探讨中承式钢管混凝土拱桥拆除施工技术

万思宇

摘要 某高速公路服务区横跨主线的人行天桥，其中承式钢管混凝土拱架拆除采用大型吊车起吊两侧的拱架，先后氧割拱顶拱脚的钢拱圈，将拱架卸落地面的施工方法，取得了很好的施工效果。基于此，文章针对中承式钢管混凝土拱桥拆除施工技术进行研究，结合实例项目从工艺原理及施工技术要点进行分析。评价该技术相关经济效益、社会效益，为同行提供借鉴。

关键词 高速公路服务区;钢管混凝土拱桥;快速拆除技术

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0059-03

0 引言

钢管混凝土拱桥拆除的案例非常少，传统的拆除技术方法主要有人工机械凿击、锤砸、爆破法、缆索吊装斜拉扣挂法等。某高速服务区人行天桥长86.66 m，横跨高速公路主线，两侧有加油站及施工和社会车辆通行，拆除施工难度较大。文章分析研究该中承式钢管混凝土拱桥拆除施工技术，具有重要的实践意义[1-3]。

1 工程概况

某高速服务区的人行天桥为中承式系杆拱桥，共长86.66 m，桥面为型钢组合，天桥踏步位居停车坪中央，严重阻碍了大车行车流线，使得整个服务区的交通流线无法合理组织。为保证交通安全，更好地服务来往车辆、人员，根据设计要求将人行天桥拆除重建，拆除主要工作内容：天桥桥面、踏步、天桥广告牌、栏杆、拱架。

2 工艺原理

天桥拆除方案主要原理：

（1）拱架自重让吊车受力后，消除了拱顶拱肋的恒载内力和轴向力，以及平均纵向力和水平推力产生的内应力，使拱肋在无内力状态下拆分，确保了拱顶施工作业人员的安全。

（2）拱顶钢拱圈氧割开槽后，拱肋里面的素混凝土在拱肋的自重作用下自动预裂断开[4]。

（3）通过拱架下落的自重，将拱脚的钢拱圈和混凝土拉裂断开。

3 施工技术要点

3.1 施工前的准备工作

收集整理桥梁原有设计、运营、维修加固等资料;同时在现场需要对周边条件进行调查，对桥梁结构的构件基本数据进行量测，复核病害，调查弃渣放置场地及运输通道等，同时参考当地相关单位的意见。

3.2 拆除工程总体方案

先拆非受力构件，再拆主要受力构件，化整为零;人行天桥先对踏步和桥面分块对称氧割吊离，对桥梁主拱架采用大型吊车起吊两侧的拱架，拱顶分离后，氧割拱脚，将拱架卸落地面分节吊装的施工方法[5]。

3.3 根据拟订方案的受力情况计算选取吊车和钢丝绳型号

3.3.1 对桥面分块吊装的受力进行验算

氧割分块吊装桥面板，选择单块最长、质量最重的5号块分别对吊车的起重力及钢丝绳的受力进行计算：M质量=8.8×3.5×0.45×2.8=39 t。

吊车摆放位置如图1所示，吊车伸臂的高度和水平距离的示意图见图2。

吊车施工幅度为12.81 m，臂长为27.2 m。根据中联QAY220吊车主臂起重性能中臂长27 m，幅度14 m的起重重量为46 t>39 t/2，中联QAY220吊车满足安全起重要求。

3.3.2 对吊装的钢丝绳进行受力验算

G=mg=39*10=390 kN;采用2台吊车、4根相同长度的钢丝绳吊装;每台吊车固定2根钢丝绳，钢丝绳与桥面成75°夹角，如图3。

S=G/n*1/sin75°=390/4*1/sin75°=100.9 kN;选用Φ32.5、抗拉強度1 700 MPa的钢丝绳，其破断拉力为666.5 kN，安全载重系数选取6.0，100.9 kN﹤666.5 kN/6=111.08 kN，选择Φ32.5的钢丝绳满足受力要求。

3.3.3 拱顶切割分离后，对半幅拱架的受力进行验算

拱顶切割分离后，吊车的起重能力必须满足半幅拱架自重在吊装点产生的最大竖向力，确保吊车作业安全，半幅拱架的受力示意图如图4，验算如下：

（1）拱圈拱顶切割分离后半幅拱架在如图所示的吊装点位置产生的竖向力：P=P1+P2;P1=h/L*G1。

（2）G1=M拱架重量=M钢管重量+M混凝土重量;M钢管重量=π*D*S*ρ*L/1 000;中径D、壁厚S均以m为单位，L长度以m为单位，ρ值取7 850计算。（引自《实用金属材料手册》）。

