公路危舊橋拆除重建“一拱兩用”技術分析

代忠

(貴州省銅仁公路管理局，貴州 銅仁 554300）

0 引言

國省干線公路上的大部分橋梁建于20 世紀70 年代，經過長期服役，出現橋面裂縫、欄桿破損、主拱圈開裂等病害問題，加之近年來重型車輛較多、交通量增大，無論橋面寬度還是承載能力等方面都難以滿足現代通行要求，經檢測達到四類、五類的橋梁，維修加固意義不大，需要進行拆除重建。

1 工程概況

1.1 原舊橋情況

友誼橋坐落于326 國道K65+138 處，建于20 世紀70 年代。該橋全長92m，跨徑為1×47.5m，行車道寬6.5m，荷載等級為汽-20、掛-100，下部結構為重力式“U”形橋臺。該橋橫跨甘龍河，下游為天臺發電站，橋下屬于發電站上游蓄水區，長期處于蓄水狀態，常年水位在6～8m 之間，最高水位淹沒了橋梁拱座。

1.2 新建設計方案

拆除后在原橋位新建一座跨徑為1×50m 鋼筋混凝土箱型拱橋，全長90m，行車道寬11m，荷載等級為公路I 級。拆除舊橋重建新橋的主要目的是提高荷載等級、增加行車道寬度、降低事故發生率、提高公路通行條件，使人民群眾出行更安全、舒適、滿意。該橋于2021 年7 月開工建設，2022 年12 月底建成通車。

1.3 “一拱兩用”

該橋拆除和重建主拱圈施工采用懸拼拱架“一拱兩用”施工技術。第一，拆除舊橋前搭設懸拼拱架，主要目的是將舊橋拆除廢渣廢料對甘龍河的污染影響減到最小，同時不影響天臺發電站正常蓄水。第二，新橋主拱圈利用已搭設懸拼拱架施工，主要目的是減小搭設滿堂鋼管支架施工對河流水域環境的影響，并降低施工安全風險，同時做到縮短工期、降低成本、資源合理利用、生態環保。

1.4 現場投入主要設備

根據項目建設需要，現場投入主要設備包括塔吊機1 臺、挖掘機1 臺，以及自卸汽車、鋼筋制作設備、混凝土拌和站等。

2 拱架搭設程序及技術要求

2.1 懸拼鋼拱架材料要求

鋼拱架材料選用Q345 鋼材，上下弦桿采用φ18×160mm 鋼管，腹桿采用φ89×5mm 鋼管，橫撐、斜撐采用∠70×70×5mm 連接，鋼拱架按每片150cm 間距設置，共計7 片，通過橫撐、斜撐焊接為整體。拱架跨徑為45.8m，上弦失高為9.26m，為兩鉸拱。拱架弦桿按二次拋物線建模，鋼拱架整體結構為兩鉸拱，拼裝過程中，拱腳處設鉸支撐，便于安裝時調整標高。

2.2 鋼拱架搭設

鋼拱架由鋼拱架片、橫向連接、縱向楔形連接組成。在腹拱及橋面設置吊裝系統進行拱架的起吊安裝。吊裝系統由塔吊、吊索、卷揚機、鏈條葫蘆、吊車簡易組合而成。在拼裝之前，完成拱架拱座梁基礎施工，安裝拱座梁及拱鉸。拱架拼裝選擇在兩岸橋臺后及橋面上分段進行拼裝、吊裝[1]。

拱架采用7 片鋼拱架組合而成，每片分對稱5 個節點段，分別為A、B、C、D 及合龍段。每片鋼拱架的節段為型鋼，分別在橋上采用塔吊和25t 吊車對稱依次將其中A、B、C、D 節點段從橋面兩側吊裝到橋下施工位置，按照先進行拱腳分階段施工，過渡到拱頂推進施工的順序，保持兩邊施工對稱狀態。已吊裝段采用鋼絲繩臨時固定在原橋主拱圈或橋面人行道的橫挑梁上，直至拱架合龍段合龍。完成合龍后橫移拱片，為一下片拱片安裝騰出空間。拱片拼裝按上述工藝循環進行。

完成兩片拱架吊裝后立即進行拱架的橫聯及豎向斜撐焊接，形成拱架整體，完成兩片拱架橫撐、斜撐焊接后在軌道梁上橫移拱架至橋下。循環進行下一拱片拼裝及橫聯、豎向斜撐焊接。已完成拼裝和焊接的拱架必須臨時固定在原橋上，防止失穩傾覆。

