公路危舊橋拆除重建“一拱兩用”技術(shù)分析

代忠

(貴州省銅仁公路管理局，貴州 銅仁 554300）

0 引言

國(guó)省干線公路上的大部分橋梁建于20 世紀(jì)70 年代，經(jīng)過長(zhǎng)期服役，出現(xiàn)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(xiàn)代通行要求，經(jīng)檢測(cè)達(dá)到四類、五類的橋梁，維修加固意義不大，需要進(jìn)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(guó)道K65+138 處，建于20 世紀(jì)70 年代。該橋全長(zhǎng)92m，跨徑為1×47.5m，行車道寬6.5m，荷載等級(jí)為汽-20、掛-100，下部結(jié)構(gòu)為重力式“U”形橋臺(tái)。該橋橫跨甘龍河，下游為天臺(tái)發(fā)電站，橋下屬于發(fā)電站上游蓄水區(qū)，長(zhǎng)期處于蓄水狀態(tài)，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(shè)計(jì)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(zhǎng)90m，行車道寬11m，荷載等級(jí)為公路I 級(jí)。拆除舊橋重建新橋的主要目的是提高荷載等級(jí)、增加行車道寬度、降低事故發(fā)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(shè)，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(shù)。第一，拆除舊橋前搭設(shè)懸拼拱架，主要目的是將舊橋拆除廢渣廢料對(duì)甘龍河的污染影響減到最小，同時(shí)不影響天臺(tái)發(fā)電站正常蓄水。第二，新橋主拱圈利用已搭設(shè)懸拼拱架施工，主要目的是減小搭設(shè)滿堂鋼管支架施工對(duì)河流水域環(huán)境的影響，并降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)做到縮短工期、降低成本、資源合理利用、生態(tài)環(huán)保。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)投入主要設(shè)備

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)需要，現(xiàn)場(chǎng)投入主要設(shè)備包括塔吊機(jī)1 臺(tái)、挖掘機(jī)1 臺(tái)，以及自卸汽車、鋼筋制作設(shè)備、混凝土拌和站等。

2 拱架搭設(shè)程序及技術(shù)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(shè)置，共計(jì)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(jié)構(gòu)為兩鉸拱，拼裝過程中，拱腳處設(shè)鉸支撐，便于安裝時(shí)調(diào)整標(biāo)高。

2.2 鋼拱架搭設(shè)

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(shè)置吊裝系統(tǒng)進(jìn)行拱架的起吊安裝。吊裝系統(tǒng)由塔吊、吊索、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鏈條葫蘆、吊車簡(jiǎn)易組合而成。在拼裝之前，完成拱架拱座梁基礎(chǔ)施工，安裝拱座梁及拱鉸。拱架拼裝選擇在兩岸橋臺(tái)后及橋面上分段進(jìn)行拼裝、吊裝[1]。

拱架采用7 片鋼拱架組合而成，每片分對(duì)稱5 個(gè)節(jié)點(diǎn)段，分別為A、B、C、D 及合龍段。每片鋼拱架的節(jié)段為型鋼，分別在橋上采用塔吊和25t 吊車對(duì)稱依次將其中A、B、C、D 節(jié)點(diǎn)段從橋面兩側(cè)吊裝到橋下施工位置，按照先進(jìn)行拱腳分階段施工，過渡到拱頂推進(jìn)施工的順序，保持兩邊施工對(duì)稱狀態(tài)。已吊裝段采用鋼絲繩臨時(shí)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(huán)進(jìn)行。

完成兩片拱架吊裝后立即進(jìn)行拱架的橫聯(lián)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(huán)進(jìn)行下一拱片拼裝及橫聯(lián)、豎向斜撐焊接。已完成拼裝和焊接的拱架必須臨時(shí)固定在原橋上，防止失穩(wěn)傾覆。

鋼拱架的鋼管支架應(yīng)選擇滿堂支撐架，并按照新橋主拱圈的設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整施工，以滿足工程設(shè)計(jì)需求。主拱圈施工放樣坐標(biāo)如圖1 所示。

