南平市316国道太平大桥改建工程——旧桥上部结构拆除施工

(南平市公路局，南平353000)

南平市316国道太平大桥改建工程
——旧桥上部结构拆除施工

■余清华

(南平市公路局，南平353000)

南平市316国道太平大桥旧桥为现浇钢筋混凝土刚架拱，为轻型桥梁。随着国民经济发展，交通量逐渐增大，该桥主要部件缺损、结构混凝土裂化，存在较大的安全隐患。基于详细的检测结果，南平市公路局对多种改建方案进行比选，最终决定采用“利用桥梁下部，拆除上部结构”的重建方案。在桥梁改建过程中，在桥梁两岸(纵桥向)架设通长架桥机(全长116m)，并因地制宜改造旧桥墩设置墩顶架桥机中支腿，利用架桥机卷扬机行走天车将旧桥上部构筑物逐步吊装移除。该拆除旧桥上部结构方法的顺利实施为福建省乃至全国此类轻型桥梁上部拆除改建提供了成功的经验，值得推广借鉴。

现浇混凝土刚架拱、旧桥上部拆除、通长架桥机

1 工程概况

南平市太平大桥位于G316国道(村厝至洋洧段) K141+317.116～K141+450.884，桥长133.77m，该桥于1995年12月30日竣工。桥梁上部结构为C30钢筋混凝土刚架拱，跨径布置为3×37.36m。现状桥面宽度为1.0m人行道(含0.25m人行道护栏)+7.5m车行道+1.0m人行道(含0.25m人行道护栏)，总宽9.5m。墩台基础均为明挖扩大基础。1#、4#桥台台帽及以上部分为现浇钢筋混凝土结构；台身采用浆砌块石，基础为片石混凝土。桥墩为C30钢筋混凝土重力式圆头墩，高墩为29.70m，侧坡为20∶1。桥面设置2.808%单向纵坡，车行道设置1.5%双向横坡，设计荷载为汽车-20级，挂车-100，人群3.0kN/m2。

2 旧桥改建总体设计

经过长时间使用，该桥其主要构件有大的缺损、结构混凝土老化、承载能力不足，严重影响桥梁使用功能。根据闽路养[2015]35号文件要求，对已排查为三类及以上的轻型结构桥梁除为维持交通实施的临时加固外，原则上予以拆除重建，不再加固利用。因此，从太平大桥的综合功能(安全、经济、工期)出发，并考虑其周边环境，大桥改建设计构思为：保持原有桥梁下部结构，拆除现状钢筋混凝土刚架拱结构，改建上部结构梁体和桥面系，提升桥梁的承载能力。根据《国道316福建省南平村厝至洋洧段太平大桥承载能力评定报告》(BG-QL-JS-2014-06)，桥墩结构尺寸及强度满足新建桥梁公路-I汽车荷载要求，经南平市公路局详细认证，从施工工期、交通通行、造价等方面综合考虑，最终确定该桥改造方案为：利用下部，拆除并重建上部结构。即保留太平大桥原有桥梁桥墩结构，拆除桥梁上部3×37.36m钢筋混凝土刚架拱结构和桥台；加高原有桥墩、增设盖梁，新建桥台，改建上部结构梁体为3×37.36m装配式预应力混凝土T梁。太平大桥改建桥起点桩号K141+317.116，终点桩号K141+450.884，全长133.77m，全宽12.0m。

