大跨度双曲拱桥上部结构拆除施工技术

曾小丽

（赣州市市政工程有限公司，江西赣州 341000）

1 工程概况

本工程为赣州市南河大桥拓宽改造二期项目，位于赣州市中心地区，工程起于赣州市稼轩路南侧约85 m，终于长征大道交叉口，主要内容是拆除既有南河老桥，在原位新建一幅桥梁。

南河老桥全长322.5 m，桥宽16.5 m，桥面布置为：栏杆+人行道+机动车道+人行道+栏杆= 0.25 + 2.0 +12.0 + 2.0 + 0.25 = 16.5 m，主拱桥跨越章江河道，水深5～8 m，上部结构为3孔等截面U型肋双曲拱，单跨跨径80 m。南北引桥位于陆地上，为跨径13 m简支板梁，共5跨。主拱肋以5个分离式U型肋与预制微弯板现浇组合而成，总宽度为13 m，拱肋间设置13道横隔梁。拱上腹孔采用跨径6.0 m钢筋混凝土简支结构，由槽梁、预制微弯板及现浇层组合而成。其结构详见图1。

图1 南河老桥主跨结构布置图

2 主拱跨拆除施工技术

2.1 总体施工方案及工艺流程

考虑老桥经历过两次大修且当前被评估为危桥，因此拆除主拱的安全风险极高。现场在拆除主跨上部结构时以保证原拱跨结构的稳定性、安全性和减少对周边环境的影响为原则，选用金刚石绳锯将整体结构切割成数个小单元，再采用起重设备逐块或逐片拆除。金刚石绳锯在钢筋混凝土拆除工程中作为切割设备，施工截面整齐，降低了劳动强度，操作更加安全可靠，提高了切割能力和劳动生产率，最大程度地保护了已有结构的稳定性和安全性。双曲拱桥拆除顺序与其建造顺序正好相反，因混凝土拱桥在拱座处水平推力的产生大都来自拱上荷载，在拱肋拆除前需先拆除拱上结构。其施工顺序为：桥面附属结构物（栏杆、人行道）—桥面板及梁—拱上立柱—拱肋拆除。为满足上述拆桥过程，需要在主拱肋下设置支架，对拱桥结构形成多点连续支撑，降低拆桥过程中因为不对称卸载引起的拱肋弯矩及桥墩不平衡力。施工前用MIDAS Civil空间有限元软件进行拆桥施工结构分析，经计算，拆桥过程中桥梁变形、应变、支架受力等数据均满足要求。

拆桥施工工艺流程详见图2。

图2 拆桥施工工艺流程图

2.2 施工方法

2.2.1 拱下钢平台搭设

每个主拱跨下部均设置钢平台，共3处，平台尺寸为长76 m，宽15 m。大平台下部结构采用钢管桩基础，钢管桩直径630 mm，壁厚10 mm，管桩顶采用双拼45B字钢盖梁，上部贝雷桁架梁，桥面横向分配梁为25B工字钢，横梁间距75 cm，面板为大面钢板满铺，两侧型钢护栏，结构详见图3。由于拱底距离水面仅有6～10 m，拱下施工空间十分狭小，现场采用导杆式浮箱船+活塞冲击锤插打钢管桩。其他钢构件的安装及组拼利用栈桥上的起重设备吊装完成。

图3 拱下钢平台横断面图（单位：mm）

2.2.2 拱下盘扣式支架搭设

盘扣式支架搭设方式为满堂支架，支架设计方式是在钢平台上，可调底座放置于钢平台面板，盘扣式支架从下往上直至主拱肋底部。支架采用φ65 mm钢管，横桥向立杆间距为0.9 m，顺桥向立杆间距为1.5 m，上下水平杆间距为1.5 m。支架立杆上放置可调节顶托调节支撑高度，架体自由端高度不大于400 mm，可调丝杆外露长度不超过300 mm，顶托上部横向放置15 cm×15 cm楔形方木（根据拱肋角度调节），方木支顶于拱肋底部形成支撑受力。支架结构详见图4。

图4 盘扣式支架结构图

2.2.3 人行道及栏杆拆除

施工前禁止所有车辆和人通行，并用围挡封闭老桥拆除施工范围。第1步是拆除人行道两侧栏杆，顺序遵循纵桥向由跨中向两端、左右对称逐片拆除，现场按6 m 1段分节，用金刚石绳锯进行切割，切割前提前设置好吊点，用吊车绳索对拆除栏杆进行预吊、收紧，然后再切割分离，人工配合向桥内侧拉拽，防止向桥外侧倾斜；第2步是拆除人行道，因人行道由路缘石、人行道板、人行道n形块组成，且内部由钢筋骨架连接形成整体结构，现场采用6 m长作为1个块件用金刚石绳锯整体切割。切割方向先横后纵，切割顺序由跨中向两端，两侧对称切割，以此类推。切割前设置好吊点，利用吊车绳索对拆除部分进行预吊收紧，然后再进行切割分离，用叉车运至破碎地点。

