CN101265690A - 保护性拆除拱桥的方法 - Google Patents

Abstract

保护性拆除拱桥的方法属桥梁拆除技术领域。其目的是供一种安全、高效、无污染的保护性拆除拱桥的方法。其技术要点是：新建栈桥、架设龙门吊，并按建桥的反顺序进行桥面系、盖梁、立柱、横梁、拱肋、拱座的拆除，尤其是在拱肋拆除阶段，采用拱下支顶、拱箱横向限位架和水平约束索等方法对其进行拆除，较好地解决了在保障跨下通航、安全要求高、工期短、不可预见因素多等复杂施工环境下安全、高效、无污染地解决保护性拆除拱桥的难题成功地达到了设计对保护性拆桥过程中拆除安全系数和各拆除工况下控制限值的要求，确保了拆除质量和安全施工。直接经济分析反映该拆除方法造价低，有显著的社会效益。是一种安全、高效、实用的大跨度桥梁保护性拆除方法。

Description

保护性拆除拱桥的方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁拆除的方法，特别是一种保护性拆除拱桥的方法。

背景技术

柳州静兰大桥(见图1)建成于1992年，桥面宽16.5m。主桥为5跨90m等截面悬链线钢筋混凝土箱形双肋拱桥，矢跨比1/8，拱轴系数1.756。拱肋宽2.14m，高1.7m，肋中心距8m，肋间设有14道横系梁，每条拱肋由两片预制拱箱组成。预制拱箱每片宽1.04m，高1.6m，每跨分三段预制安装。拱上由立柱、盖梁组成排架，纵置钢筋混凝土空心板、槽型板。下部构造为重力式桥墩、U型桥台，明挖扩大基础，主拱座及桥墩基底均置于基岩上。

由于该旧桥设计标准低，且经过多年的运营，其强度、刚度、稳定性都有不同程度的下降，已不能承担现有大流量、重载车辆的交通负荷；主跨双拱箱结构多处存在超出规范规定的裂隙，危及交通安全；同时也不能满足城市建设和经济发展的需求。因此，随着国民经济及交通事业的不断发展、重载车辆日益增加，必须对其进行拆除改建。该主桥计划拆除工程范围包括：桥面系(包括桥面铺装、桥面板、人行道、栏杆、灯柱、各种管线、支座、伸缩缝)；拱上立柱、盖梁；拱圈及横系梁；拱座(1-4号桥墩墩顶拆除至标高+77.42m，0、5号桥台拆除至标高+78.80m)及墩上立柱。拆除过程中要求保护性地保留主桥墩为后续新桥所用。

目前，在桥梁拆除方面还没有专门的规范指导和经验可鉴见，特别是大型水上拱桥的拆除缺少工程实践经验，拆除方法还很不系统、完善，处于起步阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种安全、高效、无污染的保护性拆除拱桥的方法。

其技术方案是：一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于其按以下步骤进行：

第一步：新建栈桥、架设龙门吊，并进行桥面系的拆除：

1)在原桥墩和1/3跨附近两侧钻孔打插钢管桩作为栈桥支墩；

2)架设拱下支撑和桁架；

3)栈桥支墩上安装贝雷梁架设栈桥，栈桥上铺设轨道，轨道上架设龙门吊；

4)在进行上述栈桥与龙门吊的施工同时，以汽车吊为主，同时配置两台龙门吊，按以下卸载程序拆除桥面系：①拆除全桥照明灯及灯座；②拆除栏杆及基座；③拆除人行道板；④拆除桥面铺装，凿开桥面板间纵缝；⑤采取纵向分条拆除桥面板；

第二步：拆除盖梁及立柱：

采用两台龙门吊进行盖梁及立柱的拆除，拆除时按横桥向沿桥轴线左右对称进行，其顺序为：①拆除第一至五跨拱顶盖梁，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚盖梁；②拆除1至5号墩两侧盖梁；③拆除第一至五跨拱顶立柱，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚立柱；④拆除1至5号墩两侧立柱；

第三步：拆除部分横系梁：采用两台龙门吊从第三跨起分别向两岸对称拆除拱顶两道横系梁，并按间隔一道的顺序向两侧拆除第一至五跨横系梁；

第四步：切开上、下游两拱箱间纵缝；

第五步：拆除下游第一至五跨外侧拱肋：拆除前，采用拱下支顶将拱肋顶紧，并采用拱箱横向限位架来保证拱肋的稳定；拆除时，将拆除跨和拆除相邻跨的外侧拱肋顶起；然后，按照每片拱箱分三段，先拱顶段后两拱脚段，依次拆除第一至五跨下游外侧拱箱；待拱段切割完成后，利用栈桥龙门吊将拱段吊运到岸上破碎场；

