工程科学 大跨度钢管混凝土拱桥的无支架拆除施工研究 李堂能 （贵州省公路局二级公路建设管理中心５５０００１） 【摘要】大跨度钢管混凝土拱桥的主要受力特征是推力结构，拱脚处的地基水平位移直接影响拱肋的截面内力。拱桥设计时，虽然使用阶段的拱脚 水平变形可以通过适当的结构措施防止，但施工期间受到施工条件和施工成本的限制，有时无法保证水平推力相互平衡。本文基于拱桥的特性，对贵州境 内某大跨度钢管混凝土拱桥的无支架拆除施工进行了相关研究。 【关键词】拱桥一无支架大跨度施工 专家介绍，其水平推力相当于上部恒载的２倍。 ２、分条块对称拆除腹拱板、微弯板及填充砼 桥面基层砼是现浇在微弯板上，将微弯板与腹拱板粘接在一起的：腹 工程概述 贵州境内某大跨度钢管混凝土拱桥的混凝土强度等级为Ｃ５０，防撞 墙、遮板、电缆槽等混凝土强度等级为Ｃ４０。预应力钢筋采用１× ７—１５．２－１８６０一ＧＢ／Ｔ５２２４—２ｏｏ３预应力钢绞线，采用自锚式拉丝体系锚具， 管道形成才金属波纹管成孔。 、拱板彼此之间在支座、跨中有三道横向连系粱，构成稳定支撑体系。故采用 小型凿岩机退步沿微拱板中央（项部）将桥面整体结构，沿顺桥向解体分成 针对该大跨度钢管混凝土拱桥的支架拆除问题，我们分析了不同落架 顺序对混凝土拱肋变形和应力的影响，提出合理的施工方案指导施工。例 如拱桥在落架过程中的结构内力与落架顺序有关，采用同时落架的拆架方 法对结构安全比较有利，如采用中间向两侧对称落架或者一侧向另一侧依 次落架，拱肋截面将会产生较大的拉应力，影响结构的施工安全性。但后来 经过计算，若采用有支架施工方案进行拆除，河床硬质岩层支架桩基施工 极为困难；同时支架搭设工作量大、工期长、成本投入高等不利因素。据此 专家会议推荐采取有风险、但采取措施可以克服的无支架人工拆除与爆破 ‘相结合的主跨桥拱无支架爆破拆除施工技术方案。 二、施工方案 该拆除主体方案分二个阶段： 第一阶段利用主拱的支撑作用，分部位完成拱上建筑拆除作业； 第二阶段对工字形砼主肋结构，采用爆破作业一次性拆除，再用浮船 打捞，无须支架搭设作业； 该方案优点： １、大大压缩支架施工对航运影响时间，加快了施工速度； ２、解决了采用支架法基础施工和支架稳定的难题； ３、节省大量支架材料减少了成本，缩短了工期。 缺点： １、拆除过程中需严格控制拱轴线变形偏差，有一定的风险； ２、拆除过程中，必须随时测量主拱变形及各关键部位的裂缝观察，以 调整上部结构纵、横向的施工顺序与进度。 三、旌工程序与技术 施工程序分为三个阶段五个步骤： 第一阶段拱上建筑结构拆除 １、人工配合小型凿岩机等对称拆除桥面系结构； ２、用浮吊配合对称拆除拱肋上立柱横梁等拱上建筑结构部分； 第二阶段主肋拆除 ３、采用爆破法一次拆除裸露五道主拱肋； ４、用吊船和打捞船打捞落入河中的砼渣块及外运； 第三阶段组合式桥台的拆除 ５、拆除岸上组合式桥台及附属结构。 重点要求在第一阶段拆桥全过程中，保证其主拱结构完整可靠，为此 必须采取措施严格的拆桥工艺措施和主拱变形测控措施。 （一）桥面系拆除顺序 １、拱上建筑桥面系拆除顺序： 拆除旧桥两侧栏杆一拆除人行道板一拆除沥青砼面层一桥面结构 分割成条块 ２、桥面附属结构物拆除 桥面附属结构物主要有两侧栏杆、人行道板等。由于附属设施重量较 轻，且拆除附属设施时桥梁整体刚度未减小，此时桥梁结构是安全的。为加 快施工进度，考虑全桥范围内纵横对称拆除。拆除卸载顺序按左右对称、桥 跨两侧对称进行，技术人员按构件顺序编号控制。沥青砼面层用小型凿岩 机配合挖机进行拆除，由桥梁中心部位向两岸进行。 （二）拱上建筑结构拆除顺序及工艺 １、桥主肋拱立柱腹拱板连拱水平约束设置 该桥腹拱板接头处设有嵌固砼过渡梁连接，腹拱板是支撑在立柱元宝 型盖梁上，各孔间腹拱板相当于连拱结构。在拆除桥面砼时，约９ｍ高架立 柱将受腹拱板及微弯板基层砼和桥面荷载作用产生水平推力，据原桥设计 ——４６—— 五条：对腹拱板沿盖粱支座处的联系，用人工沿顺桥向凿除分割成１５块。 然后将现浇砼基层、部分微板与腹拱板捆绑用浮吊对称卸载。由于其重量 大，拆除后使得桥梁整体刚度减小，故拆除与卸载顺序非常重要。 ３、腹拱板板下元宝型盖梁与立柱拆除拆除 在立柱之间用利用钢管脚手作业平台，将元宝型盖梁解体，横粱与立 柱成Ｔ字单元，用浮吊将其吊起：风镐凿除立柱底部混凝土，气割割开连接 钢板后，移运到岸边。拆除顺序同上，要求对主肋变形及时进行测控。 ４、拆桥过程每天三次对中拱肋卸载变形进行测控，拆除上部结构过程 中，使主拱轴线与设计轴线尽可能少地偏离。如出现变形异常，立即停工研 究调整方案等措施，必要时进行局部加固。 １）标高观测点布置：同一拱肋在两侧Ｌ／４处设两个观测点、１／２处一 个观测点；拱桥两边拱肋均要求进行观测拱圈标高变化。 ２）裂缝观测点：拱顶及１／４处拱肋布置两个观测点，主要观测立柱上 下端主拱肋变形情况，不出现明显结构裂缝。 ３）横向位移观测点：在两片边肋位置布设２个观测点，用经纬仪观测 测量拱肋的横向位移。 ４）观测标准与控制 （１）标高变形观测： Ａ）在１／２处、１／４跨径处，主拱不超过３ｃｍ； Ｂ）桥跨两侧不对称沉降差≤１．５ｃｍ，以控制两侧施工进度。 Ｃ）在１／２处、１／４跨径处，主拱上拱不超过２ｃｍ。 （２）温度对拱圈影响观测： 由于该桥跨度较大，昼夜温差对主拱肋的标高影响可能较大，拱顶变 形在１０ １５ｍｍ。而拱圈标高变形观测标准要求又较高，为消除其对观测指 标的影响，在该桥拆除前一天早７时，中午１２时、晚ｌ８时对每～条肋 Ｌ／４、Ｌ／２三处观测点进行标高观测及拱肋裂缝观测并记录在案以供分析。 在栏杆、人行道和桥面沥青砼拆除中，每天也按同时段进行观测并记 录。在实际拆桥过程中，主拱变形观测均未超过上述标准也未出现明显裂 缝。 ５）主拱肋拆除施工时拱肋变观测 桥面拆除主拱肋竖向观测变形汇总表：＋为上拱、一为下挠；单位：ｍｆｆｌ 观测时Ｉ’司 观测时间 观测时间 观测部位 上午 中午 晚上 １／２跨 △ｈ－－Ｏ △ｈ＝Ｏ △ｈ＝Ｏ 南侧１１４跨 △ｈ＝Ｏ △ｈ－－Ｏ △ｈ－－０ 北侧１１４跨 △ｈ＝０ △ｈ：Ｏ △ｈ：０ 主肋拆除前后 观测时间 观测时间 观测时间 观测部位 上午 中午 晚上 １／２跨 △ｈ＝一ｌ１ △ｈ＝＋３０ △ｈ－－一９ 南侧１／４跨 △ｈ－－２ △ｈ＝２ｌ △ｈ＝ｉ５ 北侧１／４跨 △ｈ＝１５ △ｈ＝１９ △ｈ－－９ 拱轴顺桥向无位移。 