2.2.4 桥面板及腹箱梁拆除

（1）普通桥跨桥面板及腹箱梁拆除。桥面板由23 cm厚的铺装层和15 cm厚的预制微弯板（中部厚9 cm）组成，下部为预制腹箱梁（长6 m/片），预制微弯板与腹箱梁组拼后以浇筑湿接缝方式连接。根据结构分析，现场采用金刚石绳锯切割分块，每块梁板纵向长度6 m，横向宽度1.3 m，单片重量7.5 t。切割前在桥面上进行弹线，为避免切割时伤到腹箱梁和减少切割量，选择从微弯板中部切割分解。切割顺序由两侧向桥中，由跨中向两端，详见图5。切割时要保证金刚石绳锯适当绷紧，循环冷却水紧跟启动，绳锯绷紧主要通过控制盘调整主动轮提升张力，2个电动马达启动要有先后顺序，一个稳定后才能开启另外一个。切割完成后由栈桥上的50 t汽车吊起吊装车，运至指定位置。

图5 普通桥跨桥面板及腹箱梁分块布置图（单位：cm）

（2）暗箱梁段桥面板拆除。主拱中部两侧各有6 m长的暗箱梁段，每孔共12 m。暗箱孔为全封闭结构，顶部为小跨度预制微弯板及铺装层组成的桥面板，下部箱内设有横向支墩3个，纵向支墩2个，支墩高度为0.56～0.93 m，厚度为0.25 m，将暗箱分隔成12个独立小箱室，箱内空间十分狭小。如直接采用绳锯切割法，面临没有操作空间，无法穿绳作业的难题。为解决此问题现场先采用金刚石圆盘锯在中部的小箱室顶部进行切割，取出中部小箱室桥面板后，从箱内支墩顶部用水磨钻打孔，为绳锯穿入和切割创造有利条件，切割工作量也较小。具体操作如下：①根据图纸尺寸在桥面上放样出横纵向支墩的位置，即找出12个小箱室边线；②选择中部4个小箱室用金刚石圆盘锯将顶部桥面板切割后吊除；③利用这4个小箱室内的操作空间，在横纵向支墩上打设穿绳孔，并采用金刚石绳锯进行切割分块；④用吊车吊装拆除所有暗箱段桥面板。

2.2.5 拱上立柱拆除

拱上立柱为不等高变坡柱，坡比为50 : 1，顶宽0.5 m，底宽0.81 m，横向长度为13 m，为C30片石混凝土结构，现场采用水磨钻打设吊装孔和穿绳孔，用金刚石绳锯切割，单块重量控制在15 t以内，切割分块详见图6。考虑立柱为片石混凝土，完整性较差，为避免在分块吊装时发生折断现象，切割时尽量减小分块的长宽比例，并在切割分界线处打设吊装孔，从分块混凝土底部穿入钢丝绳，确保切块吊装作业的安全性，并有利于现场运输。立柱拆除施工顺序由中跨向两端依次进行，每个分块切割断开前，要先用100 t履带吊进行预吊收紧钢丝绳，防止切块意外掉落。

图6 拱上立柱分块布置图（单位：cm）

2.2.6 主拱肋解体拆除

主拱肋以5个分离式U型肋与预制微弯板现浇组合而成，拱圈宽13 m，拱肋间设置13道横隔梁连接。主拱跨分为标准段拱肋和实心段拱肋2种结构，其中标准段拱肋为U型肋和微弯板现浇组合，U型肋壁厚16 cm，微弯板厚度22～29 cm。实心梁段位于每跨主拱中部，长度24 m，是在主拱肋微弯板顶部直接现浇混凝土形成的桥面结构，总厚度为0.6～1.05 m。拆除施工步骤如下。

