下承式預應力混凝土桁架系桿拱橋拆除工藝的探討摘要：隨著南潯區域內河航道貨運量增加和船舶大型化發展的需要，京杭運河Ⅲ級航道亟需整治拓寬，其沿線區域內早期建設的拱橋也制約了航道運輸的發展，為了緩解區域內航道運輸的壓力，原有跨越運河航道的系桿拱橋逐漸被拆除改造。本文以萬壽橋改建工程老橋拆除為例，詳細介紹了下承式預應力混凝土桁架式系桿拱橋拆除工藝的研究與應用，其中抬吊法拆除拱肋及小型起吊式移動門架拆除行車道板工藝的成功應用，證明了該工藝的可行性，該施工工藝的成功實施為預應力桁架式系桿拱橋的拆除提供了新技術，為今后類似的工程提供了一定的借鑒意義。關鍵詞：下承式；預應力混凝土；桁架式；系桿拱橋；拆除工藝；抬吊法；小型起吊式移動門架；Discussiononthedismantlingtechnologyofbottom-bearingprestressedconcretetrussarchbridgeHuzhouProjectDepartmentofNO.2EngineeringCompanyLTDofCCCCFirstHarborEngineeringCompanyLTDAbstract:WiththeincreaseofcargovolumeofinlandwaterwayinNanxunareaandtheneedoflarge-scaledevelopmentofships,thethird-classwaterwayofBeijing-HangzhouCanalneedstoberenovatedandwidenedurgently,andtheearlyconstructionofarchbridgesalongtheareaalsorestrictsthedevelopmentofwaterwaytransportation.Inordertoalleviatethepressureofwaterwaytransportationintheregion,theoriginaltiedarchbridgeacrosstheCanalwaterwayhasbeengraduallydemolishedandtransformed.TaketheoldbridgeofWanshoubridgereconstructionprojectforexample,Thispapermainlyintroducestheresearchandapplicationofdemolitiontechnologyofthroughprestressedconcretetrusstiedarchbridge.ThesuccessfulapplicationofliftingmethodtodemolisharchribsandsmallportalframetodemolishLaneslabprovesthefeasibilityofthistechnology.Thesuccessfulimplementationofthisconstructiontechniqueprovidesanewtechnologyfortheremovaloftheprestressedtrussarchbridgeandareferenceforsimilarprojectsinthefuture.Keywords:Bottombearing;Prestressedconcrete;Trusstype;Tiedarchbridge;Demolitionprocess;Liftliftingmethod;Smallportalframe;0引言萬壽橋位于南潯區練市鎮湖鹽路，主橋跨越京杭運河Ⅲ級航道，作為銜接運河東西兩側城區交通運輸的重要交通節點，對改善區域道路通行條件，保障道路通行及航道通航安全、建立完善綜合的立體交通體系有著重要意義。