大跨度混凝土斜拉橋拆除過程的施工監控

彭 瑋，范 昭，陳 晉，楊允表，董書鳴

（1.上海城投航道建設有限公司，上海市 200441；2.上海市基礎工程集團有限公司，上海市 200433；3.上海科路土木工程咨詢有限公司，上海市 200433）

1 工程概況

泖港大橋老橋位于松江區泖港鎮葉新公路，跨越大泖港，為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋。主橋全長370 m，跨徑布置為85 m+200 m+85 m，在每個邊跨1/3 及2/3 處各設一錨固墩，橋面寬12 m，其中行車道7 m，人行道各2.5 m。泖港大橋老橋立面如圖1 所示。

圖1 泖港大橋老橋立面圖（單位：m）

大橋橋面結構由分離式雙箱梁及п 形車道板組成，橋面除主墩墩頂40 m 范圍與橋臺頂端17 m為現澆混凝土外，其他為預制安裝后澆接頭形式。橋面橫向分三塊預制構件—兩只邊箱梁及一塊帶橫梁縱肋的車道板；每只邊箱梁高2.2 m，頂寬2.51 m，底寬1.9 m，長度5.9 m，附帶橫梁及斜拉索錨梁，重量為30～36 t 不等，全橋共計72 件；車道板長5.9 m，高1.64 m，寬4.9 m，每件重23 t，全橋共計36 塊。

大橋主塔為雙柱鋼筋混凝土直塔，縱向直柱形，橫向帶交叉腹桿的雙柱式剛架，柱中心距8.7 m，柱高中心部設置十字交叉形抗風腹桿4 道。橋面以上塔高44 m，離地面52 m 高，主塔外包尺寸3.4 m×1.2 m。斜拉索為豎琴式密索布置，塔柱前后設置11組斜拉索，全橋共164 根斜拉索，由Ф5 高強鋼絲（光面）經手工編制而成的平行鋼絲索，水平索距6.5 m，垂直為3.25 m。拉索兩端分別配裝固定端錨和張拉端錨，錨具為冷鑄鐓頭錨，梁內錨固，塔端張拉。

該橋于1982 年6 月竣工通車，是上海第一座斜拉橋，也是當時上海跨徑最大的橋梁。經過近四十年的風雨歷程，車輛超載等原因導致橋梁結構劣化，老橋的通行能力已不滿足日益增長的交通需求，加之泖港航道等級提升，老橋的通航凈空不能滿足航道整治提升后的通航凈空需求。經多次論證后，決定將老橋拆除重建。

2 老橋拆除監控原則的確定

在泖港大橋老橋將近四十年的運營期間，經歷過車輛撞擊斜拉索、船舶撞擊主梁以及車輛超載等各種損傷，結構的強度與剛度等都有不同程度的弱化，雖然老橋拆除原則上是按照橋梁建造的逆順序進行[1]，但拆除過程面臨很多不確定因素，如何確保拆除全過程中結構體系、機械設備和人員的安全是施工監控的目標。

與新建橋梁不同，施工監控除了要確保結構在施工過程中的安全外，還需要確保每一施工步驟中結構的內力、變形及索力與設計預期一致，這樣才能保證大橋成橋時的標高和索力滿足設計要求。而拆橋因無運營要求，其拆除過程的監控主要還是以預警為核心來建立安全體系。為此，根據以建橋逆序進行拆橋為原則而擬定的施工方案進行施工監控的前期結構分析，特別關注正序施工時未出現過的施工工況，根據分析結果優化施工方案，并參考類似橋梁的監控經驗[2-3]，結合老橋近期的檢測情況[4-5]，明確拆橋過程的關鍵控制參數。在拆橋實施過程中，通過現場監測系統針對關鍵控制參數所采集的數據進行分析并與理論預測值進行比較，以保證整個拆橋施工過程的安全。

根據前期的監控結構分析并經過多次技術討論與技術評審，確定了以下老橋拆除監控的原則：

（1）老橋拆除施工原則上按建橋時的施工順序逆向進行；

（2）以主梁及塔頂位移控制為主，拉索索力及塔梁應力控制為輔；

（3）每個主塔兩側拉索索力在拆除過程中盡量保持對稱；

（4）因老橋結構現狀情況與理論分析可能存在較大的差別，針對每個拆橋工況特別是關鍵工況，應加強理論分析結果與實際結構變化情況（例如每個工況前后主梁、主塔的位移變化量）的對比，如果兩者差別較大，應及時進行分析以判斷是否需要調整局部施工方案；