（1）主拱肋拆除前，检查上调拱圈下部盘扣式支架的顶托，确保顶托上的方木与主拱肋底顶紧受力。

（2）主拱中部24 m实心段拆除。最厚区域单个拱肋+桥面结构每延米重量达到约5.8 t，综合考虑吊装安全、切割工效及支架稳定性，拟定在不解体U型拱肋原则下，先将微弯板及上部现浇的混凝土桥面结构层切割拆除，选择从拱肋侧壁顶部进行切割，有效减少切割量，最后对U形主拱肋分解拆除。操作要点为：①切割拆除1号、2号拱肋拱顶24 m实心段之间微弯板及桥面板，在拱顶桥面板上用墨线弹出1号、2号拱肋的边线位置，按照图7中所示的切割分段线标出1号、2号拱肋之间微弯板切割用的孔位，用直径φ108 mm的水磨钻机从上至下取通孔，将金刚石绳通过孔穿入，顺桥向切割使微弯板及桥面板与1号、2号拱肋分离，履带吊就位，预吊收紧钢丝绳，最后横向切断微弯板，指挥起吊拆除微弯板及桥面板结构，注意切割施工严格按照从中间向两边的顺序进行；②切割拆除1号拱肋拱顶24 m实心段上部微弯板及桥面板，按照图8所示，从1号拱肋顶部向下0.3 m的位置用水磨钻机取孔，穿入金属绳水平方向切割拱肋，使拱肋上部微弯板及桥面与下部拱肋分离，注意切割剩余2 m未断时要求履带吊就位，预吊收紧钢丝绳，最后切断剩余2 m连接，防止分离结构不平衡失稳掉落；③切割拆除2号、4 号、5号拱肋拱顶24 m实心段上部微弯板及桥面板，按照上述方法依次切割拆除2号→5 号→4 号拱顶24 m实心段上部微弯板、桥面板，保留拱肋完整不解体；④切割拆除3号拱肋拱顶24 m实心段上部微弯板及桥面板，按照切割拆除1号拱肋拱顶24 m实心段上部微弯板及桥面板的方法拆除3 号拱肋拱顶实心段，且保留U型拱肋完整不解体。

图7 主拱肋之间微弯板及桥面板切割分解图（单位：m）

图8 主拱肋上部微弯板及桥面板切割分解图

（3）主拱肋切割拆除。具体步骤为：①中部24 m实心段U型主拱肋直接用绳锯切割拆除，切割前在拱肋表面测量画线标出切割面位置，切割面与水平面成75°角，固定好绳锯机后进行拱肋混凝土切割，起重吊机根据钢丝绳受力情况进行施力调整，以避免主拱肋切断瞬间应力释放影响安全；②标准段主拱肋切割拆除，在拱圈背面上用墨线弹出1号、2号拱肋之间微弯板的中心线，并标出切割用的孔位，用直径φ108 mm的水磨钻机从上至下取通孔，将金刚石绳通过孔穿入，顺桥向切断微弯板，再按横向分节长度切断主拱肋结构，注意切断前用履带吊钢丝绳预吊收紧，防止吊物发生掉落；③ 按照①项方法依次拆除1号拱肋剩余节段，并同时拆除其余2个主孔跨的1号拱肋，按照拆除1号拱肋的方法依次拆除2号、5号、4号拱肋。最后切割拆除位于中部的3号拱肋，完成全部主拱圈的拆除工作。

2.3 监控量测

在拆除栏杆、人行道、桥面板及拱上支墩的过程中，拱肋变形和应力为监测重点，老桥主要监测测点布置如图9所示。根据拆除进度分别对老桥的跨中、1/4、3/4和拱脚处的应变和位移进行监测，每日形成监测日报，每周形成周报，每月形成月报。经现场实测，实测值与有限元分析模型的理论计算结果对比分析，整个拆桥过程中桥梁变形情况和应变状况均处于正常合理范围，拆桥施工安全可控。

图9 老桥拆除位移和应变测点布置

3 拆除工程安全措施

（1）施工前按照公路运输及交通部门的要求在原通往桥梁的两端设置道路封闭标示牌，对桥下既有道路，在施工期间报交通部门同意后实施封闭禁行，安排专人值班看守，确保施工区域的安全。

（2）严格检查进场的吊装设备，要求设备单位提供吊装特种作业相关检测证明及资质。

（3）起重机械操作人员应持证上岗，严格按照安全操作规程进行操作。起吊设备的吊装能力、吊装用钢丝绳必须有足够的安全储备，且在吊物之前应进行试吊，确保吊车吊重时的平衡稳定。

（4）切割作业必须严格按技术交底或方案要求的拆除顺序和分块尺寸进行施作。

（5）吊运至平板车上的块状物在运输之前，用倒链固定牢固，防止在运输过程中滑落造成事故。

（6）拆桥临边作业平台必须搭设安全护栏，并设置密目安全网，涉及高空作业的人员必须佩戴安全帽，系好安全带，确保人员安全。

4 结论及建议

（1）随着桥梁构件不断肢解，结构稳定不断被削弱，施工工况也经常处于不利状态，因此桥梁拆除需对桥梁结构本身有较好地理解，了解其成桥施工顺序，遵循逆序拆除原则；拆桥前在主拱下部设置支撑架体系，能大大降低拆桥过程中的弯矩变化和不平衡力，确保施工安全。

（2）拱桥结构形式复杂，采用绳锯切割分块时，切割工效与所切构件面积大小成正比，通过详细掌握拱桥的构造，考虑与起重吊装设备相匹配，选择最佳的分块方案是控制的关键点，达到节约成本的目的。

（3）本桥采用绳锯切割分解钢筋混凝土结构属于静力拆除方法，具有施工作业速度快、操作方便、噪声低、无振动、无粉尘废气污染等优点；整体分块切割吊装移除的方式也有利于建筑垃圾的回收，同时只对桥下既有道路或航道采取间隙性封闭，把对周边环境及通行的影响降到最低，实现了较好的社会效益。