然而早期建設的萬壽橋老橋荷載等級較低，結構單薄，已不能滿足區域內道路日益增長的交通壓力，而且主體結構裂縫較多，主橋安全系數較低，對陸上交通及橋下水陸交通均有安全隱患，因此亟需對老橋進行拆除改建施工以滿足道路通行能力的要求和京杭運河整治升級后的通航運輸條件。萬壽橋改建工程項目由中交一航局湖州項目部承建，系將原有單跨下承式預應力混凝土桁架式系桿拱橋改建為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，前期主要工程內容為下承式預應力混凝土桁架式系桿拱橋拆除。由于該類系桿拱橋可借鑒施工經驗較少，本文詳細介紹了抬吊拆除的計算分析、各工序拆除方案比選、混凝土拆除工藝、小型起吊式移動門架拆除行車道板工藝、整個施工中詳細的受力計算分析及項目實施的經驗總結，對類似桁架式系桿拱橋拆除施工有很強的借鑒意義。1.工程簡介萬壽橋改建工程橋梁拆除部分主橋跨越主航道，采用單跨下承式預應力混凝土桁架式系桿拱橋，主跨徑66.1m，兩側各設5跨搭板引橋，老橋長114.4m，橋寬5.5m；主橋面縱坡水平，橋位處河面寬度57.2m。主橋縱向由兩片預應力桁架系桿拱組成，為剛性系桿剛性拱結構，受力特點是外部靜定、內部高次超靜定。每片預應力桁架拱片由四節預制拼裝而成，包括兩片端節片、兩片中節片，節片預制采用一次澆筑成型，節片之間由C55鋼筋混凝土濕接；兩片桁架拱片橫橋向通過15根橫梁及5根頂撐連接成主體框架，在橫梁之間鋪設預應力橋板，通過鋪裝層澆筑形成整體橋面。節片預制為C50鋼筋混凝土，端節片吊裝重27.7t，中節片吊裝重24t。圖1-1主橋斷面圖圖1-2主橋立面圖全橋荷載均由兩片預應力拱承受，上弦桿拱軸線為合理二次拋物線，計算跨徑66.1m，計算矢高6.8m，矢跨比為1/9.72。上弦桿斷面為工字形，高0.5m，寬0.5m的實心斷面；下弦桿中部斷面為矩形，高0.65m，寬0.35m，端部與上弦桿銜接處擴大為高0.75m，寬0.5m的矩形；豎桿斷面為矩形，高0.35m，寬0.25m；斜桿斷面為矩形，高0.35m，寬0.2m。本橋系桿拱下弦桿預應力鋼束作為縱向連接拱肋的主要受拉構件，由5根一束的鋼絞線組成。5束鋼絞線孔道均采用波紋管成型，管內注漿，并埋設于下弦桿中，下弦桿內鋼束分散錨固于下弦桿端頭擴大截面處。圖1-3主橋系桿拱預應力鋼束布置圖風撐及橫梁為拱肋的橫向聯系構件。起著穩定拱肋受力的作用。主拱肋高出行車道部分設置風撐，在主拱橋面以下及邊拱肋之間設置橫梁，采用現澆施工。圖1-4主橋側面圖1-5主橋正面圖1-6主橋底面橫梁及橋板分布行車道板縱向擱置于橫梁上，行車道板之間橫向鉸接，縱向頂層主筋焊接，輔以10cm橋面現澆層及鋼筋網，構成橋面連續體系。主橋桁架拱落在主墩蓋梁上，蓋梁尺寸1.3m×8.1m，厚度1.5m，橋臺結構采用雙柱式。桁架拱橋拆除工程量混凝土246.63m3，鋼筋29.61t，型鋼及鋼板4.29t，樁基拆除至原地面以下1.0m。具體拆除構件數量見表1-1。表1-1老橋主橋構件參數表部位類型長度（m)重量（t）數量（片）備注拱片端節片19.127.74矩形實心斷面，上弦桿0.5×0.5m，下弦桿0.35×0.65m，豎桿0.25×0.35m，斜桿0.2×0.35m，中節片13.95244頂撐5.52.25預制件、濕接頭連接，矩形，斷面0.4×0.4m橫梁端橫梁14.52.892預制、濕接頭連接，斷面0.4×0.6m中橫梁20.92.6513預應力預制件，矩形截面帶牛腿，斷面0.4×0.6m橋面板邊塊件4.651.3448預制空心板，斷面0.73×0.22m中塊件4.651.9496預制空心板，斷面0.96×0.22m鋪裝層95.25C40鋪裝層2.總體方案比選根據老橋建設時的逆向拆除，該系桿拱橋拆除主要有四大施工內容：橋面鋪裝及欄桿拆除、行車道板拆除、拱肋抬吊拆除、岸上拆解破碎，在總體拆除初定方案上進行了可行性研究。