系桿拱橋拆除施工技術
——以高郵市捍海大橋為例

王國平,張 俊,周 全

(江蘇瑞沃建設集團有限公司,江蘇 揚州 225699)

隨著我國交通事業的發展,原先所建造的橋梁不能滿足現有的使用要求,需要改擴建或者重建,伴隨而來的是大量的橋梁拆除工作。在這其中,系桿拱橋作為一類常見的橋梁形式,其拆除工作具有非常廣的市場前景。同時,系桿拱橋的構件較多,不僅在建造的時候比較復雜,如果要拆除,其難度也是比較大,且復雜。王猛等[1]對預應力鋼筋混凝土系桿拱橋的拆除技術進行詳細的介紹,并且對下承式系桿拱橋中可能遇到的施工難點以及要點進行介紹并提出了相應的解決辦法。許國祥等[2]對某下承式航道系桿拱橋在不中斷通航的情況下的拆除方案進行探討,提出了采用釋放預應力以及增加貝雷導梁預留通航孔道的方法,對跨徑為52.8 m,矢高為8.8 m的系桿拱橋進行拆除,此方案成功實施,并取得良好的效果。夏正新[3]以蘇州吳中區的斜港大橋拆除方案為例,詳細介紹了該系桿拱橋主橋橋面系及附屬設施拆除、主橋主體構造拆除、引橋拆除以及下部結構拆除的具體方案,中橫梁以及主橋鋼管拱圈的拆除為闡述重點,最終拆除效果較好。虞冬冬等[4]對中承式系桿拱橋橫林大橋制定的拆除方案采用midas Civil進行有限元建模分析,重點研究了在拆除橋面板過程中吊桿以及拱肋的應力和應變,探討拆除過程中體系轉換對吊桿以及拱肋的受力影響。王新明[5]對柔性系桿拱橋拆除的施工技術進行了詳細闡述,明確了該種系桿拱橋拆除的10個步驟,并對每個步驟中所需的注意事項進行了闡釋。唐文彬[6]對鹽城市市區下承式系桿拱橋迎賓大橋采用浮式支架拆除的方法進行了詳細的描述。陳朗等[7]介紹了無錫惠山區的大跨徑下承式鋼管系桿拱橋楊家圩橋采用的無支架整體拆除方法,將拱肋與系桿整榀進行起吊拆除,僅封閉航道6 h,對通航未產生影響。董志遠等[8]綜合運用爆破與機械拆除的技術,對臺州市某下承式系桿拱橋進行拆除,其中上部結構采用淺孔水平孔爆破原地破碎的拆除方式,橋墩及承臺采用破碎機進行破碎拆除,取得了良好的拆橋效果。

通揚線高郵段起于高郵運東船閘,總體呈東西走向,止于高郵興化建口線,全長約35 km。項目整治后,全線航道通航等級將達到三級標準,可滿足1 000 t級船舶暢行,形成繼京杭運河后揚州第二條內河“水上高速”,極大降低航運成本,提高航運效益,促進高郵市的經濟與沿海經濟的快速發展。為此對通揚線高郵段航道整治工程的城區段捍海大橋老橋拆除工程系桿拱橋的拆除方案進行細致研究。

1 工程背景

1.1 捍海大橋老橋概況

捍海大橋為航道整治改造橋梁,橋跨布置為3×25 m+50 m+25 m,橋梁全長156.1 m,主橋采用50 m跨徑系桿拱,系桿尺寸為1.80 m×1.25 m(高×寬),拱肋尺寸為1.3 m×1.25 m(高×寬),均為箱型截面,系桿拱矢高為10.5 m,矢跨比為1/4.571,拱肋、系桿、橫梁、風撐均采用預制安裝。兩側引橋采用25 m后張法板預應力混凝土空心板。鉆孔灌注樁基礎。設計荷載:汽車-超20級,掛車-100。橋面寬度:凈-16 m,空心板梁部分全寬17 m,系桿拱部分全寬19.5 m。按雙向四車道布置,橋面布置為0.50 m(護欄)+16.00 m(行車道)+0.50 m(護欄),橋面全寬17 m。捍海大橋老橋半立面圖以及橫斷面圖分別如圖1與圖2所示。

