱拆除的順序，先拆除全橋最外側兩塊，再拆除全橋次外側兩塊橋面板，最后拆除中間兩塊橋面板。橋面板拆除全過程必須保證前后、左右、兩岸對稱同步進行，施工荷載基本一致。拆除全部橋面預制板后，再開始拆除鋼桁架。

5.2.3 鋼桁架拆除

（1）跨中配重，減小應力。在未配重情況下，橋面板拆除后鋼桁架最大值出現在跨中部位，接近或超過設計構件應力上限值。為保證跨中第一刀割斷瞬間鋼桁架變位不大（5 cm以內），采取跨中配重方式以保證斷開瞬間結構、人員安全?？缰信渲氐闹亓繎鶕抡嬗嬎愕慕Y果設置，使跨中斷開后鋼桁架變位在可控范圍內?？缰信渲貞ＷC左右、前后對稱，配重吊點設置在鋼桁架節(jié)點處。配重重量控制精確。斷開前在斷開位置前后、上下交叉方式用10 t手拉葫蘆連接鋼桁架，近似臨時鉸接，作為斷開前的第二道安全保障措施。

（2）解除兩端約束，第一次釋放應力。鋼桁架拆除前其兩端有鋼筋混凝土上、下牛腿限制，且鋼桁架兩端無變位空間，近似剛性約束。故鋼桁架拆除前必須解除鋼桁架兩端約束以釋放應力，防止在橋梁拆除過程中導致鋼桁架變形扭曲或斷裂。

（3）跨中斷開，第二次釋放應力。由于鋼桁架仍有較大應力，為拆除施工安全考慮，采取跨中割斷鋼桁架，再一次釋放應力?？缰袛嚅_后，鋼桁架成為兩個懸吊單體，鋼桁架應力得到充分釋放，結構安全得到保障。使用鋼絲繩將斷開端鋼桁架進行牽引，防止發(fā)生搖晃。應力釋放前，整橋呈凸弧形，釋放后兩個懸吊單體基本超跨中呈斜向上直線。

（4）鋼桁架拆除。拆除鋼桁架時，在索塔橋面處安裝卷揚機，鋼絲繩通過主纜上懸掛定滑輪與動滑輪組，鉤掛住鋼桁架標準節(jié)段，每個節(jié)段設4個吊點以保證吊裝平穩(wěn)、安全。卷揚機預先拉緊鋼絲繩，以保證吊索下螺栓基本不受力，再采取氧割的方式拆除吊索與鋼桁架間聯(lián)系。利用卷揚機緩慢下放鋼桁架標準節(jié)段（6 m）至水面鋼浮箱。利用小型機動船將載有鋼桁架的浮箱推至引橋水域，用橋面上輪式起重機將鋼桁架起吊至引橋橋面，再對鋼桁架進行分解、運離。

5.2.4 監(jiān)控量測

主梁拆除過程中進行了一系列變形、應力監(jiān)測，實時掌握懸索橋力學狀態(tài)，動態(tài)控制施工進度，確保拆除施工安全：

（1）采用精密水準儀監(jiān)測主梁線形，采用全站儀監(jiān)測主塔偏位、主纜線形。

（2）主索鞍縱向偏位控制是施工控制的關鍵之一?？v向偏位采用全站儀結合鋼尺進行主鞍座中心點三維坐標的監(jiān)測，即采用全站儀測量塔頂絕對偏位，用鋼尺測量塔頂基準點與鞍座的相對偏位，從而確定鞍座的實際空間位置及各個階段的滑移量。

（3）采用表貼式振型應變計配合智能綜合測試儀對鋼桁架應力進行監(jiān)測。

（4）主纜錨跨絲股張力是拆除施工過程中重要的監(jiān)測指標。在拆除各階段，采用頻譜分析法在南北側的散索鞍位置逐根索股進行測量，并與理論值進行比對，保證受力安全。

6 結語

由于國內公路大跨徑鋼桁架懸索橋拆除施工的工程案例非常少，將懸索橋拆除與新建橋梁結合起來的拆除工程更屬國內首例，相關的工法和工程經驗非常匱乏。大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋橋面板、主桁三鉸法拆除施工工法的成功應用，為以后鋼桁架懸索橋主梁的拆除施工積累了寶貴的工程經驗，提供了成熟的施工技術指導。

參考文獻

[1]王芝興， 趙少杰， 余江昱. 某公路鋼桁梁懸索橋拆除施工關鍵技術[J]. 世界橋梁， 2018（6）： 78-81.

[2]李勇， 譚文鵬. 大跨徑公路懸索橋的拆除方案和安全性研究[J]. 中國標準化， 2018（24）： 70-71.

[3]趙少杰， 肖丹， 王芝興， 等. 大跨徑公路懸索橋拆除施工及監(jiān)控關鍵技術研究[J]. 中外公路， 2017（1）： 163-166.