（5）拆橋過程中應避免瞬時沖擊荷載對未拆除部分結構造成的影響。

3 施工監控的計算分析

泖港大橋老橋為主跨200 m 雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，結構體系為塔梁固結，墩梁鉸接，單懸臂加吊梁的豎琴式混凝土斜拉橋，在恒載下結構為三孔外部靜定的懸臂梁，活載作用下為七孔超靜定的連續懸臂梁。老橋結構的計算分析采用大型結構分析軟件Midas Civil 建立三維空間模型，其中塔柱與主梁采用梁單元，拉索采用索單位，計算模型如圖2 所示。

圖2 泖港大橋老橋的計算模型

由于老橋是20 世紀70 年代設計，結構設計非常精細而經濟，考慮的施工步驟繁多，老橋結構的監控計算分析非常復雜，需要考慮的問題很多，由于文章的篇幅有限，下面簡要地介紹一下計算分析的主要思路與內容：

（1）首先需要確定老橋拆除前的結構狀態。在建立計算模型時考慮老橋建橋時候的主要施工階段，調整斜拉索索力使之與其竣工圖里的設計索力基本一致，考慮收縮徐變效應，得到運營期間結構的自振頻率、索力、主梁位移與檢測報告的結果[4-5]進行對比，根據對比結果，對模型中的成橋索力進行微調，得到一個相對合理的老橋拆除前的結構基準狀態。

（2）根據以建橋逆序進行拆橋為原則而擬定的拆橋施工流程[1]，建立拆橋施工階段的模型。

（3）利用計算模型，詳細分析拆橋過程的施工荷載效應（主梁節段切割時浮吊提升力大小的優化）、斜拉索切割順序以及節段切割長度的優化等，確保過程結構穩定性與主梁、主塔以及拉索索力承載力滿足要求，主塔偏位與主梁位移的變化在正常范圍之內。

（4）根據最終的拆橋流程修正模型，提取每個施工階段的索力、主梁位移與主塔偏移的變化值作為預測值，與施工過程現場監測的實測值進行比較，如果兩者相差太大而影響到結構與施工的安全，則進行施工流程的局部調整。

4 現場監測系統的設計

現場監測系統的設計是老橋拆除施工監控的重要一環，主要包括主梁豎向變形監測、主塔偏位監測、斜拉索索力監測、結構應力監測以及自動化監測系統。

4.1 主梁豎向變形與主塔偏位監測

主梁豎向變形監測主要是監控拆橋過程中各階段變形的合理性，避免拆除過程中受力的不對稱。主梁豎向變形監測主要分為常規監測與實時監測，常規監測采用電子水準儀人工測量，每拆除一個節段就對余下節段進行測量。實時監測采用高精度靜力水準儀，實現24 h 連續監測，有異常變形情況及時預警。

主梁共設置44 個常規撓度監測斷面，每對索布置一個監測斷面，每個斷面橫向布置2 個測點，分別位于橋面拉索點位置，橫向主要監測橋面扭轉情況；同時在每個主塔與主梁相交處布置一套高精度自動監測靜力水準儀，每套2 個，位于塔根部的為參考基點，全橋共布置兩套，共4 個靜力水準儀。

主塔在每個斜拉索錨固位置設置1 個偏位監測測點，每塔共設置11 個斷面，貼反光片，全橋共布置44 個反光片監測斷面。為方便塔拆除，在塔上5 號索位置布置測斜儀，每塔布置1 個監測點，全橋共布置2 個測斜儀塔偏位監測測點。其中反光片測點采用人工測量，監測每個節段拆除后塔的偏位情況。塔上測斜儀采用自動化實時監測系統，24 h 監測塔偏位情況，出現異常時隨時報警。

主梁撓度靜力水準儀監測測點與主塔測斜儀布置如圖3 所示。

圖3 老橋結構位移測點布置示意圖

4.2 斜拉索索力監測

斜拉橋索力監測是評估在拆除各節段過程中對余下節段影響的重要指標。本橋對索力測試采用頻率法。

全橋共拉索82 對（164 根），視情況進行測量。具體測量步驟為：在老橋拆除前，先全橋索力測一遍，在每個節段拆除后對余下的索索力進行測量，評估索力變化的合理性，直至全部拉索節段拆除。

4.3 結構應力監測

為了確保大橋在拆除施工過程中的結構安全，及時掌握結構關鍵截面的受力狀態，在主梁和塔的多個斷面處安裝應變傳感器，以測量結構內部的應變（應力）變化值。拆除施工過程中監測截面的關鍵點位采用表面振弦式應變計，并接入自動采集系統，實現實時監測與及時預警。