2.1主橋拆除計算分析2.1.1主橋內力計算計算分析總原則：整體拆除過程中拱肋、系桿、橫梁、頂撐強度足夠，整體結構在拆除前后保持穩定。結構分析計算采用ABAQUS有限元分析軟件，拱肋、系桿、橫梁、頂撐采用梁單元模擬，橋面板采用實體單元，老橋待拆除各部分重量如下表。表2-1老橋待拆除部分重量表類別端節片中節片濕接橫梁頂撐橋面板橋面鋪裝欄桿扶手重量(t)27.8241.9140.231114695.2514.2兩片拱肋水平中心間距6m，全橋總重（27.8+24）×4+1.91+40.23+11+146+95.25+14.2=620.1t；拱橋拆除欄桿扶手、橋面板鋪裝層后整體采用雙船抬吊方案，橋總重（27.8+24）×4+1.91+40.23+11=260.34t，吊點對稱布置于拱肋下弦桿與豎桿連接處，吊點布置如下圖：圖2-1吊點布置模型圖模型的建立分為兩個步驟，一是橋梁未拆除前的原始狀態，二是拆除橋面板后的起吊狀態。圖2-2原始狀態（未拆橋面板）圖2-3起吊狀態（拆除橋面板）原始狀態與起吊狀態內力對比如下表：表2-2施工階段對應表桿件內力上弦桿下弦桿豎桿斜桿受力狀態原始抬吊原始抬吊原始抬吊原始抬吊彎矩(kN·m）121.545.8↓295.8117↓31.811.5↓6.34.8↓軸力（kN）-3350-1651↓33501651↓25093.7↓-250-122↓剪力（kN）11956.7↓78.437.9↓33.815↓5.14.4↓通過計算結果分析，起吊狀態下各部件內力較原始狀態均有所減小，因此抬吊時橋梁整體強度足夠，起吊狀態是安全的。2.1.2吊索選型計算（2）拱肋吊裝鋼絲繩驗算：鋼絲繩水平角71°，取1.1倍動載系數，取1.2倍不均衡荷載系數，上部結構重260.23t，則計算荷載1.1×1.2×260.23×9.8=3366.3kN，則單個吊點處單股鋼絲繩所受拉力為3366.3/（8sin71°）=445kN，選擇6×37-φ70-1870MPa的纖維芯鋼絲繩，套管壓制接頭；卡環選擇S-DX-55-21/2，額定荷載55t。根據規范《一般用途鋼絲繩》GB∕T20118-2006，鋼絲繩的最小破斷拉力F0（kN），按下式計算：F0=K＇×D2×（R0／1000）式中：F0—鋼絲繩最小破斷拉力，單位為kN；K＇—鋼絲繩的最小破斷拉力系數，6×37a纖維芯鋼絲繩取0.33；D—鋼絲繩公稱直徑，單位為mm；R0—鋼絲繩公稱抗拉強度（鋼絲繩級別），單位為Mpa。鋼絲繩吊索最小破斷拉力F0=0.33×702×（1870/1000）=3023.8kN。根據規范《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術條件》GBT16762-2009，吊索工作極限載荷：WLL=式中：WLL—單根吊索工作極限載荷，單位為kN；F0—鋼絲繩最小破斷拉力，單位為kN；Ke—接頭型式折減系數，套管壓制接頭取0.9；Ku—使用安全系數，用作捆綁時最小取6。鋼絲繩工作極限荷載WLL=2527.6×0.9/6=453.6kN＞445kN，滿足。（2）吊高驗算：橋中心寬度6m，吊鉤距橋面距離h=6/2×tan71°=8.7m；橋面標高11m，最低水位1.2m，根據蘇錫海工6號起重參數表，起重船滿載吃水1.6m，吊高H應滿足H≥8.7+（11-1.2）+1.6=20.1m，采用40m扒桿，水平角度60°時吊高34.5m，跨距20m，起重量200t。2.2主橋拆除方案比選2.2.1拱肋拆除方案比選本工程主拱肋拆除工藝對比如下：表2-3主拱拆除工藝對比表序號拆除方式優點分析缺點分析1支架法按常規施工工藝逆向拆除支架搭設需要承載力較高，鋼管支架使用量大，搭設費用高，拆除工期長；橋下預留的通航孔對航道通行產生安全隱患，難以保證拆除工期及安全要求2倒塌法工藝簡單，無需搭設支架，拆除進度快拱肋整體倒入河中，需要調配起重船進行分段打撈，打撈拱肋作業周期短3雙船抬吊法拱肋整體一次性吊除，拆除進度快主橋跨徑66.1m，剩余構件總體重量大，抬吊時兩起重船協同作業難度高綜合上述三種拆除方案，在技術上均為可行，但由于京杭運河Ⅲ級航道運輸繁忙，連續封航時間不能超過24h，主橋拆除面臨作業時間短的問題。