大跨徑混凝土斜拉橋塔柱拆除方法探討★

彭 瑋

(上海城投航道建設(shè)有限公司，上海 200441)

0 引言

橋梁作為城市交通的重要載體，部分現(xiàn)有橋梁因所跨越的河道或橫向道路的通航或通行凈空的需求提升面臨改造或重建；另外，隨橋梁服役年限增加、車輛超載等原因?qū)е聵蛄航Y(jié)構(gòu)劣化等情況不斷出現(xiàn)，對既有橋梁進(jìn)行加固改造甚至拆除更新的工程需求日益增多，但目前國內(nèi)外對于大規(guī)模、大跨徑的斜拉橋拆除施工案例較少。

1 工程概況

泖港大橋老橋位于上海西郊松江區(qū)境內(nèi)泖港河上，橋位距離黃浦江與泖港河口約900 m，河面寬度約200 m，河道通航標(biāo)準(zhǔn)5級別航道。于1982年6月竣工通車，是上海第一座大跨徑斜拉橋，泖港老橋的建成為后來的南浦大橋建設(shè)積累了重要的技術(shù)方法和施工經(jīng)驗。目前，對如此大跨徑斜拉橋的拆除施工國內(nèi)尚屬首例。老橋原狀如圖1所示。

泖港大橋老橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用塔梁固結(jié)、梁墩鉸接形式，結(jié)構(gòu)體系外部為三跨靜定結(jié)構(gòu)，跨徑布置為(85+200+85)m，橋梁全長370 m。橋面寬12 m。

老橋主塔為雙柱鋼筋混凝土直塔，縱向直柱形，橫向帶交叉腹桿的雙柱式剛架，柱中心距8.7 m，柱高中心部設(shè)置十字交叉形抗風(fēng)腹桿4道。橋面以上塔高45 m，離地面52 m高，主塔外包尺寸3.4 m×1.2 m，斜拉索為豎琴式密索布置，塔柱前后設(shè)置11組斜拉索，水平索距6.5 m，垂直為3.25 m，梁內(nèi)錨固，塔端張拉。主塔立面及橫斷面布置如圖2所示。

2 總體施工思路

總體拆橋順序采用與建橋逆向順序進(jìn)行，確保拆除工況的橋梁結(jié)構(gòu)安全。首先拆除橋面部分附屬設(shè)施：拆除燈桿、拆除人行道板和欄桿。隨后先拆除河跨30 m掛孔梁段。接著分段拆除河跨標(biāo)準(zhǔn)段，標(biāo)準(zhǔn)段拆除分段與建造時順橋向分段相同，橫橋向不分段。岸跨斜拉索與河跨斜拉索同步、對稱放索；主塔混凝土雙塔柱拆除根據(jù)斜拉拆除時機總體分兩個階段拆除[1]。

3 安全控制目標(biāo)

與建橋施工不同，拆橋過程無運營荷載及變形控制要求，其安全控制過程主要是以結(jié)構(gòu)不發(fā)生穩(wěn)定破壞及預(yù)期外的強度破壞為控制目標(biāo)，通過設(shè)定結(jié)構(gòu)位移為手段來建立安全控制體系。

泖港大橋為大跨徑預(yù)應(yīng)力斜拉橋，橋面以上主塔高44 m，風(fēng)荷載對大橋的受力和變形有一定影響。為此，采用有限元程序?qū)Υ髽蛩魉跈M風(fēng)荷載下的響應(yīng)進(jìn)行分析。把塔柱偏移作為塔柱拆除施工的安全控制目標(biāo)。另外，除了風(fēng)荷載的影響，在斜拉索拆除施工過程中，斜拉索切段后的對稱受力不均也會對塔柱偏位有一定影響。因此，為了控制塔柱偏位，保證塔柱安全穩(wěn)定，要密切監(jiān)測塔柱偏位數(shù)值，同時需要在斜拉索拆除時采取必要措施來減少對塔柱偏位的影響。而在塔柱本身拆除過程中則應(yīng)注重吊裝安全控制[2-3]。

4 混凝土塔柱拆除方案比選

4.1 拆除方案比選

方案一：履帶吊不上橋拆除(站位于老橋岸側(cè)陸地)。

此方案主塔拆除采用一臺履帶吊進(jìn)行塔柱拆除吊裝施工，吊裝前，結(jié)合主塔的結(jié)構(gòu)特征以及設(shè)備的起重范圍，對單個主塔進(jìn)行分段，在主塔分段時，應(yīng)根據(jù)選擇的履帶吊設(shè)備起重性能和吊裝工況半徑，計算最不利工況時的最大起重重量，根據(jù)設(shè)備吊裝能力和塔柱結(jié)構(gòu)特點，合理劃分塔柱拆除分段。例如在本工程中，選用500 t履帶吊進(jìn)行吊裝計算，工況半徑為24 m，臂長72 m，此時設(shè)備最大吊裝重量70.8 t，則塔柱共需分為14個節(jié)段(單塔肢)，單節(jié)最大質(zhì)量66.3 t小于70.8 t，滿足條件。吊裝時，履帶吊站位于老橋南側(cè)陸地上，待鋼絞線穿好及履帶吊帶力后，對塔柱節(jié)段進(jìn)行切割以及吊裝拆除。塔柱拆除吊裝工況如圖3所示。