圖1 主拱圈施工放樣坐標(biāo)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(shè)方法，縱距、間距、步距施工指標(biāo)參數(shù)設(shè)置為90cm、90cm、50cm。在鋼管上方，應(yīng)設(shè)置16 工字鋼經(jīng)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(jìn)行拱架搭設(shè)。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(shè)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(zhì)為Q345B 高強(qiáng)度低合金鋼。通過試驗(yàn)室試驗(yàn)與理論雙重計(jì)算得出結(jié)果，要想保證立桿承重效果，應(yīng)增加鋼管直徑而不是厚度。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用Q345B 高強(qiáng)度低合金鋼材質(zhì)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(zhuǎn)換作業(yè)的過程中，考慮到新橋橋臺(tái)開挖后，鋼拱架對(duì)巖壁產(chǎn)生水平推力，為確保鋼拱架的穩(wěn)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(jìn)行連接的方式，消除新建橋梁時(shí)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(jié)合工程實(shí)際場(chǎng)地條件，從豎向分環(huán)與縱向分段兩種方式中進(jìn)行選擇。應(yīng)保證縱向與橫向?qū)ΨQ、均衡的施工效果。拱圈混凝土豎向澆筑施工可分為三環(huán)：第1 環(huán)采用現(xiàn)澆底板施工方式；第2 環(huán)施工內(nèi)容為現(xiàn)澆腹板與橫隔板；第3 環(huán)施工內(nèi)容為現(xiàn)澆頂板。質(zhì)控工作，應(yīng)在第1 環(huán)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%后，開展第2 環(huán)混凝土澆筑施工，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，才可著手第3 環(huán)的澆筑施工。拱圈混凝土縱向澆筑施工應(yīng)根據(jù)長(zhǎng)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(yīng)按照自下而上的順序施工，拱頂段澆筑則應(yīng)從拱圈正中向兩邊方向?qū)ΨQ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(shè)工程中，為保護(hù)甘龍河水資源不受污染，通常在搭設(shè)懸拼拱架的基礎(chǔ)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(jù)實(shí)際高度制作，每片工字鋼橫向均勻布設(shè)15 個(gè)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(shí)以工字鋼兩端挑出部分作為拱圈兩側(cè)臨邊安全防護(hù)設(shè)施支撐點(diǎn)，確保施工期間人員安全。

懸拼拱架方式拆除舊橋施工工序?yàn)椋焊綄俳Y(jié)構(gòu)（人行道、欄桿）—橋面鋪裝—拱上填料—腹拱圈—橫墻—主拱圈—側(cè)墻—基礎(chǔ)。在拆除工程中，拆除的廢渣廢料利用塔吊運(yùn)至橋梁一端，用汽車運(yùn)輸至指定的棄土場(chǎng)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(tái)開挖后，鋼拱架對(duì)巖壁產(chǎn)生水平推力，為確保鋼拱架的穩(wěn)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(jìn)行連接，消除新建橋梁時(shí)拱架的水平推力。根據(jù)計(jì)算，單排拱架自重下的水平推力為79kN。實(shí)際水平推力要根據(jù)實(shí)際拱架荷載情況進(jìn)行復(fù)核后,再進(jìn)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(shè)調(diào)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(shè)16 工字鋼作為橫向分配梁，間距為1m。16 工字鋼上鋪設(shè)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(diào)節(jié)，方木上鋪設(shè)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(jìn)行調(diào)整。鋼管采用承插型盤扣式鋼管支架搭設(shè)，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(shè)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(yīng)確保其混凝土強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求一致。而后，再對(duì)拱架進(jìn)行拆除處理。首先，應(yīng)拆除主拱圈側(cè)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(duì)第一片拱架設(shè)施進(jìn)行拆除處理。過程中保證拱頂合龍段與拱腳方向同時(shí)進(jìn)行。方式為，從兩側(cè)開始到中間對(duì)稱拆除。直到每片鋼拱架的拆除作業(yè)完畢，借助塔吊或是24t 吊車，將拆除作業(yè)產(chǎn)生的拱架節(jié)段吊至橋臺(tái)兩側(cè)位置，再用汽車運(yùn)輸。拱片拆除按上述工序循環(huán)進(jìn)行。第二，拆除拱架，要求施工人員按照起重吊裝作業(yè)的技術(shù)規(guī)范開展工作。拆除每片鋼拱架時(shí)，應(yīng)做好拱架節(jié)段的捆綁處理工作。拆除時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)具有安全意識(shí)，采取必要的防護(hù)措施以降低安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，以避免拆除時(shí)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(xiàn)場(chǎng)。以防吊鉤脫落物件墜落傷人風(fēng)險(xiǎn)。