支架法拆除需要在航道中搭設臨時支墩，施工持續時間較長，而且支架預留雙向通航孔存在很大的安全隱患；倒塌法需要連續封航，交通管制時間較長，墜入航道的殘渣無法徹底清除干凈，對航道環境造成污染，而且倒塌時對周邊環境造成較大的噪音污染。綜合考慮拆除安全性、拆除工期、影響航道周期等因素，主橋拆除方案采用雙船抬吊法進行施工。2.2.2混凝土橋面（含附屬）拆除及運輸工藝本工程橋面部分拆除主要內容為防撞護欄、欄桿、自來水管道等附屬設施及橋面鋪裝、行車道板等橋面結構，橋面拆除主要施工工藝對比如下表：表2-4橋面及附屬拆除工藝對比表序號拆除方式優點分析缺點分析1繩鋸拆除吊裝工藝相對成熟，對不規則構件拆除有良好效果對施工面要求大，繩鋸串珠損耗較高；鋸繩斷裂，容易造成安全隱患2風鎬破碎+小型起吊式移動門架運輸工藝簡單，設備加工、使用方便，破碎及運輸效率高破碎殘渣墜落橋下影響航道運輸安全，對環境容易造成污染經過兩種工藝對比，繩鋸在切割過程中存在斷裂的可能，對其影響范圍內的施工人員產生較大的安全隱患，而且切割過程中產生大量灰漿，容易對環境造成污染；繩鋸拆除施工時需要工作面較大，本橋橫向寬度僅5m，繩鋸使用率較低，切割同體積砼成本相對較高；因此，橋面板拆除采用風鎬破碎濕接縫，小型起吊式移動門架+汽車吊拆除橋面板的工藝，橋面以上部分防撞護欄、欄桿、砼鋪裝層等采用小型破碎錘進行拆除清理。行車道板拆除依據對稱的原則，從跨中至兩側進行拆除。2.2.3系桿拱橋拆除施工工藝及設備經過對施工工藝研究及該項目現有設備情況分析出各分項采用施工工藝及設備如下：表2-5橋梁拆除工藝表序號分項名稱工藝方案投入主要設備1橋面附屬結構拆除破碎錘拆除60型破碎錘帶推土鏟設備1臺2橋面行車道板拆除小型起吊式移動門架+汽車吊小型起吊式門架1臺、50t汽車吊2臺、氣焊切割設備1套3拱肋拆除抬吊法500t、200t起重船各1艘3.總體施工工藝3.1成橋施工工藝萬壽橋老橋在建設過程中，具有以下特點：（1）預應力系桿拱施工是由四片拼裝而成（2片端節片2片中節片），端節片吊裝重27.7t，中節片吊裝重24t；（2）系桿拱片制作在預制場整體放樣、一次性澆筑完成，待強度達到100%后進行豎桿預應力張拉，后封澆端頭砼；（3）節片架設與吊裝采用支架法施工，貝雷架通全河，留不低于25m的通航孔；（4）系桿拱下弦桿鋼束張拉是在兩片系桿拱片及橫梁安裝完畢后，且濕接頭強度達到90%以上進行；3.2拆橋施工流程主橋拆除根據老橋建設的逆向工序法，共分為四個部分：橋面鋪裝層及附屬設施拆除、行車道板拆除、拱肋整體抬吊拆除、臨時場地拆解破碎，即先拆除護欄、鋪裝層，再分塊拆除橋面板，剩余橫梁、拱肋、頂撐、立桿采取兩條起重船整體抬吊拆除，吊至臨時場地后用破碎機進行破除。圖3-1橋梁拆除流程圖3.3整體拆除施工工藝3.3.1橋梁拆除拱肋位移觀測控制主橋拆除過程中，嚴格按照抬吊法的橋梁拆除步驟進行拆除，保證拆除過程中系桿拱片各個部件的內力小于拆除之前的原始內力，因此針對橋梁拱肋位移進行觀測，保證拆除過程中拱肋穩定的控制，觀測記錄表見表3-1。