3 旧桥拆除原则及方案

3.1 旧桥拆除原则

旧桥上部拟采用机械拆除法拆除，拆除工程应遵循的原则：

(1)先建后拆、后建先拆，即按刚架拱建设顺序倒序拆除；

(2)对称均匀的原则，考虑到刚架拱桥推力较大，为防止拆桥过程中产生过大的位移变形，做到纵向3跨均匀卸载；

(3)先中跨、后边跨、由桥梁纵向对称逐片拆除，保证逐级对称卸载；

(4)自上而下逐层进行。

3.2 上部结构拆除方案

由于旧桥桥下为山涧，植被茂盛，在1#墩附近有一条约2m宽的常年溪水，因桥址处地势陡峭，桥面桥下落差达到36m，拆桥、改建等均属于高空作业。另外，旧桥封闭施工期间，绕行施工便道横穿桥下村落，对桥下杨厝村村民安全照成威胁，必须尽量缩短改建工期，减小对桥下杨厝村村民正常生活的影响。

经现场实地考察，发现旧桥上部结构(刚架拱)混凝土存在部分老化，但大部分较为完整，对上部拆除工作有利，施工机械及设备可在桥上进行作业。综合各种实际情况，制订出的拆除方案如下：

(1)对称拆除人行道栏杆、桥面系及微弯板；

(2)由桥梁纵向对称逐片拆除纵梁和拱肋。顺序分别为Ⅰ单元，Ⅱ单元，Ⅲ单元。对于每个单元的拆除，均首先拆除纵梁的横系梁，再拆除纵梁与斜撑，然后将拱肋的横系梁拆除，最后拆除拱肋；

桥梁各单元拆除顺序遵循先中跨，后边跨，纵向对称拆除的原则进行。

按上图编号①～⑨逐步卸荷，减小刚架拱桥体对桥墩的水平推力，起到保护桥墩的作用；

(3)待旧桥拱肋拆除完毕后，利用架桥机天车搭设3号墩顶、2号墩顶施工托架及防护，在旧墩两侧植筋挂锁施工托架，并用精轧螺纹钢拉杆将墩柱两侧托架对锁紧固，临边采用建筑钢管及安全网进行围挡防护,实现施工平地化；

(4)凿除3号拱上竖墙、拱座及墩顶1m旧混凝土，改造为盖梁；

(5)凿除2号拱上竖墙、拱座及墩顶1m旧混凝土，改造为盖梁；

(6)在盖梁施工时注意预埋型钢，盖梁施工完毕后利用架桥机天车、钢丝绳将架桥机拴在盖梁上固定，防止滑移。利用轮式起重机拆除靠4号台侧20m架桥机桁架(减小桁架悬臂，余约18m悬臂)，拆除旧桥4号桥台并完成改造，改造后用轮式起重机将拆除的20m架桥机桁架接回，然后采用与4号桥台同样方法拆除旧桥1号桥台并改造；

(7)待两桥台改造后将通长架桥机驳接恢复，架梁方向由南平向福州方向。利用天车先将架梁用中支腿安装至3号盖梁上已备后续T梁架设。

图1 桥梁拆除施工顺序示意图

图2 全桥刚架拱对称拆除顺序平面示意图

4 旧桥上部结构拆除施工

4.1 拆桥总体施工方案

该桥为旱桥，桥下为山谷，在两岸桥台位置可修筑施工便道到达谷底。经讨论决定在桥梁两岸(纵桥向)架设通长架桥机(全长116m)，利用架桥机卷扬机行走天车将旧桥上部构筑物逐步吊装移除的方法。首先在两桥台台背后侧布设16m横移行走轨道，2端横移限位各1m，有效横移行走轨道14m。

因拆桥用通长架桥机达到116m，为减小跨径，需分别在2号、3号墩顶设立支点。据刚架拱的桥型特点，在2号、3号墩顶均有伸缩缝，伸缩缝如图3所示：

图3 伸缩缝示意图

刚架拱的构造特点，墩顶边腹孔为空腹段，该处为承重段，无顶推水平力，可以利用该处作为架桥机的中支腿，拱上立柱纵向宽度1m，以伸缩缝为中心切割60cm宽破缝，伸缩缝两侧边腹孔各留20cm搭跨在拱上立柱，将桥机横移轨道安装至60cm破缝内，轨道下用方木垫平，使轨道顶面与原桥面平。墩顶架桥机中支腿如图4所示：