第六步：按上述第五步的方法和次序，拆除上游第一至五跨外侧拱箱；

第七步：在拆除外侧拱箱后，及时将横向限位架向内侧拱箱收拢，使限位架密贴在内侧拱箱上，使内侧拱箱有中足够的抗倾覆能力；

第八步：拆除各跨剩余的横系梁；

第九步：按照第五步拆除方法依次拆除上下游内侧五跨拱箱；

第十步：切割拱座。利用墩身设置简易操作平台，采用钻石钢线法切割拆除拱座。

其技术效果是：保护性拆除拱桥的方法，较好地解决了在保障跨下通航、安全要求高、工期短、不可预见因素多等复杂施工环境下安全、高效、无污染地解决保护性拆除拱桥的难题；采取同步均衡、多支顶及水平约束索控制系统，实现了保证结构体系稳定及保护桥墩的目的；形成的整套保护性拆桥工艺开辟了拱桥拆除施工的新方法和新途径。设计的高栈桥和龙门吊安全、可靠、合理，为“高栈桥龙门吊拱下支顶法”保护性拆除拱桥提供了技术保障。针对“高栈桥龙门吊拱下支顶法”保护性拆除拱桥进行的控制技术研究，成功地达到了设计对保护性拆桥过程中拆除安全系数和各拆除工况下控制限值的要求，确保了拆除质量和安全施工；为今后采用“高栈桥龙门吊拱下支顶法”保护性拆除工程提供了成功的施工控制范例，也为这种新拆除方法的推广应用提供了技术保障。直接经济分析反映该拆除方法造价低，有显著的社会效益，创造出的良好施工环境是其它拆除方法无法替代的。该拆除方法安全度高、噪音低、结构受力明确、工期短及拆除物不堵塞河道且可回收利用的特点对保护性拆除工程十分有利，是一种安全、高效、实用的大跨度桥梁保护性拆除方法。

附图说明

图1为柳州静兰大桥原桥示意图；

图2为高栈桥龙门吊结构示意图；

图3为桥面系平面示意图；

图4为拱肋分段及内侧拱箱吊点示意图；

图5为拱下支顶及操作平台构造示意图；

图6为拱箱横向限位架相对关系示意图；

图7为水平约束索孔位布置及锚碇图；

图8为拱肋间纵缝切割施工示意；

图9为拱脚段拱肋切割施工示意。

具体实施方式

一、高栈桥的设计与施工：

该高栈桥除承担龙门吊走行轨、人行道外，同时在上、下游间设拱下支撑横梁，用作拱下受力支撑。

如图2所示，栈桥布置在旧桥上下游，上下游均为21跨。栈桥由单层六排加强型贝雷梁组成(东岸2孔为工字钢梁)，其上除铺设龙门吊走行轨外，还设0.85m宽人行道，同时作为旧桥原光缆、通信临时通道及建新桥期间混凝土泵管通道。

1、栈桥临时支墩施工的方法：

(1)墩位处支墩

临时钻孔平台搭设好后，用φ48δ＝3mm钢管作护筒导向架，每孔的导向架由4根钢管组成，长9m，提前在孔位处四周的[20a型钢上固定设置。导向架实施前对孔位中心进行复核，实施时确保导向钢管的准确性和垂直度。导向架设置完经验收合格后，利用浮船和振动锤插打φ110cmδ＝8mm钢护筒。钢护筒插打时仅要求插至河床岩层顶层即可，不得用力插打过度，防止钢护筒遇岩层卷曲。钢护筒与钻孔平台无连接，便于钻孔时钢护筒跟进；钢护筒上设1m高的沉降段，使钢护筒跟进不致过多造成浇筑混凝土后抽拔困难。

测量定出钻孔桩中心，安装就位钻机。钻孔作业同常规钻孔桩作业相同，特殊要求如下：

(a)钻孔灌注桩施工在一般施工工艺的基础上，对裸露、倾斜岩面、溶洞采取专项处理措施。

(b)通过抛填和桩锤振打，钢护筒基本固定在岩面上，并通过导向架进行定位。

(c)护筒范围内岩面高低不平又无规律，岩面高差一般为1～3m。在打下的钢护筒下口有时只有一点或几点接触岩面，其余绝大部分悬空、张开面形成空洞。施工时必须先回填小块片石和粘土超出空洞高度，否则会造成护筒歪斜、钻头掉至洞处卡钻等事故。

(d)开钻时采取低锤轻打，高频率小冲程原则，反复冲砸使空洞处形成泥浆后正常钻进。

为确保φ820mm钢管桩的顺利插入，需在钢护筒内钻φ100cm孔，在钻孔桩钻入岩层2m后，经检查合格后用振动锤插打钢管桩至孔底。清孔后浇筑水下混凝土至河床岩面，浇筑时及时检查钢管桩内外混凝土上升度，确保钢管桩锚固牢固。

在混凝土初凝前用45kW振动锤拔出钢护筒，并用[20a型钢将钢管桩与钻孔平台固定，确保钢管桩中心准确和垂直度。

(2)覆盖层大于3m处钢管桩

当覆盖层大于3m时，用浮标定位停靠浮船。通过测量定位，用45kW振动锤插打钢管桩至河床岩层。插打钢管桩时由三个方向控制钢管桩的垂直度，同时确保钢管桩中心偏差不大于15cm。经对钢管桩垂直度、平面位置、是否到岩层再次检查后，方可用[20a型钢与其它钢管桩进行连接。待同一墩位的钢管桩插打完后，即可施工由[20a型钢制作成的水下、水上剪刀撑。

(3)覆盖层小于3m处钢管桩

插打钢管桩前，用浮标定位支墩中心位置，用100t驳船进行尼龙袋装粘土抛填，抛填范围为10m×12m，抛填深度为3m。抛填达到要求后，按上述方法进行插打钢管桩，平面位置和垂直度经检查合格后，及时用[20a型钢将相邻间钢管桩联系起来，以确保钢管桩的稳定，同时实施水下、水上剪刀撑。