表3-1拱肋位移觀測表點號時間坐標變化量備注南拱肋XYH本次變化△X本次變化△Y本次變化△H累計變化△X累計變化△Y累計變化△HD1(東側)2018/6/233407869.220537940.79312.0290.0000.0000.0000.0000.0000.000拆除前初測2018/6/263407869.223537940.81512.0330.0030.0220.0040.0030.0220.004橋面鋪裝及欄桿拆除、清理2018/6/293407869.221537940.78112.032-0.002-0.034-0.0010.001-0.0120.003鉸縫、濕接縫切割2018/7/33407869.221537940.78112.0370.0000.0000.0050.001-0.0120.0084跨行車道板拆除2018/7/93407869.213537940.78312.035-0.0080.002-0.002-0.007-0.0100.0065跨行車道板拆除2018/7/143407869.216537940.78612.0340.0030.003-0.001-0.004-0.0070.005行車道板拆除完畢2018/7/173407869.216537940.78712.0360.0000.0020.006-0.004-0.0060.007抬吊前初測D2(跨中)2018/6/233407843.395537930.32617.6280.0000.0000.0000.0000.0000.000拆除前初測2018/6/263407843.396537930.33017.6270.0010.004-0.0010.0010.004-0.001橋面鋪裝及欄桿拆除、清理2018/6/293407843.397537930.34117.6290.0010.0110.0020.0020.0150.001鉸縫、濕接縫切割2018/7/33407843.394537930.32917.630-0.003-0.0120.001-0.0010.0030.0024跨行車道板拆除2018/7/93407843.391537930.31817.632-0.003-0.0110.002-0.004-0.0080.0045跨行車道板拆除2018/7/143407843.388537930.32117.636-0.001-0.0020.002-0.007-0.0050.008行車道板拆除完畢2018/7/173407843.387537930.32017.637-0.001-0.0010.003-0.008-0.0060.009抬吊前初測D3(西側)2018/6/233407817.546537919.79811.8870.0000.0000.0000.0000.0000.000拆除前初測2018/6/263407817.549537919.80011.8880.0030.0020.0010.0030.0020.001橋面鋪裝及欄桿拆除、清理2018/6/293407817.537537919.80311.890-0.0120.0030.002-0.0090.0050.003鉸縫、濕接縫切割2018/7/33407817.537537919.80111.8890.000-0.002-0.001-0.0090.0030.0024跨行車道板拆除2018/7/93407817.538537919.79211.8910.001-0.0090.002-0.008-0.0060.0045跨行車道板拆除2018/7/143407817.539537919.79411.8920.0000.0010.001-0.007-0.0040.005行車道板拆除完畢2018/7/173407817.540537919.79411.8930.0010.0000.001-0.006-0.0040.006抬吊前初測3.3.2橋面鋪裝及附屬拆除根據拆除順序首先拆除欄桿及扶手，本橋欄桿采用混凝土護欄+鋼管格柵形式，橋面鋪裝為4cm厚現澆混凝土，拆除時采用60型破碎錘帶推土鏟設備進行破除，在下弦桿兩側懸掛安全網，防止混凝土塊墜入河中；鋪裝層破碎時同時注意保護空心板吊耳，破除完畢后殘渣用推土鏟清出橋面，并用水沖凈。