公路危旧桥拆除重建“一拱两用”技术分析

代忠

(贵州省铜仁公路管理局，贵州 铜仁 554300）

0 引言

国省干线公路上的大部分桥梁建于20 世纪70 年代，经过长期服役，出现桥面裂缝、栏杆破损、主拱圈开裂等病害问题，加之近年来重型车辆较多、交通量增大，无论桥面宽度还是承载能力等方面都难以满足现代通行要求，经检测达到四类、五类的桥梁，维修加固意义不大，需要进行拆除重建。

1 工程概况

1.1 原旧桥情况

友谊桥坐落于326 国道K65+138 处，建于20 世纪70 年代。该桥全长92m，跨径为1×47.5m，行车道宽6.5m，荷载等级为汽-20、挂-100，下部结构为重力式“U”形桥台。该桥横跨甘龙河，下游为天台发电站，桥下属于发电站上游蓄水区，长期处于蓄水状态，常年水位在6～8m 之间，最高水位淹没了桥梁拱座。

1.2 新建设计方案

拆除后在原桥位新建一座跨径为1×50m 钢筋混凝土箱型拱桥，全长90m，行车道宽11m，荷载等级为公路I 级。拆除旧桥重建新桥的主要目的是提高荷载等级、增加行车道宽度、降低事故发生率、提高公路通行条件，使人民群众出行更安全、舒适、满意。该桥于2021 年7 月开工建设，2022 年12 月底建成通车。

1.3 “一拱两用”

该桥拆除和重建主拱圈施工采用悬拼拱架“一拱两用”施工技术。第一，拆除旧桥前搭设悬拼拱架，主要目的是将旧桥拆除废渣废料对甘龙河的污染影响减到最小，同时不影响天台发电站正常蓄水。第二，新桥主拱圈利用已搭设悬拼拱架施工，主要目的是减小搭设满堂钢管支架施工对河流水域环境的影响，并降低施工安全风险，同时做到缩短工期、降低成本、资源合理利用、生态环保。

1.4 现场投入主要设备

根据项目建设需要，现场投入主要设备包括塔吊机1 台、挖掘机1 台，以及自卸汽车、钢筋制作设备、混凝土拌和站等。

2 拱架搭设程序及技术要求

2.1 悬拼钢拱架材料要求

钢拱架材料选用Q345 钢材，上下弦杆采用φ18×160mm 钢管，腹杆采用φ89×5mm 钢管，横撑、斜撑采用∠70×70×5mm 连接，钢拱架按每片150cm 间距设置，共计7 片，通过横撑、斜撑焊接为整体。拱架跨径为45.8m，上弦失高为9.26m，为两铰拱。拱架弦杆按二次抛物线建模，钢拱架整体结构为两铰拱，拼装过程中，拱脚处设铰支撑，便于安装时调整标高。

2.2 钢拱架搭设

钢拱架由钢拱架片、横向连接、纵向楔形连接组成。在腹拱及桥面设置吊装系统进行拱架的起吊安装。吊装系统由塔吊、吊索、卷扬机、链条葫芦、吊车简易组合而成。在拼装之前，完成拱架拱座梁基础施工，安装拱座梁及拱铰。拱架拼装选择在两岸桥台后及桥面上分段进行拼装、吊装[1]。

拱架采用7 片钢拱架组合而成，每片分对称5 个节点段，分别为A、B、C、D 及合龙段。每片钢拱架的节段为型钢，分别在桥上采用塔吊和25t 吊车对称依次将其中A、B、C、D 节点段从桥面两侧吊装到桥下施工位置，按照先进行拱脚分阶段施工，过渡到拱顶推进施工的顺序，保持两边施工对称状态。已吊装段采用钢丝绳临时固定在原桥主拱圈或桥面人行道的横挑梁上，直至拱架合龙段合龙。完成合龙后横移拱片，为一下片拱片安装腾出空间。拱片拼装按上述工艺循环进行。

完成两片拱架吊装后立即进行拱架的横联及竖向斜撑焊接，形成拱架整体，完成两片拱架横撑、斜撑焊接后在轨道梁上横移拱架至桥下。循环进行下一拱片拼装及横联、竖向斜撑焊接。已完成拼装和焊接的拱架必须临时固定在原桥上，防止失稳倾覆。