待同一支墩钢管桩插打完后，立即在管内进行吸泥，在管底岩层面干净无杂物后灌筑水下混凝土，混凝土高度不小于2m。在水下混凝土终凝后，在钢管桩内填15m高的砂。

(4)钢管桩接长及加固

支墩φ820δ＝10mm钢管长约30～33m，重约6～6.5t。结合现场施工机械，每根钢管桩施工均需分两次进行，即：第一次24m钢管桩插打，第二次6～9m钢管桩接长。接长时，需将钢管桩接头错开不小于1m，同时四周均布4块12cm×20cm补强钢板。

2、栈桥贝雷梁设计与施工

临时支墩施工完后，架设栈桥上部结构。采用2I36a作为栈桥下横梁，其上搁置贝雷梁6排，排间距45cm(49.25cm)。贝雷梁上设分配梁和枕木，间距70cm。栈桥上龙门吊走行轨道为P43轨。贝雷梁架设利用2台QY-25吊机直接在既有桥两侧机动车道上架设，吊装时小于27m的采用两点吊，大于27m的采用四点吊。

贝雷梁与工字钢横梁连接采用δ＝10mm钢板卡焊。栈桥栏杆高1m，采用Ф48mm钢管焊接，立柱间距1.5m。

由于贝雷梁长跨时横向抗扭能力较弱，需在纵向贝雷梁跨长＞24m的梁段在跨中及跨中两侧6m处各设一道横向特制花格架；特制花格架与贝雷梁用φ16L＝12cm螺栓连接。

纵梁伸缩缝施工。考虑到施工期间长、昼夜温差大等因素，经计算每隔93m设置一道伸缩缝：伸缩缝宽度为5cm。根据现场栈桥临时支墩施工情况和设置伸缩缝后纵向不连续的特点，从栈桥整个稳定性来看，整个栈桥均将伸缩缝设在钻孔临时支墩处；因而整个栈桥纵向设4道5cm宽的伸缩缝，分别位于原桥2^#、3^#、4^#、5^#墩上下游。

为确保设置伸缩缝后贝雷纵梁受力连续性，需在贝雷梁端头用伸缩缝连接构件连接。与此同时，为确保贝雷纵梁设置伸缩缝后悬挑段受力满足施工要求，伸缩缝处的栈桥临时支墩墩顶作滑动平台。

3、拱下支撑及桁架设计与施工

依据原桥竣工图和拱圈拆除顺序，需在拱圈下设置钢桁架。由于拆除拱圈时拆除顺序不同和受力特点，在拱肋下设置拱下支撑。拱下支撑为由上下游拱箱1/3、2/3跨处插打的8根支撑钢管桩与两侧栈桥支墩钢管桩之间通过横向联系的桁架连接构成。其主要作用是将拱下支撑桩与栈桥两侧支墩牢固联结起来，以共同抵抗施工过程中的水平推力，保证栈桥与拱下支撑的整体性；桁架与钢管桩连接采用连续满焊焊接；焊缝验收时严格按钢结构验收规范进行。

桁架可在岸上加工场制作，采用浮吊与卷扬机相配合的原则进行安装。

4、搭建拆除操作平台

为确保拆除过程中操作人员安全，拆除操作平台应严格按安全条例来实施。拆除操作平台为：在拱下支撑相邻的两根钢管桩的顶端布置横梁和纵梁，再用型钢搭建操作平台，其上铺设竹跳板，四周用脚手管安设防护栏。槽钢、脚手管均与搭接型钢连续焊接固结，焊接点要求牢固，焊缝饱满，操作平台四周及底部均用加挂密目安全网，并在防护栏加挂夜间施工警示标志，并确保作业期间照明满足施工要求。

二、龙门吊设计与施工

根据施工需要，配置2台50t龙门吊和2台10t桁架吊。龙门吊负责拱肋及重量较大立柱拆除时吊装作业；桁架吊主要负责桥面板、盖梁拆除吊装，同时桁架吊负责东西两岸破碎场场内吊装。2台50t龙门吊布置在桥跨中范围内，在现场采用贝雷梁进行拼装制作。

龙门吊起重横梁采用6片加强型贝雷片，立柱采用6片普通贝雷片。横梁六片加强型贝雷片，间距60+60+180+60+60cm，横向联系每侧三片贝雷片采用定制的支撑架。两侧立柱采用的普通贝雷片，间距60+60+180+60+60cm，横向联系采用专门设计的整体花格架。立柱下端和下面行走系的小车焊接在一起构成整个龙门吊。单台龙门吊设计吊重为50t，立柱高16.78mm，横梁净跨度22.4m。该龙门吊采用双轨双轮支承型式，轨道采用P43钢轨，轨距1435mm，木轨枕间距70cm。

在栈桥贝雷架上铺设木枕，将木枕两端沿纵向用5cm×5cm通长方木打眼穿Ф20mm钩头螺杆与贝雷架弦杆固结，木枕两端头与栈桥平齐。辅设轨道时，仔细复核轨道的中心位置、轨距、轨顶高程，避免影响龙门吊的走行。

龙门吊的安装选择在盖梁拆除之前，在西岸桥头拼装。栈桥搭好后，铺设龙门吊的行走轨道，安装龙门吊走行小车，并与栈桥临时固结。分别拼装两侧立柱至16.78m高度；考虑到在拼装过程中的侧向稳定性，在立柱拼至10m时，应在其四角各设一根缆风绳。