方案二：履帶吊上橋拆除(站位于老橋岸跨主梁)。

相比方案一，此方案可降低吊裝半徑，優(yōu)化吊裝設(shè)備。此方案拆除主塔利用一臺履帶吊直接站位于橋面上進(jìn)行吊裝，此時通過將拆除吊裝工況半徑縮小，充分利用吊裝設(shè)備性能，可以在不調(diào)整分段的情況下優(yōu)化吊裝設(shè)備，也可以在不調(diào)整吊裝設(shè)備的情況下減少吊裝分段。吊裝工況如圖4所示。

但是根據(jù)該工況下對主梁的受力分析，在采用該方案進(jìn)行吊裝時，履帶吊停位區(qū)域受限，同時履帶吊停位區(qū)邊跨主梁底部需進(jìn)行支撐加固。

方案三：浮吊拆除。

與前兩種拆除吊裝方案不同，方案三擬采用1臺浮吊?？坑诤用孢M(jìn)行斜拉橋索塔塔柱拆除吊裝，采用此方案實施塔柱拆除時，可減少拆除作業(yè)對橋梁結(jié)構(gòu)本體的影響，同時在本工程中浮吊亦可用于斜拉橋中跨主梁的拆除吊裝，提高設(shè)備利用率。其次可充分利用浮吊的起吊性能，優(yōu)化分段，減少吊裝次數(shù)，節(jié)約工期。拆除前，浮吊站位主梁一側(cè)，?？课恢眯杞Y(jié)合浮吊吃水深度進(jìn)行河道清淤處理。浮吊吊裝工況如圖5所示。

4.2 拆除方案確定

對于以上三種方案，現(xiàn)場實際情況分別從安全性、對老橋結(jié)構(gòu)的影響、對通航的影響、經(jīng)濟性、施工便捷性等方面因素進(jìn)行分析比較(見表1)。

表1 綜合比較

通過表1信息對比分析可知，方案二雖然在設(shè)備選型和經(jīng)濟性方面優(yōu)于其他2個方案，但在吊裝設(shè)備停放于邊跨主梁，會增加邊跨斜拉索受力，使得塔柱縱向?qū)ΨQ受力不均情況加劇，不利于安全控制，同時橋面行車道寬度較窄、兩側(cè)斜拉索距離較近，不利于設(shè)備的行走與旋轉(zhuǎn)，安全隱患較大。而方案一則存在設(shè)備利用率低、吊裝分段過多的缺點，相比較下，方案三則優(yōu)于方案一。綜上所述，選擇方案三的浮吊進(jìn)行本工程斜拉橋索塔塔柱拆除吊裝比較合理[4-5]。

5 斜拉橋混凝土塔柱拆除施工關(guān)鍵技術(shù)研究

5.1 混凝土塔柱拆除時機

采用浮吊進(jìn)行塔柱拆除吊裝時，充分利用設(shè)備起重性能，將塔柱切割分段優(yōu)化至單塔肢4個節(jié)段，加上4個塔肢間風(fēng)撐結(jié)構(gòu)，每個索塔塔柱僅需分為12個吊裝節(jié)段。

為了確保老橋在整個施工過程中的整體穩(wěn)定性，考慮主梁、斜拉索與塔柱的相互關(guān)系，同時結(jié)合浮吊的性能，根據(jù)塔頂偏位監(jiān)控計算結(jié)果，把主塔分兩階段進(jìn)行拆除，具體施工步驟如下：

第一階段：主梁拆除到主跨6號索后(共11對斜拉索)開始拆除主塔上半部分，主塔和主梁本身為穩(wěn)定體系，受力均滿足要求。第一階段拆除分段如圖6所示。

第二階段：待拆除主跨側(cè)墩頂現(xiàn)澆段后，最后拆除剩余主塔。第二階段分段如圖7所示。

5.2 混凝土塔柱拆除施工工藝

5.2.1 吊點設(shè)置

由于泖港老橋塔柱整體結(jié)構(gòu)較為規(guī)則為矩形結(jié)構(gòu)，故對主塔塔肢節(jié)段拆除吊裝的方式采用2點吊，每個節(jié)段打設(shè)2個φ200 mm的圓孔，用2根鋼絲繩進(jìn)行穿孔吊裝，吊裝時需在吊孔邊緣與吊繩接觸位置加塞橡膠墊，在進(jìn)行塔柱風(fēng)撐的拆除施工時，風(fēng)撐吊裝采用捆綁吊，浮吊主鉤兜住十字風(fēng)撐的下十字位置，同時利用兩根輔助鋼絲繩將風(fēng)撐的上部與浮吊相連，增強穩(wěn)定性。