钢拱架的钢管支架应选择满堂支撑架，并按照新桥主拱圈的设计标高进行调整施工，以满足工程设计需求。主拱圈施工放样坐标如图1 所示。

图1 主拱圈施工放样坐标图

满堂支撑架，作为钢拱架的钢管支架，选用承插型盘扣式钢管支架搭设方法，纵距、间距、步距施工指标参数设置为90cm、90cm、50cm。在钢管上方，应设置16 工字钢经弯曲处理制作成的拱盔。其中，上面方木尺寸为10×10cm，按间距30cm 进行拱架搭设。此期间，方木可通过铁丝固定于钢管拱盔上。并在纵向方木上铺设厚度为1.8cm 的竹胶板，作为底模。

支架中起承重作用的杆件为立杆，由φ63mm 的钢管制成，材质为Q345B 高强度低合金钢。通过试验室试验与理论双重计算得出结果，要想保证立杆承重效果，应增加钢管直径而不是厚度。试验结果表明，应用Q345B 高强度低合金钢材质后，不仅提升了立杆承重能力，还能减少其自重影响。主拱圈钢管支架断面及顶托大样如图2 所示。

图2 主拱圈钢管支架断面及顶托大样图

在拆除钢拱架和新建钢拱架转换作业的过程中，考虑到新桥桥台开挖后，钢拱架对岩壁产生水平推力，为确保钢拱架的稳定和安全，采取在每片拱架两铰拱处用型钢或钢绞线纵向进行连接的方式，消除新建桥梁时拱架的水平推力。

3 主拱圈混凝土浇筑施工

主拱圈混凝土浇筑施工，可结合工程实际场地条件，从竖向分环与纵向分段两种方式中进行选择。应保证纵向与横向对称、均衡的施工效果。拱圈混凝土竖向浇筑施工可分为三环：第1 环采用现浇底板施工方式；第2 环施工内容为现浇腹板与横隔板；第3 环施工内容为现浇顶板。质控工作，应在第1 环混凝土达到设计强度95%后，开展第2 环混凝土浇筑施工，待混凝土强度达到设计要求后，才可着手第3 环的浇筑施工。拱圈混凝土纵向浇筑施工应根据长度划分为五大段，即两段拱脚段、一段拱顶段和两段中间段。拱脚段浇筑应按照自下而上的顺序施工，拱顶段浇筑则应从拱圈正中向两边方向对称施工，而中间段浇筑也是按照自下而上的顺序施工[2]。

3.1 拆除旧桥

在建设工程中，为保护甘龙河水资源不受污染，通常在搭设悬拼拱架的基础上，于旧桥拱圈下缘建支垫，采用18 工字钢及模型块支撑。工字钢间距1m，模型块高度根据实际高度制作，每片工字钢横向均匀布设15 个模型块，确保与拱圈贴紧，以防拱圈拆除过程中掉落河道，同时以工字钢两端挑出部分作为拱圈两侧临边安全防护设施支撑点，确保施工期间人员安全。

悬拼拱架方式拆除旧桥施工工序为：附属结构（人行道、栏杆）—桥面铺装—拱上填料—腹拱圈—横墙—主拱圈—侧墙—基础。在拆除工程中，拆除的废渣废料利用塔吊运至桥梁一端，用汽车运输至指定的弃土场集中处理。

3.2 钢拱架利用

3.2.1 拆除钢拱架和新建钢拱架

考虑到新桥桥台开挖后，钢拱架对岩壁产生水平推力，为确保钢拱架的稳定和安全，采取在每片拱架两铰拱处用型钢或钢绞线纵向进行连接，消除新建桥梁时拱架的水平推力。根据计算，单排拱架自重下的水平推力为79kN。实际水平推力要根据实际拱架荷载情况进行复核后,再进行水平推力张拉抵消。

3.2.2 钢拱架利用

由于新建桥梁拱架是利用拆除桥梁的拱架，拱架线形、跨径和新建桥梁有差异，采用满堂支撑架搭设调整，使新拱圈线形和桥梁线形吻合。其中拱架C、D及合龙段与拱圈下缘距离在57.1～37.7cm 之间，该段拱圈采用钢拱架顶铺设16 工字钢作为横向分配梁，间距为1m。16 工字钢上铺设10×10cm 纵向方木，间距为30cm。其中高度不足部分采用加高方木或增加横向方木来调节，方木上铺设1.8cm 厚竹胶板作为底模。拱架A、B 段及拱架拱脚至拱圈拱脚段与拱圈下缘的距离在268～67cm 之间，采用钢管支架进行调整。钢管采用承插型盘扣式钢管支架搭设，纵距、间距、步距分别为80cm、80cm、50cm，钢管上方采用16工字钢制成拱盔，上面采用10×10cm 方木，按间距30cm 搭设成拱架，方木用铁丝固定在钢管拱盔上，方木上铺垫1.8cm 厚竹胶板作为底模。