图4 架桥机中支腿示意图

因拱上立柱横向宽度仅6.8m，桥机横轨14m宽，需要在两侧增加立柱，抵消轨道悬臂。在墩顶拱座两侧有约80cm空间，利用墩顶此处设置钢管立柱。据《施工图设计文件》要求，改造盖梁时需凿除墩顶1m范围内老化较严重的混凝土。遂先采用空压机配合气镐凿除墩顶拱座两侧80cm范围内1m混凝土，凿除墩顶两侧旧混凝土施工前需先安装由桥面至墩顶的带防护圈的施工爬梯，爬梯采用型钢制作，并采用膨胀螺丝锁在拱上侧墙上使之稳固。凿除后抄平混凝土面，并植入钢板，在其上设立单侧4根Φ89mm壁厚6mm的无缝钢管立柱，无缝钢管与植入钢板采用法兰盘对锁固定。4根钢管横桥向、纵桥向间距分别为：173cm、50cm，在管顶设立纵向工25b工字钢梁，桥机横移轨道架设在工25b工字钢梁上。4根无缝钢管“#”字结构横纵均设置斜撑，并需将钢管内侧锁在拱上立柱侧面上使之稳固。拱座两侧Φ89mm无缝钢管间距10.59m，详见旧桥上部拆除立面图及A-A断面图。

2号、3号墩架桥机中支点完成后，用PC80型挖掘机破除人行道及栏杆，拆除后立即进行临边防护。采用16T汽车吊进行通长架桥机组装，架桥机设4台70t纵移吊装天车，架桥机拆桥示意如图5所示：

4.2 桥面系及微弯板的拆除

先对称拆除人行道栏杆，在桥面进行通长架桥机组装，完成电路系统、遥控系统等安装调试，实现通长架桥机的横移及纵移，使得70t吊装天车工作范围覆盖全桥。架桥机拼装完成后并完成报检后开始拆除桥面铺装及微弯板工作。

先对整个桥面破缝，再用架桥机吊移往两桥头对称出渣，将铺装层及微弯板拆除。具体拆除方法如下：因该旧桥各部件均采用现浇施工，考虑拱肋与微弯板存在浇筑粘接的可能，先放线确定刚架拱3道拱肋范围，采用小型炮弹头挖掘机(PC80型)沿着拱肋位置边缘纵向破缝，破缝过程避开拱肋范围。破缝时架桥机可分别开至左侧、右侧，给挖掘机腾出足够的工作空间。横向以2.5～3.0m为一段破横缝。挖掘机破缝完成后接着用空压机将分缝后的微弯板四周凿空，用天车捆绑吊住微弯板块体，再用气割设备将块体四周的钢筋切断，吊移块体装车至指定地点破碎。

图5 旧桥上部拆除立面图

移除桥面铺装及微弯板块体必须3跨对称卸载，严禁“一头清”。先中跨、后两边逐块跨跳步卸除，保证3跨拱肋荷载基本平衡，特别注意在架桥机天车吊卸块体的时候架桥机不得横移操作，避免不必要的晃动。破除微弯板时必须放线控制好破缝位置，严禁破损拱肋及横梁。

4.3 纵梁和拱肋拆除

待桥面铺装、微弯板拆除后，开始拆除纵梁和拱肋，拆除顺序为：由桥梁横桥向一侧向另一侧逐片拆除。首先拆除中跨Ⅰ单元纵梁的横系梁，接着拆除纵梁、卸除和拱肋，拆除顺序如图6所示：

先用2台架桥机天车吊住纵梁与斜撑(即1#节段或2#节段)，用空压机凿断中腹孔、边腹孔、次拱腿(斜撑)切割点，切除钢筋后用天车吊至桥头破解外运，在一道拱肋连接的2条纵梁及次拱腿(斜撑)吊卸后(即1#节段和2#节段)，剩余主拱如图7所示：