5.2.2 吊具選用

吊具的選用需根據(jù)吊裝重量和吊裝方式選用，并進(jìn)行吊具承載力計算，本工程塔柱拆除吊裝采用2根L=10 mφ66.5 mm的環(huán)向鋼絲繩，經(jīng)驗算滿足吊裝要求。

5.3 拆除吊裝施工

在進(jìn)行塔柱拆除吊裝施工前，先進(jìn)行吊裝工況的模擬?？紤]到每個塔柱北側(cè)塔頂節(jié)段為最不利工況(浮吊位于老橋南側(cè))，故以此節(jié)段的吊裝工況來進(jìn)行模擬，通過對最不利工況的模擬，來進(jìn)行驗證方案的可行性。

1)上部三對塔肢及對應(yīng)風(fēng)撐拆除。

考慮到主塔高度，上部三對塔肢及對應(yīng)風(fēng)撐利用300 t浮吊進(jìn)行拆除，浮吊東西向?？?，在主跨南側(cè)起吊，主臂長65 m，角度67.5°，經(jīng)計算滿足要求；拆除吊裝工況如圖5所示。

2)最底部一節(jié)塔肢拆除。

對于塔柱最后一個節(jié)段，利用180 t浮吊拆除，拆除時，浮吊東西向停靠，在主跨南側(cè)起吊，主臂長35 m，角度不小于60°，經(jīng)計算滿足要求；拆除吊裝工況見圖8。

5.4 塔柱拆除腳手架

老橋塔柱現(xiàn)狀為，在每根索的位置設(shè)置操作三面操作平臺，同時在南北兩肢塔的外側(cè)設(shè)置豎向爬梯，如圖9所示。在進(jìn)行主塔拆除時，利用既有操作平臺和岸側(cè)腳手架進(jìn)行，吊點位置結(jié)合操作平臺位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

考慮到主塔較高，切割設(shè)備較大，既有主塔操作平臺尺寸無法放置切割設(shè)備，因此切割設(shè)備單獨搭設(shè)承插型盤扣式腳手架，用于操作人員上下通道及切割作業(yè)平臺，主塔腳手架靠近岸側(cè)設(shè)置，與塔柱采用扣件式腳手架作為附墻連接(大約15 m一道)，搭設(shè)高度比最高處一道切縫高約2 m。腳手架布置平面如圖10所示。

6 施工過程中出現(xiàn)的問題及針對性措施

1)老橋位于上海市水源保護(hù)地，拆橋過程中，對黃浦江水源的保護(hù)是本工程的重點，防止切割廢水污染水源重中之重。

針對性措施：a.在主塔切割施工過程中，在切割設(shè)備及操作平臺四周設(shè)置防塵網(wǎng)與及時對廢水進(jìn)行收集，嚴(yán)格控制廢水與棄物落入泖港河內(nèi)；b.在施工過程中，對浮吊等施工機械進(jìn)行排查，確保廢油不泄漏。

2)新橋與老橋距離比較近，相互影響大。泖港老橋拆除時機在新橋通車后進(jìn)行，新橋人行道與老橋平面投影部分重疊，因此老橋在拆除施工時，難度較大。

針對性措施：a.老橋拆除施工時，在現(xiàn)有駁岸及老橋的基礎(chǔ)上做好監(jiān)測點，整個拆除施工過程中對老橋的整體穩(wěn)定性進(jìn)行密切監(jiān)護(hù)；b.因為新橋與老橋距離較近，甚至存在新橋主橋人行道與老橋上下重疊，因此新橋上部結(jié)構(gòu)人行道挑臂部分在老橋拆除后安裝，確保老橋拆除施工時的安全與避免對新橋的影響[6-7]。

7 結(jié)語

采用分段切割吊裝的方法對大跨徑混凝土斜拉橋塔柱進(jìn)行拆除時，應(yīng)將塔頂偏位作為首要安全控制目標(biāo)進(jìn)行把控，確保塔柱在拆除前的安全穩(wěn)定。對于斜拉橋塔柱拆除，重點在于吊裝方法的選擇，通過三種方案比選，確定浮吊進(jìn)行斜拉橋塔柱作為背景工程的最合理方法。并簡要闡述斜拉橋塔柱拆除施工工藝，最后根據(jù)施工過程中遇到的問題提出幾點針對措施，希望對以后類似工程提供參考。