4 钢拱架的拆除

浇筑完主拱圈后，应确保其混凝土强度与设计要求一致。而后，再对拱架进行拆除处理。首先，应拆除主拱圈侧模、钢拱架上的钢管支架和底模，腾出钢拱架上的空间，然后横移钢拱架。第一，钢拱架拆除采用分片拆除，将整体钢拱架横移至第一片主拱圈外，紧接着对第一片拱架设施进行拆除处理。过程中保证拱顶合龙段与拱脚方向同时进行。方式为，从两侧开始到中间对称拆除。直到每片钢拱架的拆除作业完毕，借助塔吊或是24t 吊车，将拆除作业产生的拱架节段吊至桥台两侧位置，再用汽车运输。拱片拆除按上述工序循环进行。第二，拆除拱架，要求施工人员按照起重吊装作业的技术规范开展工作。拆除每片钢拱架时，应做好拱架节段的捆绑处理工作。拆除时，作业人员应具有安全意识，采取必要的防护措施以降低安全风险。其次，对周边环境进行实时观察，以避免拆除时钢拱架撞击威胁人员生命安全。起吊前，除指挥人员外，其他人员退出现场。以防吊钩脱落物件坠落伤人风险。

5 加强过程观测及监测控制

5.1 施工过程

监控应划分为两个层次开展管理工作，即设置施工控制组与施工技术组。施工控制组由业主、施工、监理等单位组成，主要任务是协调施工。施工技术组由项目部负责组织技术、设备、安全部门的人员组成，主要任务是负责安装、拱架吊装等施工过程中的安全风险控制。

在拼装拱架与浇筑混凝土拱圈过程中，工序与操作内容的变化会对主拱圈整体施工质量带来直接影响，因此，主拱圈现浇混凝土施工需与架设好的悬拼钢拱架配合作业。在开展施工质量控制的过程中，需将结构应力变化与位移变化作为重要控制对象，使其以科学合理的状态作用于拱架结构。

5.2 监控钢拱架拼装过程

拼装悬拼钢拱架时，施工技术人员应按照拱架施工坐标图开展工作。还要借助全站仪与水准仪来调控精度与高程。将拱架、拱顶以及两边L/4 位置，作为高程控制重点。通过设置监控点来对应力应变情况与位移参数变化情况进行监督控制。应在固定时段（即温度较为稳定的时段）内，对各个参数进行观测。钢拱架拼装过程的具体监控内容为：

第一，对于两边中轴线高程，应设置轴线观测站，为钢拱架节段吊装施工的顶面轴线合理性控制提供环境条件。

第二，观测到轴线线形后，应用油漆对拱架节段顶面轴线进行标记，并作为重要施工控制点。

第三，监控主拱圈混凝土浇筑施工过程。严格控制拱圈底板、腹板和顶板厚度，模板需加固紧实，避免浇筑混凝土时产生漏浆和爆模的现象，需将误差取正值，范围控制在0.5～1.0cm 之间。应将浇筑混凝土过程中的观测位置设置在横轴线纵向上，为控制拱架偏移提供条件。在不同位置，应采用不同的观测方式，如拱架拱顶、两端拱脚和两端L/4 位置，应在左、中、右分别设置三个观测点，对拱架沉降值变化进行监控，进而保证混凝土浇筑质量。如果出现异常沉降问题，则必须找出原因并加固钢拱架后，再进行混凝土浇筑施工。

6 结语

该项目采用绿色环保、经济适用的“一拱两用”拆除拱桥和新建主拱圈施工方式，通过在拱架上搭设钢管支撑来调整拱圈底模标高，真正实现了旧桥拆除用拱架与新桥建设用拱架之间的转化利用，从而达到“一拱两用”的目的，充分发挥了拱架的利用价值，实现了资源节约，达到了安全生产、文明施工预期目标。证明危旧桥拆除重建“一拱两用”技术可行、有效，可供同类型桥梁施工参考使用。