因是拆除施工，應力監測點的布置一方面要準確、可靠，另一方面要保證不對施工造成影響。所以老橋主塔應力監測點僅在塔與梁相交的斷面進行布置，主梁應力測點布置于中跨靠近塔處的梁變截面位置。全橋共布置4 個斷面，主梁2 個斷面，每斷面布置4 個測點，主塔2 個斷面，每個斷面布置4 個測點，共16 個測點，具體布置如圖4 所示。

圖4 老橋結構位移測點布置示意圖

此外，由于溫度對結構內力的影響較為顯著，需要在結構內埋設溫度測點進行結構內溫度場測試，確定溫度測點布置與應力測點布置相同，在同一位置上直接利用溫度型應變計的溫度讀數。

4.4 自動化監測系統

自動監測系統在施工監控中已有應用[6]，通過在結構中預埋測試元件，與采集及傳輸設備形成系統，全天24 h 對結構進行應力及位移的自動測量及監控，形成實測數據庫。通過實測數據庫測量數據與結構計算模型分析數據的對比分析，驗證結構設計及施工方法的有效性。

系統主要是采集系統、傳輸系統和接收系統組成。現場應變、位移測試儀器通過有線的方式接入現場自動采集機箱，自動采集機箱通過無線的方式將數據傳至數據存儲及分析服務器。

5 監測數據分析及結論

在老橋拆除過程中，理論分析給出預測值，現場監測系統提供實測值，每個拆橋步驟特別是關鍵步驟結束后，如果兩者基本吻合，則理論模擬與實際結構相近，可進行下一步的拆橋步驟，反之，需要仔細分析原因并且評估之后的拆除工序是否對未拆除結構的安全造成較大的風險，給出是否需要修正之后的拆除工序，等確保理論分析結果表明結構是安全后，才能進行下一拆橋步驟的施工。

老橋中間掛孔為30 m T 梁，重約360 t，是整個拆橋過程的第一步，也是關鍵的步驟之一。中間跨孔拆除后，主梁跨中懸臂端發生向上的位移，主塔塔頂發生向岸側的偏位，其實測值與理論預測值的對比如表1 所示。

表1 中間跨孔拆除后結構的位移對比 單位：mm

從表1 的數據對比可以看出，中間掛孔拆除這一關鍵工況下，老橋的理論預測值與實測值非常接近，說明老橋結構還保持良好的彈性工作狀態。由于老橋拆除過程中的監測數據較多[7]，文中不能一一列舉，給出以下一些總結性的分析結果與結論：

（1）根據應力實時監測數據分析得到，在未進行切索與吊梁施工時，大多數位置測點應力與溫度之間相關度較高，在不受荷載變化的情況下，應力基本上是隨溫度呈規律變化。拆橋施工過程中應力變化比較明顯的部位分別是主塔河跨側與主梁下緣，特別是掛孔梁拆除后應力變化比較明顯，后續施工過程中應力變化有所減小。總的來說，主梁應力變化略小于其理論值，主塔應力變化略大于其理論值，拆橋過程中主塔與主梁應力變化正常。

（2）根據主塔偏位實時監測數據分析得到，掛孔梁拆除后對塔偏位有比較明顯的影響，主塔5# 索位置順橋向位移主要在-40 mm 與40 mm 之間變化，此工況下理論值為44 mm，實測值與理論值較接近。在切索與切梁過程中，塔偏位隨著河跨側荷載減小，塔偏位慢慢恢復。后繼節段拆除施工中，主塔偏位數據呈規律性變化且變化正常，無異常情況發生。

（3）從主梁靜力撓度（橋面豎向位移）實時監測數據分析得到，大多數時間段，主梁撓度變化與相應溫度變化相關度較高，在拆橋工況變化時，數值變化比較明顯，實測值與理論值比較接近，主梁位移變化正常。

（4）從索力的測試數據分析得到，各工況下，索力變化值與理論計算值基本接近，最大差值在200 kN左右，相對拆橋工況來說，索力差在控制范圍內。

所以，老橋在拆除過程中各項數據變化正常。

6 結 語

在泖港大橋老橋拆除過程中，施工監控單位根據制定的監控方案對老橋結構進行了監測，在拆除施工過程中采集了大量的數據并對數據進行了有效的分析，這些監測數據與分析結果在拆橋過程中起到了重要的作用。

泖港大橋老橋已成功拆除完畢，拆除過程中所積累的工程經驗可為其他類似項目所借鑒。