圖1 捍海大橋老橋半立面圖(單位:m)

圖2 捍海大橋老橋橋面橫斷面圖(單位:cm)

1.2 捍海大橋老橋施工順序

原有老橋安裝共有11個步驟,主要包括臨時支墩搭設,拱片以及系桿預制,拱片端部現澆,預制好的系桿以及拱肋進行吊裝并張拉預應力筋,之后分別進行上下游的系桿組拼以及拱肋合攏,緊接著安裝端橫梁、風撐、剩余橫梁以及全部吊桿,最后進行全橋的吊桿安裝以及行車道板和附屬設施的安裝。

2 系桿拱橋拆除施工方案

系桿拱橋拆除整體方案為倒拆法,即為施工過程的逆順序。整體拆除流程主要包含9個主要步驟,分別為拆除前的施工準備、橋面系拆除、浮吊船布置、穿鋼絲繩、切割節段以及調運,緊接著將浮吊船靠岸將切割好的節段運送至岸邊,接著重新布置浮吊船,重復上述步驟,直到全橋拆除完成。

2.1 施工準備

施工準備的主要工作是完成防傾覆安全措施,具體包括風纜外錨點設置、浮吊船錨墩設置、鋼管樁支架臨時支撐。

2.1.1 風纜外錨點、浮吊船錨樁設置

錨樁是由提前打設的Φ1 000 mm×10 mm鋼管(入土深度10 m)進行布置。風纜內錨點布置在另一側對應拱腳位置,外錨點布置在浮吊船錨樁上。風纜與浮吊船定位索采用直徑為28 mm鋼絲繩。圖3展示了風纜外錨點的設置與浮吊船錨樁的布置。

圖3 浮吊船錨樁一側布置示意圖(單位:cm)

2.1.2 臨時支撐搭設

臨時鋼管支撐布置需要兼顧橋下通航以及浮吊船施工空間需要,同時還要滿足支撐安全性要求。在圖4所示位置插打鋼管樁,采用Φ630 mm×16 mm鋼管,鋼管支架間[14a槽鋼剪刀撐,頂部為2H350×350雙拼型鋼分配梁,打入深度不小于13 m。在橋下臨時支撐搭設完備后,搭設橋面臨時支撐,橋面臨時支撐。圖5為一組橋下臨時鋼管樁支架尺寸。

圖4 臨時鋼管樁支架整體布置圖(單位:cm)

圖5 一組橋下臨時鋼管樁支架尺寸(單位:cm)

在鋼管安裝完成后,立即進行該鋼管間的橫聯施工。橫聯采用[14a槽鋼,并采用薄鋼板將分配梁頂面與系桿底部空隙全部墊實,形成完整的傳力體系。在墊塊安裝到位后,墊塊上口邊緣植入直徑為20 mm,深度為20 cm的鋼筋,并且外露出10 cm。剛性墊塊與鋼管的支撐采用了四面圍焊的處理方式,使得節點連接可靠。

2.1.3 防撞墩設置

根據通航保障方案要求設置防撞墩,防撞墩布置如圖7所示。防撞墩與防護樁均采用630-8的鋼管,防撞墩頂部采用14a槽鋼相連,使三根樁形成整體。防撞墩與防護樁單根樁打入深度采用樁底標高與貫入度雙控,底標高為河床以下10 m,貫入速度以≤10 cm/3 min控制。單根樁頂標高為水面以上≥4 cm。

2.2 拆除橋面系

橋面系的拆除主要包括5 cm的瀝青鋪裝層、8 cm的防水混凝土墊層、欄桿以及橋面板。橋面板統計如表1所示。

表1 橋面板統計

(1)鋪裝層及墊層拆除。

橋梁兩端封閉后銑刨機進入現場銑刨橋面瀝青,銑刨后的橋面瀝青用運輸車外運至指定地點進行回收利用。

(2)墊層混凝土及欄桿拆除。

欄桿采用繩鋸機水平切割拆除,縱向3 m切一段,每段欄桿切塊質量約為1.9 t,采用叉車運至兩側橋頭。8 cm防水混凝土墊層采用人工加風鎬的方式進行拆除施工。

(3)橋面板拆除。

全橋橋面板共計170塊,分甲乙兩類,每一類又分為中板與邊板,甲類板長4.38 m,乙類板長3.98 m。板厚度28 cm,采用盤鋸切割機沿原板縫進行切割分離,在距板最近邊20 cm鉆吊裝孔,孔徑10 cm,吊裝采用9.3 mm鋼絲繩。