同时在立柱侧面位置拼装横梁至24m，并将左右两片横梁按1.8m的净间距锁定；安装完天车轨道和天车后，天车也应与横梁锁定；立柱和横梁均拼装好后，采用2台汽车吊提升横梁与立柱对接。

横梁安装就位后，将天车、行走系统的固结、两横梁间的锁定及立柱缆风绳解除。待2台龙门吊均安装完成后，将2台龙门吊按13.8m的间距摆放，采用上下连接系连成一体。

对龙门吊进行调试，并进行空载试运行和负载试运行，直至龙门吊的各项性能均达到设计要求后，方可进行吊装施工。

拱肋分三段拆除，并采用2台龙门吊抬吊。当拆除下上游外侧拱箱时吊装孔在每片中部竖直钻孔，吊点布置同内侧拱箱吊点布置。切割完成后及时用2台50t龙门吊车吊装运输至桥头破碎场，进行破碎。

吊装施工注意事项

(1)使用两台龙门吊抬吊拱肋时，吊车性能应一致，单机荷载应合理分配，且不得超过额定荷载的80％。

(2)穿绳应用铁钩，不得将手臂伸至吊物下面。吊绳不得相互挤压、交叉、扭压、绞拧。吊绳套挂牢固，起重机缓慢起升，将吊绳绷紧稍停，起升不得过高。落绳、停稳、支稳后方可放松吊绳。

(3)吊钩应与吊物重心保持垂直，缓慢起绳，不得斜拉、强拉，不得旋转吊臂抽绳。严禁在吊钩上补焊、打孔。吊钩表面必须保持光滑，不得有裂纹。严禁使用危险断面磨损程度达到原尺寸的10％、钩口开口度尺寸比原尺寸增大10％、扭转变形超过10％、危险断面或颈部产生塑性变形的吊钩。

(4)钢丝绳、套索等的安全系数不得小于8-10。

(5)吊装拱肋使用千斤顶高速就位时，严禁两端千斤顶同时起落；一端使用两个千斤顶时，起落速度应一致。

(6)吊索的水平夹角应大于45°。

三、桥面系的拆除

桥面系包括人行道栏杆、人行道板、防撞护栏、行车道板、灯柱、各种管线、支座与伸缩缝等。桥面系拆除前需做好以下工作：施工复测、测量放样，机械进场和临时设施建设，施工栈桥临时支墩钢管桩，架设栈桥贝雷梁和支撑横梁，铺设走行轨和桥面系，拼装桁架吊和龙门吊并进行试运转和验收。

1、分割方法及拆除顺序

桥面拆除采用碟片切割法进行分块，沿既有桥面板板缝分块。桥面护栏采用小型挖掘机和破碎锤对称拆除，人行道板采用风镐凿缝配合吊装。吊装设备采用汽车吊和桁架吊，利用汽车吊和平板车吊装两侧护栏与人行道板，桁架吊装吊中部行车道板。

拆除时采用两套设备同时进行，纵桥向采用全桥纵向分条的顺序，横桥向采用从桥两侧的N3’板向桥轴线方向对称拆除(见图3)。同时保证每跨拱顶两侧不平衡重量不超过20t，相邻两跨不平衡重量不超过50t。桥面系破碎集中在东、西两岸桥头进行。

具体拆除顺序为：

(1)N3’、N3板拆除；拆除完N4板后，采用2台25t汽车吊分别从第一、五跨拱脚处开始，向桥中心方向对称纵向分条拆除。分条步骤为：拆上游N3’、N3板各1块，拆下游N3’、N3板各1块，拆除第一跨N3’、N3板共8块后，开始第二跨拆除，顺序、部位均相同，以此循环拆除。

(2)N2、N1板拆除；采用2台汽车吊，每跨上下游纵向分条各拆3块的方式逐跨对称进行，先从拱脚段开始，最后拱顶段，依次循环纵向分条拆除，直至剩余最后横向5块桥面板。

(3)用龙门吊按第二步的顺序拆除剩余N1板。

2施工工艺流程：

桥面系拆除工艺流程为：测量放样→钻吊孔、挂吊绳→切割分块→吊装运输→破碎。

3、施工要点及注意事项

(1)施工前，先将桥轴线和两拱肋轴线在桥面上放样，并用墨斗弹出标志线。待栏杆、路灯及防撞护栏拆除后，在既有桥面板接缝处弹好分割线，并用红漆标示顺序号、重量及待钻吊点位置。

(2)切割前，在每块桥面板的四角钻吊孔后设置起吊钢丝绳。吊孔直径为10cm，吊孔距板周边净距不小于20cm。将钢丝绳穿过预定的钻孔后，用25t汽车吊(或桁架吊)吊稳后方可切割。汽车吊车四个支腿须对称置于桥轴线两侧。

(3)按编号顺序用切割机沿墨线将桥面切割成预定的板块，用汽车吊起吊；若不能起吊，则用风镐配合将切割缝打宽再起吊。切割时先切割板端横缝再切割纵缝。

(4)汽车吊起吊后将桥面板装上平板车运走。桥面板随切随吊运走，不得在桥面上集中堆码。

(5)在桥面系拆除过程中，桥下须挂安全防护网以防混凝土块等物体的坠落。

(6)桥面系拆除后，在上游栈桥与盖梁间设木跳板，木跳板绑扎牢固。木板间用8mm钢筋扒钉连接成整体以防止木跳板滑移。

四、盖梁与立柱的拆除

盖梁与立柱分开单独拆除，采用龙门吊或桁架吊吊装运输至桥头破碎场。总体拆除顺序为：先拆全桥盖梁再拆全桥立柱，均采用从第一跨向第五跨逐跨进行，每跨按先拱顶后拱脚的顺序。