圖3-2橋面及附屬結構圖3-3欄桿及鋪裝層破除圖3-4橋面附屬設施破除完畢并沖凈3.3.4行車道板拆除依據對稱拆除的原則，只對中板由跨中向兩側對稱拆除，剩余邊板與拱肋整體抬吊拆除，采用50t汽車吊+小型起吊式移動門架拆除中板。橋面板為空心板，邊板尺寸74.5cm×425cm×22cm，中板尺寸99cm×425cm×22cm，橋梁縱向方向為425cm；邊板重1.7t，共28塊；中板重2.5t，共56塊；行車道板分布及拆除方式見圖3-3，小型起吊式移動門架設計見圖3-4。根據施工圖紙尺寸及現場橫梁與車行道板位置，將車行道板間濕接頭及鉸縫位置進行彈線放樣，采用圓盤鋸對縱向鉸縫位置進行切割，采用風鎬將橫向濕接縫鑿除。然后采用小型起吊式移動門架對中跨20塊板運至兩側橋頭，由50t汽車吊吊至橋下；剩余中板采用汽車吊直接吊至岸側橋下。圖3-5行車道板分布及拆除順序圖圖3-6縱向鉸縫切割圖3-7鉸縫及濕接縫破除圖3-8小型起吊式移動門架設計圖圖3-9小型起吊式移動門架拆除中板圖3-10中板拆除完畢3.3.7拱肋抬吊拆除在拆除護欄、鋪裝及橋面板后，對拱片、橫梁、頂撐進行整體吊裝拆除，采用2條起重船對約260噸重的剩余結構進行一次性抬吊拆除，抬吊流程見圖3-11。吊點設在豎桿與下弦桿交接處，拱肋每端一條起重船設4個吊點，共8個吊點。圖3-11拱肋抬吊施工流程圖3-12拱肋抬吊路線圖圖6.3-13舊橋抬吊初始狀態圖圖3-14起重船就位，掛吊索圖3-15兩條起重船同步起吊，起吊高度離地20cm圖3-161#船保持不動，2＃船向上游移動，舊橋旋轉至45°圖3-17舊橋繼續旋轉至與河道方向基本一致圖3-18舊橋到達預定堆放位置上方圖3-19兩船緩慢落鉤，保持舊橋水平，落至預定位置3.3.8舊橋就位后的拆除為保證舊橋上部結構破除時的穩定，臨時場地提前進行清理及整平，再用壓路機壓實，舊橋整體吊運至臨時場地后，直接用220液壓破碎錘進行拆解破碎，拆解順序由上到下進行，破除的碎渣作為便道整修用。（1）用破碎錘結合氣割沿濕接縫位置，將整橋拆為4段。濕接縫破碎時，采取先橫桿后拱肋的順序，沿長度方向，先破碎中間縫，后破碎兩側接縫。（2）自上而下分別破碎拱肋、豎桿斜桿、下懸桿、橫梁混凝土，破碎完成后，采用人工結合氣割處理廢舊鋼筋、鋼絞線，混凝土廢渣采用環保自卸車集中外運。圖3-20舊橋臨時場地破除4．施工中的創新點本橋梁拆除工程第一個創新點為采用小型起吊式移動門架拆除中跨行車道板，通過自行設計并加工的新設備，使工程在節約成本和施工效率上均取得顯著效果：（1）小型起吊式移動門架的加工可在現場自行焊接完成，方便快捷；由于中行車道板自重僅2.5t，在小型起吊式移動門架上橫梁設置2組手拉葫蘆，下橫梁設置4組萬向輪，通過人工推動小型起吊式移動門架即可完成中跨中板的拆除作業，避免了大型起重設備的進出場及租賃。行車道板拆除工期15天，采用汽車吊拆除行車道板，需要50t汽車吊2臺，租賃費用4000元/臺班，共需費用120000元；小型起吊式移動門架拆除行車道板需要8t汽車吊2臺，租賃費用1000元/臺班，小型起吊式移動門架加工利用現場閑置工字鋼加工焊接，材料及人工費6000元，共需費用36000元，節約施工成本84000元。（2）通過使用小型起吊式移動門架拆除作業，極大提高了行車道板的拆除速度，為橋梁拆除順利履約提供了保障。為系桿拱橋行車道板的拆除提供了新思路、新技術。本橋梁拆除工程第二個創新點為雙船抬吊法拆除拱肋，通過此方法拆除，在航道通航安全性、施工成本、拆除工期上均有顯著的效果。（1）按支架法拆除拱肋，前期打設臨時支墩約12天，需采用起重船配合打設，分段拆除拱肋需要5天，后期撥除支架約5天，總拆除拱肋周期需要25天。采用抬吊法拆除，僅需封航1次，封航時間4h，拱肋從掛設鋼絲繩到抬吊至臨時場地預設位置僅用1h，極大提高了拱肋的拆除效率，對航道通航影響較小，節約工期24天，為萬壽橋新建在工期