2.3 浮吊船布置

2.3.1 浮吊船選擇

所有吊裝中質量最大的一塊為A塊,初始質量為72.2 t,考慮1.2的沖擊系數,吊裝最大質量為86.64 t,故采用150 t浮吊船。吊裝各塊的示意如圖6所示。各塊吊裝質量如表2所示。

表2 拱肋及系桿分塊質量統計

圖6 拱肋及系桿分塊統計

根據上述吊塊質量統計,擬采用50 m吊桿工況,臂架仰角為65°,能夠滿足所有塊段吊裝安全性要求,相關工況參數如表3所示。

表3 50 m吊桿起升安全工作負荷

2.3.2 梁段吊裝用鋼絲繩

最大節段質量為72.2 t,根據要求,鋼絲繩選擇必須滿足8倍以上的安全系數。A塊采用4根鋼絲繩吊裝(8根頭),起重吊裝角度取60°,每根鋼絲繩受力為(72.2 t×1.2沖擊系數)/8根×(2/1.732)×8倍=100.05 t,采用直徑43 mm的鋼絲繩(破斷力118.5 t)。

為了防止鋼絲繩吊裝過程產生滑移,鋼絲繩與節段接觸部位提前進行植筋處理,植筋的直徑為28 mm,長度為30 cm,植入混凝土中20 cm,外露10 cm,每個吊點位置植入兩根,橫向位于拱肋底邊三分點位置,鋼絲繩掛好后,浮吊船加力至該節段質量的一半,此時鋼絲繩未發生滑移,可進行切割。

2.4 節段切割

節段切割主要包括10個主要步驟,分別為確定切割斷面所在位置、鉆吊裝孔穿繩孔、安裝固定導向輪、固定繩鋸機、穿吊裝繩、穿裝金剛石繩索、連接操作系統、設置安全防護欄、切割以及吊裝外運。切割過程中高速運轉的金剛石繩索靠水冷卻,并將研磨碎屑帶走。

2.5 節段吊運(拱肋、系桿、橫梁、風撐)

(1)節段吊裝順序:為了保證拆除過程剩余結構的穩定性,按圖7要求進行吊裝拆除拱肋與系桿。

圖7 拱肋與系桿拆除順序

(2)橫梁與風撐吊運:橫梁與風撐質量統計如表4所示。

表4 橫梁與風撐質量統計

從表4可以看出,質量最大的是端橫梁,每根端橫梁從中間一分為二,分兩次吊離,采用150 t浮吊船進行吊運。橫梁與風撐的鋼絲繩吊點設置在距梁端3 m位置。風撐吊運采用直徑28 mm的鋼絲繩,按夾角為60°進行安裝,(11.78 t×1.2沖擊系數)/4根×(2/1.732)×8倍=32.65 t,低于28 mm鋼絲繩破斷力50.05 t,同時,橫梁吊運采用與拱肋相同的直徑為43 mm的鋼絲繩。

(3)節段上岸:在系桿拱橋的西北側設置浮吊船靠舶點,節段統一運至此處進行地面破碎后外運二次利用。

2.6 拆除效果評價

在按照上述拆除方案進行捍海大橋老橋拆除施工,在整個施工過程中未發生任何有關人員傷害以及物品損失的情況,每次浮吊船占用航道時間也小于航道局規定的6 h,保證了航道通航的要求,并與原工期相比縮短了近20 d。

3 結 語

隨著陸路交通以及航運發展的要求不斷提升,許多跨線或者跨航道橋已經不能滿足現有的要求,需要拆除重建,合理的拆除方案對于老橋的安全拆除是至關重要的。為此, 對通揚線高郵段航道整治工程的城區段捍海大橋老橋采用倒拆法的系桿拱橋拆除方案進行了詳細闡述。捍海大橋老橋按照此拆除方案成功拆除,為新橋的建設提供了良好的場地條件。