拆除时按横桥向沿桥轴线左右对称进行，其顺序为：①拆除第一至五跨拱顶盖梁，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚盖梁；②拆除1至5号墩两侧盖梁；③拆除第一至五跨拱顶立柱，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚立柱；④拆除1至5号墩两侧立柱；

五、横系梁拆除

横系梁拆除逐跨进行，每跨按先拱顶后拱脚的顺序进行。横系梁拆除具体分两次，第一次是在拆除外侧拱肋之前，逐跨拆除一部分横系梁，拆除步骤为先从第三跨起分别向两岸对称拆除拱顶两道横系梁，并按间隔一道的顺序向两侧拆除第一至五跨横系梁，每跨拆除8根横系梁；第二次拆除剩余的6根横系梁是在拆除每跨下游内侧拱肋之前，拆除时逐跨间隔。采用龙门吊进行装吊。

六、主拱肋拆除及水平约束索施工

主拱肋跨度90m，每片重183t(含湿浇缝和现浇拱背)。每跨有4片拱箱，上下游各有两片，采用湿接缝连成整体。主拱肋拆除顺序为：下游外侧拱肋→上游外侧拱肋→下游内侧拱肋→上游内侧拱肋。逐跨拆除，每跨分三段，均为先拱顶段后拱脚段。拱肋分段及内侧拱箱吊点布置见图4。当拆除下上游外侧拱箱时吊装孔在每片中部竖直钻孔，吊点布置同内侧拱箱。

1、拱顶段拆除

(1)施工工艺流程

在拱下支撑设置完成后开始拱顶段拆除施工。内侧拱箱拱顶段拆除施工工艺流程为：搭设脚手架平台→测量放样→设安全防护网、设拱下支顶、安放千斤顶→钢绞线锚具安装、施加水平约束索→钻吊装孔→拆除拱顶段横系梁(切缝倾斜)、吊装运输、破碎→切割拱箱(切缝倾斜、同步均匀顶升)→吊装运输、破碎。外侧拱箱拱顶段拆除施工工艺流程为：搭设脚手架平台→测量放样→设安全防护网、设拱下支顶、安放千斤顶→钻吊装孔与切割孔→切割拱顶段纵缝→切割拱箱(切缝倾斜、同步均匀顶升)→吊装运输、破碎。

(2)施工要点及注意事项

①设置拱下支顶

拱下支顶(见图5)为分别在两片拱肋下方、钢管桩顶纵梁之上设置钢管支顶座，钢管支顶座间用型钢连接；钢管支顶座上横桥向安放两台振弦测力千斤顶，千斤顶顶杆与拱箱底间设置钢楔横梁，通过千斤顶顶杆的伸缩来调整顶力的大小。同时，在拱肋两侧设置横向限位架(见图6)，以确保拱肋的横向稳定性。拱肋横向限位架由设置在拱箱两侧的三角支架和连接两侧支架的连杆及上下游限位架间的支撑杆构成，两侧支架与拱箱之间塞有塞木，三角支架固定在桩顶横梁上。在待拆段支承座上设置QJ-100螺旋千斤顶进行支撑，其它未拆段顶紧后用钢楔塞紧即可。同时为避免因温度升高可能带来拱圈上挠对支顶力的削弱，在千斤顶下安放应力盒，及时根据应力数据调整千斤顶。

②水平约束索，其高于施工水位约5.2m，标高+82m，高于历史最高洪水位0.84m(未计水平约束索施工

通过各拆除工况下结构的有限元计算分析，确定拆除内侧拱肋时施加100kN的水平约束力。水平约束索为7Ф15.2mm钢绞线，采用1#与3#墩对拉、2#与4#墩对拉，3#与4#墩均拉至台后锚碇上的方法设置。

在待拆拱脚下墩身上钻Ф70mm孔穿钢绞线(见图7)。为保证两束平行错开，除1#墩外每个拱下钻2个孔，一个墩身4个孔。锚具下用δ＝2.5cm 27×27cm钢板作为垫板，以分散局部混凝土受压应力。

两个锚碇设置在东岸桥台后，采用重力式锚碇，尺寸为4m×5m×6m。拆除内侧拱肋当锚固至3、4#墩拆第四跨时，将一个约束索锚固在锚碇上，另一个锚固在5#台上，以减小锚碇的尺寸。水平约束索孔位布置及锚碇图见图17。

在拆除内侧拱肋前设垂度)，大漂浮物无法通过。考虑到安全要求，水平约束索在洪水后设置，即内侧拱肋拆除须在洪水前完成或在洪水后施工。

钻孔前，将孔位用油漆标示在墩身上，保证同一束钢索穿过墩身的孔位高度一致，采用钻孔机进行钻孔。水平约束索用OVM15-7型锚具，锚下用25mm厚钢板设置垫板，钢绞线外设PE保护套管。穿束用设在墩身的卷扬机拖拉，驳船抬放配合。钢索上设醒目的封航标志。墩身的操作平台，采用上下墩箍与墩身连接后设置平台。墩箍采用宽150mm、厚10mm钢板制作，采用法兰螺栓调整连接。