5 加強(qiáng)過程觀測(cè)及監(jiān)測(cè)控制

5.1 施工過程

監(jiān)控應(yīng)劃分為兩個(gè)層次開展管理工作，即設(shè)置施工控制組與施工技術(shù)組。施工控制組由業(yè)主、施工、監(jiān)理等單位組成，主要任務(wù)是協(xié)調(diào)施工。施工技術(shù)組由項(xiàng)目部負(fù)責(zé)組織技術(shù)、設(shè)備、安全部門的人員組成，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)安裝、拱架吊裝等施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)控制。

在拼裝拱架與澆筑混凝土拱圈過程中，工序與操作內(nèi)容的變化會(huì)對(duì)主拱圈整體施工質(zhì)量帶來直接影響，因此，主拱圈現(xiàn)澆混凝土施工需與架設(shè)好的懸拼鋼拱架配合作業(yè)。在開展施工質(zhì)量控制的過程中，需將結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化與位移變化作為重要控制對(duì)象，使其以科學(xué)合理的狀態(tài)作用于拱架結(jié)構(gòu)。

5.2 監(jiān)控鋼拱架拼裝過程

拼裝懸拼鋼拱架時(shí)，施工技術(shù)人員應(yīng)按照拱架施工坐標(biāo)圖開展工作。還要借助全站儀與水準(zhǔn)儀來調(diào)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(diǎn)。通過設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)來對(duì)應(yīng)力應(yīng)變情況與位移參數(shù)變化情況進(jìn)行監(jiān)督控制。應(yīng)在固定時(shí)段（即溫度較為穩(wěn)定的時(shí)段）內(nèi)，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。鋼拱架拼裝過程的具體監(jiān)控內(nèi)容為：

第一，對(duì)于兩邊中軸線高程，應(yīng)設(shè)置軸線觀測(cè)站，為鋼拱架節(jié)段吊裝施工的頂面軸線合理性控制提供環(huán)境條件。

第二，觀測(cè)到軸線線形后，應(yīng)用油漆對(duì)拱架節(jié)段頂面軸線進(jìn)行標(biāo)記，并作為重要施工控制點(diǎn)。

第三，監(jiān)控主拱圈混凝土澆筑施工過程。嚴(yán)格控制拱圈底板、腹板和頂板厚度，模板需加固緊實(shí)，避免澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生漏漿和爆模的現(xiàn)象，需將誤差取正值，范圍控制在0.5～1.0cm 之間。應(yīng)將澆筑混凝土過程中的觀測(cè)位置設(shè)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(yīng)采用不同的觀測(cè)方式，如拱架拱頂、兩端拱腳和兩端L/4 位置，應(yīng)在左、中、右分別設(shè)置三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)拱架沉降值變化進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而保證混凝土澆筑質(zhì)量。如果出現(xiàn)異常沉降問題，則必須找出原因并加固鋼拱架后，再進(jìn)行混凝土澆筑施工。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目采用綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)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(shè)鋼管支撐來調(diào)整拱圈底模標(biāo)高，真正實(shí)現(xiàn)了舊橋拆除用拱架與新橋建設(shè)用拱架之間的轉(zhuǎn)化利用，從而達(dá)到“一拱兩用”的目的，充分發(fā)揮了拱架的利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約，達(dá)到了安全生產(chǎn)、文明施工預(yù)期目標(biāo)。證明危舊橋拆除重建“一拱兩用”技術(shù)可行、有效，可供同類型橋梁施工參考使用。