先分别用1号、2号、3号、4号吊装天车吊住A、B、C、D 4个吊点，采用空压机气镐凿断拱肋跨中切割点，接着凿段3#节段拱脚切割点，切断后将3#节段缓缓起吊并调平后往桥岸出渣，为防止吊起的拱肋侧翻，吊装采用定制吊具进行吊装。拱肋较窄，凿切割点的作业人员需将安全绳挂锁在架桥机桁架安全缆上保证人员安全。

图6 拆除顺序图

图7 剩余主拱示意图

吊出3#节段后，再将4#节段的拱脚切割点凿断，同样将4#节段调平后往桥梁另一侧出渣。因架桥机拆除旧桥上部结构为3跨跳步拆除，则3跨荷载在跳步拆除过程中均会产生一件构筑物吊装块体的偏载，如图8所示取单件最大吊重块(3#节段、4#节段)拆除时墩顶水平推力进行验算：

由图8可知：3和4#节段的吊重量为(单件吊重块最大吊重)：17.7m2×0.35m×2.6t/m3×2=32.2t

卸载过程中偏载拱脚受3#、4#节段水平推力简化计算如下：

因此，推力验算符合设计要求。

纵梁、卸除及拱肋总体拆除顺序如下：

中跨Ⅰ单元→两个边跨Ⅰ单元→中跨Ⅱ单元→两个边跨Ⅱ单元→中跨Ⅲ单元→两个边跨Ⅲ单元→搭设3号、2号施工托架→拆除2号、3号拱上立柱及拱座→凿除墩顶1m混凝土→改造3#盖梁→改造2#盖梁→拆除4#桥台→改造4#桥台→拆除1#桥台→改造1#桥台。

如图9所示当Ⅰ、Ⅱ单元拆除后，为防止Ⅲ单元孤立可能产生侧翻，在凿除Ⅱ、Ⅲ单元之间的横系梁之前在Ⅲ单元两侧用4道缆风绳将Ⅲ单元拉至桥下地锚。Ⅲ单元保护完成后再着手拆除Ⅱ单元。

图8 拱肋3/4节段大样图

图9 缆风绳示意图

4.4 拱上立柱及拱座的拆除

完成全桥拱肋拆除后，进行拱上立柱及拱座的拆除。拱上立柱及拱座周边无作业面，拆除前必须安装施工托架实现作业平地化。施工托架在后续盖梁改造等也需使用，需待盖梁改造完成后T梁架设前方可拆除。施工托架采用3m×1.5m贝雷片拼装后用精轧螺纹钢挂锁在架桥机桁架下，并可升降高度，最低可降至旧墩顶下1m，用于墩柱盖梁改造。

因2号、3号墩中支点横移轨道支撑点为拱上立柱及墩顶两侧Φ89mm壁厚6mm无缝钢管立柱，考虑架桥机横移轨道的挠度，在拆除拱上立柱和拱座时，拱上立柱及拱座需分左右两侧进行拆除，横桥向左侧一半用风镐破除至墩顶一下1m以后，在墩中心处加设一个4Φ89mm壁厚6mm无缝钢管设立支撑点，再行破除右侧一半。拆除过程如图10所示：

待右侧拱上立柱及拱座、墩顶1m混凝土均凿除完成后，进行墩顶1m及盖梁改造施工，改造过程Φ89mm壁厚6mm无缝钢管立柱不得卸除，直接与墩身、盖梁混凝土一并浇筑，箍筋与无缝钢管交错时需适当挪动箍筋，待盖梁混凝土完成浇筑并达到设计强度85%后，在盖梁顶利用临时支撑及千斤顶顶起架桥机约2cm，割除外露的无缝钢管卸除横移轨道，并将拆桥用中支腿改装为架梁用中支腿，立于盖梁顶面，为后续架梁做准备。