鋼拱架的鋼管支架應選擇滿堂支撐架，并按照新橋主拱圈的設計標高進行調整施工，以滿足工程設計需求。主拱圈施工放樣坐標如圖1 所示。

圖1 主拱圈施工放樣坐標圖

滿堂支撐架，作為鋼拱架的鋼管支架，選用承插型盤扣式鋼管支架搭設方法，縱距、間距、步距施工指標參數設置為90cm、90cm、50cm。在鋼管上方，應設置16 工字鋼經彎曲處理制作成的拱盔。其中，上面方木尺寸為10×10cm，按間距30cm 進行拱架搭設。此期間，方木可通過鐵絲固定于鋼管拱盔上。并在縱向方木上鋪設厚度為1.8cm 的竹膠板，作為底模。

支架中起承重作用的桿件為立桿，由φ63mm 的鋼管制成，材質為Q345B 高強度低合金鋼。通過試驗室試驗與理論雙重計算得出結果，要想保證立桿承重效果，應增加鋼管直徑而不是厚度。試驗結果表明，應用Q345B 高強度低合金鋼材質后，不僅提升了立桿承重能力，還能減少其自重影響。主拱圈鋼管支架斷面及頂托大樣如圖2 所示。

圖2 主拱圈鋼管支架斷面及頂托大樣圖

在拆除鋼拱架和新建鋼拱架轉換作業的過程中，考慮到新橋橋臺開挖后，鋼拱架對巖壁產生水平推力，為確保鋼拱架的穩定和安全，采取在每片拱架兩鉸拱處用型鋼或鋼絞線縱向進行連接的方式，消除新建橋梁時拱架的水平推力。

3 主拱圈混凝土澆筑施工

主拱圈混凝土澆筑施工，可結合工程實際場地條件，從豎向分環與縱向分段兩種方式中進行選擇。應保證縱向與橫向對稱、均衡的施工效果。拱圈混凝土豎向澆筑施工可分為三環：第1 環采用現澆底板施工方式；第2 環施工內容為現澆腹板與橫隔板；第3 環施工內容為現澆頂板。質控工作，應在第1 環混凝土達到設計強度95%后，開展第2 環混凝土澆筑施工，待混凝土強度達到設計要求后，才可著手第3 環的澆筑施工。拱圈混凝土縱向澆筑施工應根據長度劃分為五大段，即兩段拱腳段、一段拱頂段和兩段中間段。拱腳段澆筑應按照自下而上的順序施工，拱頂段澆筑則應從拱圈正中向兩邊方向對稱施工，而中間段澆筑也是按照自下而上的順序施工[2]。

3.1 拆除舊橋

在建設工程中，為保護甘龍河水資源不受污染，通常在搭設懸拼拱架的基礎上，于舊橋拱圈下緣建支墊，采用18 工字鋼及模型塊支撐。工字鋼間距1m，模型塊高度根據實際高度制作，每片工字鋼橫向均勻布設15 個模型塊，確保與拱圈貼緊，以防拱圈拆除過程中掉落河道，同時以工字鋼兩端挑出部分作為拱圈兩側臨邊安全防護設施支撐點，確保施工期間人員安全。

懸拼拱架方式拆除舊橋施工工序為：附屬結構（人行道、欄桿）—橋面鋪裝—拱上填料—腹拱圈—橫墻—主拱圈—側墻—基礎。在拆除工程中，拆除的廢渣廢料利用塔吊運至橋梁一端，用汽車運輸至指定的棄土場集中處理。

3.2 鋼拱架利用

3.2.1 拆除鋼拱架和新建鋼拱架

考慮到新橋橋臺開挖后，鋼拱架對巖壁產生水平推力，為確保鋼拱架的穩定和安全，采取在每片拱架兩鉸拱處用型鋼或鋼絞線縱向進行連接，消除新建橋梁時拱架的水平推力。根據計算，單排拱架自重下的水平推力為79kN。實際水平推力要根據實際拱架荷載情況進行復核后,再進行水平推力張拉抵消。

3.2.2 鋼拱架利用

由于新建橋梁拱架是利用拆除橋梁的拱架，拱架線形、跨徑和新建橋梁有差異，采用滿堂支撐架搭設調整，使新拱圈線形和橋梁線形吻合。其中拱架C、D及合龍段與拱圈下緣距離在57.1～37.7cm 之間，該段拱圈采用鋼拱架頂鋪設16 工字鋼作為橫向分配梁，間距為1m。16 工字鋼上鋪設10×10cm 縱向方木，間距為30cm。其中高度不足部分采用加高方木或增加橫向方木來調節，方木上鋪設1.8cm 厚竹膠板作為底模。拱架A、B 段及拱架拱腳至拱圈拱腳段與拱圈下緣的距離在268～67cm 之間，采用鋼管支架進行調整。鋼管采用承插型盤扣式鋼管支架搭設，縱距、間距、步距分別為80cm、80cm、50cm，鋼管上方采用16工字鋼制成拱盔，上面采用10×10cm 方木，按間距30cm 搭設成拱架，方木用鐵絲固定在鋼管拱盔上，方木上鋪墊1.8cm 厚竹膠板作為底模。