（3）M钢管重量=3.14*0.83*0.012*7 850*40/1 000

=9.82 t;M混凝土重量以最大值2.5 t/m³计算。

M混凝土重量=π*r2*L*2.5=3.14*0.415 2*40*2.5=

54.08 t;M横向连接杆件=3.14*0.35*0.01*7 850*

48/1 000/4=1.035 t;M拱架重量=M钢管重量+M混凝土重量+M横向连接杆件=9.82+54.08+1.035=64.94 t。

（4）P1=h/L*G1=17.7/31.55*63.9=35.85 t;P2=G2×cosϕ。

（5）G2=M3.14*0.83*0.012*7 850*4.41/1 000+3.14*

0.415 2*4.4*2.5=7.03 t。

（6）P2=G2×cosϕ=7.03×cos3°=7.02 t;产生的竖向力P=P1+P2=35.85+7.02+1.035=47.67 t。

半幅拱架的重量=G1+G2=64.94+7.02=71.97 t。

（7）220 t的吊车机位设置于道路的行车道位置，保证伸臂与拱架成垂直角度，与主线平行;吊车吊点设置于距拱顶4.25 m处，切割点为拱肋中心点，每台吊车预紧起吊半幅拱架;吊车伸臂高度为21.7 m，规定吊车工作幅度为6 m，可得臂长为L=22.50 m。

综上分析，并查中联QAY220主臂起重量能表显示幅度6 m，臂长22.6 m，可吊装重量96 t≥71.97 t，中联QAY220吊车满足安全起重要求。

3.4 实施交通组织导行

大修期间既有的交通组织方式是“左幅单向通行，右幅封闭施工”，为保证天桥拆除施工期间公路的行车安全，施工过程中需对既有高速公路左、右幅主线进行临时交通管制[6]。

采用“主线封闭、车辆借道服务区绕行”的交通组织方式，右幅已经封闭施工，施工车辆可走服务区场内绕行，左幅社会车辆借道宝庆服务区广场通行，按既定的方案实施交通组织导行。

3.5 拆除踏步和桥面及附属部件

在未封闭交通前，先拆除桥梁两侧的踏步，桥面为型钢和钢板组合式，采用对称氧割分离卸落地面[7]。

桥面板氧割前，首先找准薄弱位置作为分块界线，用红油漆在桥面上标注，在每块的四角距边缘不小于20 cm的位置氧割吊装孔，便于穿钢丝绳，氧割过程中吊车要求一直预紧切割块。

3.6 跨中拱顶分离

施工作业人员采用吊篮在拱顶搭设临时施工作业平台;大型吊车起吊两侧的拱架，两侧吊车同时缓缓提升，拱架跨中的自重由吊车承受时，停止提升稳臂预紧钢丝绳，使拱顶应力达到临界最小值，选准跨中位置人工氧割钢拱圈沿拱肋周长一圈，宽度30 cm。

拆除临时施工作业平台后，吊车多次释放预紧力，让拱架自重在跨中产生的恒载内力使拱肋里面的素混凝土预裂断开;拱顶分离后半幅拱架在跨中产生的自重由吊车起吊承受。

3.7 拱架卸落地面

拱脚分离时，拱架在拱脚的约束解除后会导致拱架自重在拱脚的受力传递方向发生改变，同时也会对拱架产生一个回弹反力引起拱架不稳定[8]。

增设一台220 t的吊车与原吊车同时均衡对称起吊右幅拱架，而后用氧割吹割拱脚背面钢管直径周长的1/5，让两台吊车匀缩臂下降，使右幅拱架垂直下落，通过拱架下落的自重，将拱脚钢管和拱肋混凝土预裂断开，吊车继续均匀缩臂使拱架安全卸落地面，采用同样方法将左幅拱架卸落地面。

3.8 分节氧割吊离及恢复主线通行

拱架卸落后是呈拱弧状立于地面上，净矢高度约5 m，根据拖运车的承载能力和货箱长度分成6 m一节，先从低处开始分节氧割，在氧割位置两侧采用吊车起吊预紧拱肋，用氧割将拱肋外包的钢管吹割1/2，吊车释放起吊能力，让拱肋的自重在氧割位置产生的压应力使钢拱圈和素混凝土预裂断开[9]。

拱架卸落地面分节氧割调离后，先清理高速公路路面的杂物，若路面损坏须进行修复，撤离交通组织安全隔离设施后，恢复主线正常通行。

4 效益分析

4.1 经济效益

以该文所述人行天桥拆除为例，施工工期4天，投入施工作业人员12人，对其方案的经济性做如下分析（如表1）。

通过上述成本分析计算，可见采用该方法拆除桥梁的直接费用只需要22.89万元，最主要体现在节约工期上，相比其他方法在工期和费用方面有很大的节约，由此可见，该方法经济效益十分突出。

4.2 社会效益

快速高效安全地完成了桥梁的拆除，确保高速公路主線恢复正常通行和服务区照常营业，产生了良好的社会效益。

5 结论

上述人行天桥拆除施工，工期仅用4天时间，产生的直接费用22.89万元，比预算造价节约了20万元。同时确保了施工安全，尽早恢复高速公路主线车辆的通行和服务区正常运营，这种快速高效安全的拆除桥梁的方法反映社会效益良好，具有推广价值。该文所述施工技术施工工艺简单，投入少，施工成本低，快速高效安全地拆除了桥梁，确保高速公路主线及时恢复通行。所述方案适用于陆地上小、中型钢管混凝土拱桥的拆除。

参考文献

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