由模型计算分析可知，旧桥墩身自重能够抵抗拱肋产生的水平推力。为确保拱肋切割时应力突然释放的危害，拟定在拆除内侧拱肋前安装钢绞线并施加90t；同时安装钢绞线应力仪，随时观察分析情况并采取处理措施。拆除拱顶后，利用超张拉将钢绞线拉力卸至45t，在拱脚段拱肋拆除后将钢绞线拆除。

钢绞线实施时，仅在即将拆除内侧拱肋时施加预应力，一次加载至90t，卸载时先卸至45t，最后降至0。水平约束施工时，对钢绞线和锚头用塑料包裹，以加强对钢绞线和锚头保护。

③拱箱切割与拆除

水平约束索安装、张拉、锚固后，开始切割内侧拱箱。

测量放样、划线标示后，先钻吊装孔。外侧拱箱的吊装孔为竖直孔，内侧拱箱为水平孔。钻孔完毕后穿好吊绳。下游内侧拱箱拱顶段拆除前，先拆除连接的剩余横系梁。为减小拱下支撑的支撑力和拱肋产生的最大拉应力，保证横梁和拱肋安全，在下上游外侧拱箱拆除前，拱肋间纵缝需整跨全部切割。这即可使该道工序在拆除拱肋前与其它工序平行作业，缩短工期；同时使拱肋受力明确，裸拱抗倾覆稳定性好。

纵逢切割时在拱肋上安装固定切割机，在两片拱中间部位每隔3m钻φ30mm孔(见图8)。下料金刚石串珠绳，将其穿过两个预开的孔以及切割机的动力头，用专用对接钳对接。全面检查后开机切割，直至两孔之间全部切开。依次进行，将两片拱段逐步切割开。

纵缝切割完成后，开始切割拱顶段两端的分段切缝。为方便取出拱顶段，该切缝与垂直方向设大于5°倾角。在切割过程中拱肋的拉压应力均发生变化，针对这一危险因素，拱肋下支顶的4台千斤顶同步均衡顶升，以切割缝宽10mm和千斤顶的顶升力进行双控。为确保施工安全，切割时两台50t龙门吊逐渐加力，借助龙门吊将部分拱顶段荷载传递给栈桥主梁，以减少拱下支撑荷载和避免拱顶段突然切断时对拱下支顶产生大的冲击。

④吊运与破碎

切割完成后及时利用2台50t龙门吊吊装运输至桥头破碎场，进行破碎。

2、拱脚段拆除

拱脚段拆除方法与拱顶段基本一致，端切割缝切割时将切割机固定在墩顶。不同之处在于拱脚段拱下支撑仅有第四根立柱下一处，在拱肋切割过程中需龙门吊进行辅助，以达到均衡顶升，见图9。

3、拱座及墩身拆除

主拱肋拆除施工完成后，最后拆除拱座及墩身。拱座及墩身拆除采用钻石钢线法切割，由于体积较大需分块切割拆除。由于需切割水平缝，因此对墩侧的操作平台要求较高。墩身拆除高度在3m左右，重量约30t，能满足龙门吊吊装要求。根据切割设备的要求既可一次切水平缝拆除，又可分块拆除。

七、保护性拆桥施工控制技术

1、施工控制要求

根据拆除施工工艺，应用MIDAS有限元计算程序对该桥进行拆除施工控制模拟计算。该拱桥拆除施工过程中，应配合施工进度对拱圈挠度和横向位移、混凝土裂缝、墩台变位等进行相应计算分析、观测。拱箱的吊装、移动、运输均应遵守安全操作的规定，小心谨慎进行，保证拆除质量和安全施工。

吊装过程中应加强观测工作，随时记录和分析观测数据，并与理论计算值进行比较。同时对吊装设施的工作状况加以检查，及时采取必要调整措施，以指导拆除施工正常进行，防止意外事故发生。

从桥面系拆除开始，直至拆除拱圈，随时对1/4、1/8跨及拱顶各点进行挠度和横向偏移的观测，并与理论计算值比较分析。拆除拱上建筑时，观测相邻孔拱圈和墩台的变形。当发现挠度和横向偏移值超过允许值时，及时调整施工程序或采取其他有效措施。经常对拱圈、桥墩混凝土进行裂缝观测，若发现裂缝超过规定或有继续发展的趋势时应及时分析研究，找出原因，采取有效措施。

施工观测和监控宜在每天气温、日照变化不大时进行，尽量减少温度变化等不利因素影响。观测设备有观测拱圈平面测量仪器、结构应力观测设备等，包括全站仪、精密水准仪、标尺等，还应具备照明设施，以便夜间观测。

2、施工控制目的和任务

施工控制的目的是根据拆桥施工图设计、实际施工方法，以及现场获取的参数和数据，对桥跨结构进行实时误差分析和结构验算；对每一拆除施工阶段，根据分析验算结果给出结构应力及变形等施工控制参数，并建立智能预警体系对施工状态进行安全评价和控制。

成立施工监控组，针对工程特点、重点和难点，将桥梁施工控制的理论与方法应用于既有静兰大桥的拆除施工过程，对拆除施工各阶段的主拱及墩顶变位、主拱及桥墩混凝土的开裂等进行实时监测，对拆除过程中使用的主要设备和新增构件的受力进行监控，即：根据拆除施工全过程中实际发生的各项影响结构各部位内力与变位的参数，结合施工过程中的实测数据，实时进行误差分析并提出修正对策，以确保安全、优质、高效地进行拆除施工，确保桥梁安全拆除，桥墩符合继续利用的要求。