在盖梁施工时注意预埋型钢，盖梁施工完毕后利用架桥机天车、钢丝绳将架桥机拴在盖梁上固定，防止滑移。在南平台位置利用轮式起重机拆除靠4号台侧20m架桥机桁架(减小桁架悬臂，余约18m悬臂，非悬臂段桁架长78m，2#盖梁、3#盖梁位置已利用天车将架桥机挂锁在墩顶固定，悬臂18m采用缆风绳固定在桥下地锚)，采用挖掘机拆除旧桥4号桥台并完成改造。待4#桥台改造后再用轮式起重机将20m架桥机桁架接回。

图10 A-A断面图

然后采用与4号桥台同样方法拆除旧桥1号桥台并改造。

因梁场位于南平侧，架梁顺序为南平台→福州台。先施工3号盖梁，并在盖梁顶设置架梁用前支腿。完成第三跨T梁架设，再进行2号盖梁架梁中支腿改装，完成第二跨T梁架设，接着完成第三跨T梁架设，架设完成后，在新桥桥面进行通长架桥机拆除工作，接着进行桥面系及附属工程施工。

4.5 拆桥及墩台改建安全措施

(1)对桥梁拆除进行围挡封闭施工，设置封闭绕行和安全警示标志，防止社会车辆和行人进入施工区域，不对外界构成安全方面的隐患。

(2)在桥墩顶设置纵桥向位移观测点，在每条拱肋跨中、1/4处设置高程变化和横桥向位移观测点，拆除过程跟踪观测，利用连续观测记录绘制出拱轴线变化曲线，分析曲线从而指导卸载。防止意外发生。分析观测数据时，如三跨间拱圈抬起标高变化成均匀抛物线，则判定为正常，如遇某一跨拱圈上抬标高变化较大，则说明该跨受另外2跨的推力增大导致不平衡，须停止该跨卸载，先将临近跨再次减载并同步观测观测点，待拱轴线上抬标高正常后，再回头卸载该跨。

(3)配备专职安全员，每天对现场进行安全排查，特别是监督架桥机等大型设备的检修工作，防微杜渐。安排专人指挥起吊和卸载，架桥机横移及天车纵移过程中禁止突然加速和刹车，将拆除过程中对桥体的冲击降到最低。

(4)施工人员通过架桥机贝雷桁架上层及侧面通行。贝雷桁架上层铺锁花纹板并设置防护栏杆；贝雷桁架下弦杆上铺设外挑1米16槽钢，再纵向铺设花纹钢板并设置防护栏杆。通道仅供施工人员通行，与工程无关人员不得进入施工通道。

(5)各种机械设备定人定机，各种吊具、防滑等设备必须齐全并勤检。所有人员防护用具必须佩戴齐全，否则不得进入施工区域，在空压机凿纵梁、斜撑、拱肋等时，施工人员安全绳必须挂在架桥机施工安全缆上，临边防护等必须做到万无一失。

(6)经常组织员工进行安全教育，时刻绷紧安全这根弦。

5 结论

由于前期调研及拆除方案设计周详，施工精细，该桥改建工程上部结构拆除工程于2016年3月开始，于2016年7月顺利结束，历时120天左右，有力保障了后续改建工程的顺利实施，确保了整个桥梁改建工程按时完成。该工程的顺利实施为福建省乃至全国此类轻型桥梁改建上部拆除提供了成功的经验，值得推广借鉴。

[1]西安长大公路工程检测中心.国道316福建省南平村厝至洋洧段太平大桥承载能力评定报告.BG-QL-JS-2014-06.2014.06.

[2]福建省公路管理局.福建省公路管理局关于开展专养公路轻型结构桥梁改造工程有关事项的通知(闽路养[2015]35号).2015.03.09.

[3]华东勘测设计研究院有限公司.南平市316国道太平大桥改建工程施工图设计.2014.12.

[4]JTGT F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社.