浅谈对称拆除在大跨径刚架拱桥梁施工中的应用

摘要:刚架拱桥具有节约钢材的特点,在上世纪70年代被广泛应用,随着近年来交通量的持续增加,大多数刚架拱桥梁陆续出现各类病害,部分需要拆除重建,由于拱桥对桥墩有水平推力作用,如何在确保受力平衡状态下进行拆除作业,本文结合G104国道泰曲路大汶口桥拆除施工进行探讨。

关键词：刚架拱桥梁对称拆除施工工艺

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

大汶口桥位于国道104泰安段，始建于1987年，主桥为13×42.5米的钢筋混凝土刚架拱桥，矢跨比为f/L=1/10，桥面总宽度为22+2×0.5=23米，桥跨结构单幅横向设4片拱片，每孔籍以2道横隔板、16道横系梁和25cm钢筋混凝土面板桥连接。随着近年交通量的持续增多，该桥梁陆续出现各类病害，尤其是主要承重结构存在许多病害，考虑该桥结构受力形式不能满足日益增长的交通量需求，经过有关专家论证，采取拆除重建的施工方案。

二、施工工艺

（一）在施工前对刚架拱桥梁建立模型进行试验，

第1、3 联第Ⅲ单元桥面铺装凿除完成后，凿除第2联第Ⅲ单元桥面铺装时，此时剩余第2联第Ⅲ单元桥面铺装（宽度为5.4米），制动墩的不平衡推力较大。

(二)进行验算

1.计算模型

计算模型为：主桥上部结构为42.5米跨径的刚拱架拱桥，矢跨比为f/L=1/10,桥跨结构横向2片拱片，每孔籍以2道横隔板、16道横系梁和25cm钢筋混凝土桥面板连接。

主桥运用桥梁结构通用计算程序《midas Civil 2012》按空间杆系理论进行结构分析，结构离散图见下图：

图1：结构模型三维展示

2.施工阶段模拟

主桥采用拆除过程中的的结构模型。

3.材料特性及计算参数

混凝土、钢筋等材料的弹性模量、设计抗压（拉）强度等基本参数均按规范取值。

3.1材料特性（略）

3.2计算荷载恒载：拱肋、横梁和桥面板的自重。4.作用组合

根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004规定对结构进行作用效应组合。

5.计算结果如下表：

表1拱脚反力合计

即：由于拆除施工以联为单元，故最大不平衡推力发生在制动墩上，此时制动墩的不平衡水平力为4670KN，竖向力为1911.6KN。

（三）制定科学的施工方案

根据桥梁拆除时的受力分析，确定按联分步逐级卸载桥梁上部结构并制定了具体施工方案：主桥由北向南一次编号为第1、2、3联。全桥共有制动墩4个，普通墩20个。拆除过程中应遵循先拆桥梁外侧后拆桥梁内侧，采用逐级卸载对称进行的原则，先拆桥面铺装后拆拱肋的施工顺序，始终最大限度保持桥梁各部件受力平衡，以保证桥梁及施工安全。全桥投入8台破碎锤，以联为单位进行拆除施工，并将桥梁沿纵向由外到内划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个单元，第Ⅰ、Ⅱ两个单元分别对应一个拱肋，第Ⅲ单元对应内侧两个拱肋，拆除时遵循由外到内的顺序施工（如图2所示）。

图2造出单元划分示意图

具体施工方法如下:

1、首先，根据原桥施工图纸，在桥面上准确放出拱肋的位置（图2中虚线表示），防止在破碎锤破碎的过程中过早损坏拱肋而破坏整孔桥梁的受力。

2、首先拆除外侧护栏，后拆除第1、3联第Ⅰ单元桥面铺装。每联布置四台破碎锤，以两孔为一作业单位由两端向中间对称凿除（图3中箭头所示），

图3桥梁平面图（第一联）

此方案可达到每联各普通墩受力平衡，从而有力确保拆除作业的安全。

3、第1、3联第Ⅰ单元桥面铺装凿除完成后，凿除第2联第Ⅰ单元桥面铺装，第2联由五孔组成，为保证凿除过程中桥墩受力平衡需增加一台破碎锤，其他孔布置同第1、3联。如图4所示

图4桥梁平面图（第二联）

4、第2联第Ⅰ单元桥面铺装凿除完成后，将连接外侧两拱肋的横系梁断开，仍按照桥面铺装的拆除顺序对称拆除最外侧拱肋。

5、最外侧拱肋拆除完成后，采取同样的施工顺序凿除第Ⅱ单元桥面铺装及拱肋，在凿除第Ⅱ单元桥面铺装时应注意保证剩余第Ⅲ单元桥面铺装横向对称，防止剩余第Ⅲ单元左右侧受力不均发生扭曲。

6、剩余第Ⅲ单元桥面铺装宽度为5.4米，而跨径为42.5米，破碎锤在破碎混凝土作业中会产生巨大的冲击力。为安全起见，在凿除第Ⅲ单元桥面铺装时破碎锤位于另一幅桥梁上作业，剩余第Ⅲ单元桥面铺装及拱肋拆除顺序相同。

第2联第Ⅰ单元桥面铺装凿除完成后，仍按照桥面铺装的拆除顺序对称拆除最外侧拱肋。先拆除第1、3联第Ⅰ单元桥面拱肋，后拆第2联第Ⅰ单元拱肋。将连接外侧两拱肋的Ⅰ、Ⅱ型横梁用油锤凿除，切断横梁与拱肋连接处钢筋，然后将拱肋由每孔中间位置凿断。在结构自重作用下，拱肋自行下落，端部连接钢筋由人工切断。拱肋下落后由地面破碎锤逐个破碎。

以上拆除过程中需配备切割机配合破碎锤施工作业，及时切断结构连接中的钢筋。（图5）

图5

三、注意事项及控制要点

加强施工中的人员、机械控制，确保卸载的同步性。

1、加强对机械操作手技术交底和技术培训工作，要求机械操作手熟悉现场的环境和桥面上预先划定的区域，施工时不得猛凿乱凿，防破坏桥体受力平衡。

2、对机械操作手的技术进行筛选，选定操作技术相近的操作手。

3、每台油锤配备一台对讲机，凿除时由专人用对讲机指挥，保证油锤工作的同步性。

四、效果检查

在施工过程中根据对不平衡推力造成的桥墩偏位进行跟踪观测，发现相关技术指标均在可控范围内，见下表：

表2

五、结束语

本文通过G104泰曲路大汶口桥改建工程实例对刚架拱桥拆除施工工艺进行了探讨，希望在今后的公路桥梁施工中，不断总结施工经验，提高桥梁施工技术水平。

参考文献

1.《公路桥梁施工技术规范》JTG/T F50-2011，

2.《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004