施工控制的主要任务有：

(1)建立平面和空间分析模型，结合现场实际情况，对整个拆除施工工况进行模拟分析，以此作为施工控制的理论依据；

(2)对抵抗不平衡水平推力的水平约束索进行严格、实时的应力控制，确保桥墩可能承受的水平推力在设计范围之内，对锚碇变位进行观测；

(3)拱下支墩支顶是整个保护性拆桥的关键。支顶力按监控方案分部分级加力，同时每一步骤完成后及时监测实际支顶力，及时调整至监控值。

(4)对未拆除拱圈的竖向挠度和横向偏位、拱圈的混凝土开裂情况、桥墩水平变位和墩身混凝土开裂情况进行监控，检查其是否与计算值接近。

(5)对高栈桥、龙门吊进行复核计算，对栈桥、横梁等受力进行理论分析和实测，对变位进行观测。

4、拆桥施工控制方法

(1)安全预警体系建立

根据悬链线箱拱桥结构和拆除施工方法的特点，借助理论分析结果和现场实测数据，建立一套预报和警示体系，保证拆除施工安全。安全预警体系主要包含变位预警和应力(包括混凝土开裂)预警两方面的内容。

变位预警是指拱肋和桥墩的变位监测；应力预警主要是根据现场检测数据，结合实时计算结果，控制各拆除工况下主拱及桥墩关键断面的应力。

水平约束索索力控制，包含应力预警和变位预警两方面内容，是安全预警体系中的重点。拆除施工设备(栈桥和龙门吊)的变位和应力控制，也应纳入到安全预警体系之中。

对于施工中出现的结构变位或应力(包括混凝土开裂及裂缝发展)的异常变化，应及时做出预警报告，并提出对策。

(2)墩身混凝土应力监测

在整个拆除过程中需对墩身控制截面的应力进行监控，拆除施工前将应变传感器埋设就位。应力监测元件采用国产智能弦式数码应变传感器，配合使用振弦检测仪。

混凝土裂缝的主要监测设备为混凝土裂缝刻度放大镜，必要时可借助非金属超声波检测仪对严重的内部裂缝进行检查。

5、各拆除工况下施工控制内容及措施

(1)较大不平衡水平推力的控制措施

存在较大的不平衡水平推力是该桥拆除中的典型特点，也是产生结构破坏的最大风险，施工控制措施应以产生的水平推力最小则最安全为依据。

不平衡水平推力超限将造成桥墩、拱肋破坏，形成“骨排”效应坍塌；或桥墩产生超限裂缝，无法利用；拱肋产生裂缝造成拆除困难等。

控制措施有：①根据拆除工况模拟计算，选择产生不平衡水平推力最小的拆除顺序；②拱脚处设置对拉水平约束索抵消部分水平推力；③采取先拱顶后拱脚，分段、对称、均衡地拆除；④拱下设置刚性支撑，必要时施加预顶力抬高拱肋。

(2)横向失稳的控制措施

拆除过程中不可避免地会产生不平衡荷载，拆除拱上结构时容易控制，且产生不平衡力也较小，横向失稳的重点控制工序应是在拆除拱肋时。通过各拆除工况模拟分析评估可知：按照既定的拆除步骤，拆除完下游内侧拱圈后，剩余的五跨上游内侧拱圈在风荷载作用下，裸拱横向变形为1.5mm，在控制限值范围。

如该桥横向失稳后，首先拱顶会产生较大的横向变形，产生裂缝后破坏，波及桥墩继而造成整体破坏。

控制措施有：①拆除下、上游外侧拱肋时，纵缝随拆除段切割，保证未拆段按既有状况连接；②拆除下游内侧拱肋时，横系梁同样随拆除段先拆除，保证未拆段与上游拱肋有横系梁连接；③为确保施工过程安全，每跨拱下增设8根φ630、δ＝8mm螺旋钢管，同时在拱段下每6m设一道受力横梁和操作平台钢管横梁；④为确保施工过程安全，利用支撑平台在拱箱两侧设用限位架，主要用来防止横系梁拆除后失稳；同时在拆除拱圈过程中及时调整限位架，保证拱圈横向稳定性。限位架见图22。

(3)超限应力裂缝的控制措施

在拆除过程中，结构应力超限、不利的冲击荷载均会产生裂缝，产生裂缝的最不利部位为拱肋和桥墩。

超限应力裂缝的产生将导致结构应力集中，最终产生结构破坏。

控制措施有：①对产生裂缝的位置、裂缝大小进行检查、评价；②在拆桥方案设计时确保各部位混凝土不产生超容许应力；③通过对裂缝的评价，必要时采用钢板粘贴加固法或灌浆修补法对结构进行加固，以确保下道工序的顺利进行。

(4)水平约束索使用、卸除的控制措施

水平约束索是关键保护的设施，对其应加强防护。

水平约束索使用、卸索时如受外界扰动后，会使桥墩产生水平位移；破坏后将造成桥梁结构坍塌。

控制措施有：①约束索外套PE保护管，长度不易过长，确定为180m左右；②在洪水期后安装约束索，严格防护，不得受船只、漂浮物撞击；③水平约束索张拉锚固力为100kN，卸索时为950kN左右，小于1800kN；④拱脚下水平约束索锚固部位，采用钢板加强桥墩，满足桥墩局部承压和抗剪要求。

