空腹式石拱桥拱上填料拆除施工方案分析

王一飞

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

石拱桥是一种造型美观、承载潜力大、方便就地取材的桥型，在我国具有悠久的历史。随着运营时间的增加，早期修建的石拱桥均出现不同程度的病害，尤其是主拱圈裂缝和桥面系，目前常用的加固方法是卸载法，即将原有拱上填料换成更轻质的材料，在主拱圈加固完成后再按拆除顺序相反的工序回填。由于石拱桥材料抗拉强度低，加之空腹式结构本身受力状态复杂，所以该类型桥梁在施工阶段，特别是拆除施工阶段的受力特点尤为重要，拟通过一座实桥拱上填料的拆除分析，对该类桥梁拆除施工阶段的受力特点进行深入研究[1]。

1 桥梁概况

本文所述需要拆除的桥梁为一座空腹式石拱桥，主拱跨径为3-净16 m，腹拱跨径为净2 m。主拱圈厚度为0.8 m、腹拱圈厚度为0.3 m。主拱圈为无铰拱；主拱圈顶最大填料厚度为135 cm，最小填料厚度为65 cm；腹拱圈顶最大填料厚度为120 cm，最小填料厚度为65 cm。下部结构为重力式墩台，扩大基础，拱圈、立墙及墩台身材料为浆砌块石（见图1）。

该桥本次需要拆除的部位为全桥桥面系及拱上填料均全部拆除，主拱圈及部分腹拱圈进行加固处理。

图1 桥型布置图

2 拱上填料拆除方案

限于篇幅，仅对该桥拱上填料的拆除过程进行优化分析，初步拟定以下3种拆除方案[2]。

2.1 方案一

主要考虑到节约时间、方便施工。具体实施方案：从中跨跨中依次向两桥台处对称拆除拱上填料，横桥向一次性拆除。

2.2 方案二

主要考虑到全桥拆除过程中各阶段受力均衡，方便施工。具体实施方案：从中跨跨中依次向两桥台处对称拆除拱上填料，横桥向分3次拆除（见图2）。

图2 方案一、二拆除工序图

2.3 方案三

同时考虑到全桥、每跨及腹拱跨的受力均衡。具体实施方案：从主跨每跨跨中依次对称向拱脚处拆除拱上填料，横桥向分3次拆除（见图3）。

图3 方案三拆除工序图

3 计算图示及单元划分

为了模拟全桥拱上填料拆除过程，本次分析采用Midas杆系进行拆除施工模拟，材料的容重、弹模等计算参数按规范取值。其中每孔主拱圈纵桥向划分为20个单元，从第一跨到第三跨依次编号为1～60号单元；每孔腹拱圈划分为8个单元，依次编号为61～156号（见图4）。

图4 单元划分图

4 拆除施工计算结果及分析

由于本次计算单元划分较密，为了表达清晰直观，仅以图示方式显示各方案的最不利工况计算结果，如图5所示。

图5 各方案最不利阶段结构应力状态

由图5可见，方案一中当5、8号腹拱顶填料被完全拆除时，墩顶立墙根部的最大拉应力为1.301 MPa，远超过圬工砌体的抗拉强度。

方案二中当5、8号腹拱顶填料被完全拆除时，墩顶立墙根部的最大拉应力为0.287 MPa，同样超过圬工砌体的抗拉强度。

方案三中当 4、5、8、9 号腹拱顶填拆完后，1、2、4、5、7、8 号立墙根部最大拉应力为 0.063 MPa，低于圬工材料的抗拉设计强度。

从3种方案的计算结果来看，方案一拆除施工阶段划分少，计算简单，主要考虑全桥对称拆除，主拱圈及墩身受力均衡，但未考虑到墩顶立墙局部的受力状态；方案二主要考虑采用分块拆除的方案，对方案一进行了优化，横桥向分3次拆除，尽可能降低施工过程中的应力变化，但应力依然较大；方案三同时考虑每一跨拆除过程上的对称性，以及墩顶腹拱和立墙受力的均衡性，横桥向同样分3次拆除，结构整体及各部件受力状态更加合理，拉应力水平比其他两种方案有明显的降低。

5 结论

a）石拱桥与一般混凝土桥梁有很大的差别，由于其材料抗拉性能差、自重大等缺点，施工过程中应严格控制拉应力水平，充分发挥其抗压性能高的优势。

b）空腹式石拱桥结构体系复杂，拆除施工过程中应同时考虑主拱圈及拱上建筑等各部位的应力水平和施工工序的对称性，以保证结构的施工安全。