4 鋼拱架的拆除

澆筑完主拱圈后，應確保其混凝土強度與設計要求一致。而后，再對拱架進行拆除處理。首先，應拆除主拱圈側模、鋼拱架上的鋼管支架和底模，騰出鋼拱架上的空間，然后橫移鋼拱架。第一，鋼拱架拆除采用分片拆除，將整體鋼拱架橫移至第一片主拱圈外，緊接著對第一片拱架設施進行拆除處理。過程中保證拱頂合龍段與拱腳方向同時進行。方式為，從兩側開始到中間對稱拆除。直到每片鋼拱架的拆除作業完畢，借助塔吊或是24t 吊車，將拆除作業產生的拱架節段吊至橋臺兩側位置，再用汽車運輸。拱片拆除按上述工序循環進行。第二，拆除拱架，要求施工人員按照起重吊裝作業的技術規范開展工作。拆除每片鋼拱架時，應做好拱架節段的捆綁處理工作。拆除時，作業人員應具有安全意識，采取必要的防護措施以降低安全風險。其次，對周邊環境進行實時觀察，以避免拆除時鋼拱架撞擊威脅人員生命安全。起吊前，除指揮人員外，其他人員退出現場。以防吊鉤脫落物件墜落傷人風險。

5 加強過程觀測及監測控制

5.1 施工過程

監控應劃分為兩個層次開展管理工作，即設置施工控制組與施工技術組。施工控制組由業主、施工、監理等單位組成，主要任務是協調施工。施工技術組由項目部負責組織技術、設備、安全部門的人員組成，主要任務是負責安裝、拱架吊裝等施工過程中的安全風險控制。

在拼裝拱架與澆筑混凝土拱圈過程中，工序與操作內容的變化會對主拱圈整體施工質量帶來直接影響，因此，主拱圈現澆混凝土施工需與架設好的懸拼鋼拱架配合作業。在開展施工質量控制的過程中，需將結構應力變化與位移變化作為重要控制對象，使其以科學合理的狀態作用于拱架結構。

5.2 監控鋼拱架拼裝過程

拼裝懸拼鋼拱架時，施工技術人員應按照拱架施工坐標圖開展工作。還要借助全站儀與水準儀來調控精度與高程。將拱架、拱頂以及兩邊L/4 位置，作為高程控制重點。通過設置監控點來對應力應變情況與位移參數變化情況進行監督控制。應在固定時段（即溫度較為穩定的時段）內，對各個參數進行觀測。鋼拱架拼裝過程的具體監控內容為：

第一，對于兩邊中軸線高程，應設置軸線觀測站，為鋼拱架節段吊裝施工的頂面軸線合理性控制提供環境條件。

第二，觀測到軸線線形后，應用油漆對拱架節段頂面軸線進行標記，并作為重要施工控制點。

第三，監控主拱圈混凝土澆筑施工過程。嚴格控制拱圈底板、腹板和頂板厚度，模板需加固緊實，避免澆筑混凝土時產生漏漿和爆模的現象，需將誤差取正值，范圍控制在0.5～1.0cm 之間。應將澆筑混凝土過程中的觀測位置設置在橫軸線縱向上，為控制拱架偏移提供條件。在不同位置，應采用不同的觀測方式，如拱架拱頂、兩端拱腳和兩端L/4 位置，應在左、中、右分別設置三個觀測點，對拱架沉降值變化進行監控，進而保證混凝土澆筑質量。如果出現異常沉降問題，則必須找出原因并加固鋼拱架后，再進行混凝土澆筑施工。

6 結語

該項目采用綠色環保、經濟適用的“一拱兩用”拆除拱橋和新建主拱圈施工方式，通過在拱架上搭設鋼管支撐來調整拱圈底模標高，真正實現了舊橋拆除用拱架與新橋建設用拱架之間的轉化利用，從而達到“一拱兩用”的目的，充分發揮了拱架的利用價值，實現了資源節約，達到了安全生產、文明施工預期目標。證明危舊橋拆除重建“一拱兩用”技術可行、有效，可供同類型橋梁施工參考使用。