通过对该桥进行详细地风险评估，有针对性地提出了应对措施，建议了拆桥安全系数及控制限值。工程实践表明：该桥保护性拆除风险评估精准合理，提出的应对措施适用；这为最终确定保护性拆桥方案及安全拆除施工提供了技术保障与参考标准。

Claims (7)

1、一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于其按以下步骤进行：

第一步：新建栈桥、架设龙门吊，并进行桥面系的拆除：

1)在原桥墩和1/3跨附近两侧钻孔打插钢管桩作为栈桥支墩；

2)架设拱下支撑和桁架；

3)栈桥支墩上安装贝雷梁架设栈桥，栈桥上铺设轨道，轨道上架设龙门吊；

4)在进行上述栈桥与龙门吊的施工同时，以汽车吊为主，同时配置两台50t龙门吊，按以下卸载程序拆除桥面系：①拆除全桥照明灯及灯座；②拆除栏杆及基座；③拆除人行道板；④拆除桥面铺装，凿开桥面板间纵缝；⑤采取纵向分条拆除桥面板；

第二步：拆除盖梁及立柱：

采用两台龙门吊进行盖梁及立柱的拆除，拆除时按横桥向沿桥轴线左右对称进行，其顺序为：①拆除第一至五跨拱顶盖梁，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚盖梁；②拆除1至5号墩两侧盖梁；③拆除第一至五跨拱顶立柱，随后拆除第五、一跨桥台侧拱脚立柱；④拆除1至5号墩两侧立柱；

第三步：拆除部分横系梁：采用两台龙门吊从第三跨起分别向两岸对称拆除拱顶两道横系梁，并按间隔一道的顺序向两侧拆除第一至五跨横系梁；

第四步：切开上、下游两拱箱间纵缝；

第五步：拆除下游第一至五跨外侧拱肋：拆除前，采用拱下支顶法将拱肋顶紧，并采用拱箱横向限位架来保证拱肋的稳定；拆除时，将拆除跨和拆除相邻跨的外侧拱肋顶起；然后，按照每片拱箱分三段，先拱顶段后两拱脚段，依次拆除第一至五跨下游外侧拱箱；待拱段切割完成后，利用栈桥龙门吊将拱段吊运到岸上破碎场；

第六步：按上述第五步的方法和次序，拆除上游第一至五跨外侧拱箱；

第七步：在拆除外侧拱箱后，及时将横向限位架向内侧拱箱收拢，使限位架密贴在内侧拱箱上，使内侧拱箱有中足够的抗倾覆能力；

第八步：拆除各跨剩余的横系梁；

第九步：按照第五步拆除方法依次拆除上下游内侧五跨拱箱；在拆除内侧拱肋之前设置水平约束索，水平约束索设置在待拆拱和与其相邻拱的拱脚下墩身上，用以抵抗相邻跨施加在桥墩上的不平衡水平推力，在即将拆除内侧拱肋时施加预应力；

第十步：切割拱座。利用墩身设置简易操作平台，采用钻石钢线法切割拆除拱座。

2、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：桥面面板沿既有板板缝采用碟片切割法进行分块拆除；

拆除时采用两套设备同时进行，纵桥向采用全桥纵向分条的顺序，横桥向采用从桥两侧的N3’向桥轴线方向对称拆除；

具体拆除顺序为：

第一步：N3’、N3板拆除；拆除完N4板后，采用2台25t汽车吊分别从第一、五跨拱脚处开始，向桥中心方向对称纵向分条拆除。分条步骤为：拆上游N3’、N3板各1块，拆下游N3’、N3板各1块，拆除第一跨N3’、N3板共8块后，开始第二跨拆除，顺序、部位均相同，以此循环拆除。

第二步：N2、N1板拆除；采用2台汽车吊，每跨上下游纵向分条各拆3块的方式逐跨对称进行，先从拱脚段开始，最后拱顶段，依次循环纵向分条拆除，直至剩余最后横向5块桥面板。

第三步：用龙门吊按第二步的顺序拆除剩余N1板。

3、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：所述的拱下支撑为由上下游拱箱1/3、2/3跨处插打的8根支撑钢管桩与两侧栈桥支墩钢管桩之间通过横向联系的桁架连接构成。

4、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：所述的拆除操作平台为：在拱下支撑相邻的两根钢管桩的顶端布置横梁和纵梁，再用型钢搭建操作平台，其上铺设竹跳板，四周用脚手管安设防护栏构成。

5、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：所述的拱下支顶为分别在两片拱肋下方、钢管桩顶纵梁之上设置钢管支顶座，钢管支顶座间用型钢连接；钢管支顶座上横桥向安放两台振弦测力千斤顶，千斤顶顶杆与拱箱底间设置钢楔横梁，通过千斤顶顶杆的伸缩来调整顶力的大小。

6、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：所述的拱箱横向限位架由设置在拱箱两侧的三角支架和连接两侧支架的连杆及上下游限位架间的支撑杆构成，两侧支架与拱箱之间塞有塞木，三角支架固定在桩顶横梁上。

7、根据权利要求1所述的一种保护性拆除拱桥的方法，其特征在于：水平约束索为7Ф15.2mm钢绞线，采用1#与3#墩对拉、2#与4#墩对拉，3#与4#墩均拉至台后锚碇上的方法设置。

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