工程科学 赵【摘剑张大磊’ ２７１０１８） （山东农业大学勘察设计研究院可供参考的经验数值。 要】根据规范要求对垃圾填埋场的勘察提出了应引起重视的几个方面；阐述了垃圾土的性质及岩土工程设计参数获取的方法，并提供了一些 垃圾土岩土工程勘察 厚度、产状、成因类型、岩性岩相特征和接触关系，查明上部覆盖土的成因 类型、颗粒组成、厚度及分布范围。应特别注意垃圾坝范围内的软弱夹层和 粗粒砾石层的勘查。 １＿３．２地质构造勘察应了解工作区构造轮廓，经历过的构造运动性 质和时代，各种构造形迹的特征、主要构造线的展布方向等，查明代表性岩 体中原生结构面及构造结构面的产状、规模、形态、性质、密度及其切割组 合关系。对于贯穿库区及坝基的断层，应查明其产状，延伸的长度及深度， 特别是断层带的宽度和断层破碎带的密实性，破碎带的填充物性质。早期 的断层破碎带往往填充有岩脉，破碎带极为密实，晚期的断层破碎带除断 层角砾和断层泥外尚存在很多空洞，成为地下水运移的通道。与断层相似， 贯穿库区及坝基的紧密摺皱，接近核部的区域，由于岩层变形大，层间滑 脱、纵向断层等较为发育，是透水性极强的通道。地质构造带的透水性可通 过抽水试验或注水试验确定。 １．３．３边坡稳定勘察应调查边坡所处的地貌部位、变形形态、地面 【关键词】垃圾填埋近年来，城市生活垃圾的产生量急剧增加，并以每年８％～１０％的 速度递增［１］。因此，填埋处理生活垃圾的技术被广泛应用，很多城市正在 建设现代化的卫生填埋场。本文结合岩土工程勘察规范的要求，对垃圾填 埋场的勘察及垃圾土岩土工程设计参数的获得进行了探讨。 １、垃圾填埋场的勘察 垃圾填埋场的勘察阶段一般分为可行性研究勘察、初步勘察和详细勘 察，分别对应于选址阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。可行性研究勘 察主要采用踏勘、地质测绘、调查，必要时辅以少量勘探工作，对拟选场地 的稳定性和适宜性做出评价；初步勘察以工程地质测绘为主，辅以勘探、原 位测试、室内试验，对拟选建工程的总平面布置、场地的稳定性、废弃物对 环境的影响进行初步评价，并提出建议；详细勘察采用勘探、原位测试和室 内试验等手段进行，地质条件复杂的地段应进行工程地质和水文地质专题 勘查与测试，获取工程设计所需的参数，提出设计施工和监测的建议，并对 不稳定地段和环境影响进行评价，提出治理建议。 １．１详细勘察阶段应查明的内容 垃圾填埋场详细勘察阶段应重点查明下列内容：①地貌形态、地形条 件，区内及周边厂矿企业、居民区的分布，自然景观、有价值的遗址、文物， 矿产开采及采空区分布；②地层的年代、岩性特征、风化程度，地质构造发 育情况，产状及分布特点；③洪水、滑坡、泥石流、岩溶、断裂等与场地有关 的不良地质作用；④气候与气象条件、地表水环境、生态环境；⑤岩土的物 理力学性质，场地、地基和边坡的稳定性；⑥地下水的赋存及开采利用，地 下水的分布、埋藏、迳流及与地表水的关系；⑦污染物的运移，对水源和岩 土的污染，对环境的影响：⑧垃圾土的物理力学指标，其堆积体的变形和稳 定性及地震效应；⑨防渗层、封盖层、挡土坝、污水处理系统、临时道路路基 等构筑物设计的相关岩土参数的提供。 １．２填埋场相关参数的确定 岩土工程勘察规范要求废弃物处理工程勘察前应收集相关资料。垃圾 填埋场的有效容量和使用年限应大于８年，山谷型填埋场的降水量、洪峰 流量以５Ｏ年一遇的指标确定。 坡度、相对高度、沟谷发育情况、河岸冲刷、堆积物及地表水汇聚情况及植 被发育状况，滑坡发生与地层结构、岩性、断裂构造、地貌及其演变、水文地 质条件；基本查明边坡的成因类型、形态、规模和边界条件、坡体的结构类 型与岩性组合特征，确定控制边坡稳定性的主要结构面；查明滑坡体特征， 包括：滑坡体形态和规模、边界特征、表部特征、滑面特征、内部特征；地下 水情况，泉水出露地点及流量，地表水自然排泄沟渠的分布和断面；确定目 前活动状态及其变形阶段，滑动的方向，分析滑坡的滑动方式和力学机制； 查明边坡已有变形破坏状况和造成的危害，分析其发展趋势，提出防治建 议。 １．３．４填埋场地基土的承载力和变形垃圾填埋场的勘察除提供垃圾 １．３勘察中应引起重视的几个方面 坝、运输用道路、污水处理设施、运营管理用房等构筑物地基作出评价外， 尚需对填埋场地基土的承载力和在垃圾堆填的荷载作用下的变形特性作 出评价。由于变形量的差异，会引起堆体的局部水平向蠕动，当上部堆填的 荷载差异大，排水系统工作不畅时，这种水平向滑移会进一步加大 地基土 和垃圾土的变形，会极大地影响防渗系统的可靠性，严重时能导致防渗系 统及排水系统失效。 由于垃圾填埋场的特殊性，勘察除按一般规定的要求进行外，需对地 层、地质构造、边坡稳定、填埋场地基土的承载力及大面积超载固结沉降和 变形进行专门的研究。 １．３．１地层勘察应查明工作区内地层的层序、岩土名称、地质时代、 ２、垃圾土岩土工程设计参数 岩土工程勘察规范规定，垃圾填埋场勘察的岩土工程评价除工程场地 本身外尚需对废弃物堆积体的变形和稳定性作出评价；对于一些改建、扩 建的垃圾填埋场勘察需要对垃圾土进行全面的评价。 第二阶段主拱肋拆除时，采用一次爆破法，用７天进行爆破物的水下 打捞工作，并完成航道清理工作。 １、拱肋爆破拆除施工 五道主拱肋采用一次性整体爆破拆除法。 爆破方法采用加强松动爆破的方式将拱桥主拱圈松动，使桥梁整体失 稳并解体塌落于河中。顺桥向按每根主肋按立柱间距约６．５ｍ进行分段，每 处爆破点顺桥向打４个爆破孔，孔深１．３ｍ，间距０．３ｍ；联系梁两端各打１ 个孔；实现主肋砼与钢筋分离和切断联系梁钢筋，便于逐节打捞。 单孔装药量：Ｑ＝ｋ＊ａ＊ｂ＊ｌ；爆破单耗取ｌｋｇ／ｍ３；即单孔装药量为０．２ｋｇ。 要求爆破的切口大于梁高，确保主肋砼与钢筋的分离和钢筋的有效联系； 主肋上的横向联系梁的砼与钢筋完全切断，以便于爆破物的逐节打捞工作 顺利。 ３、爆破施工安全措施 由于爆破施工专业性强，安全影响大，在实际施工中，聘请了有专业的 爆破经验与资质的施工队伍进行施工。对邻近正在通行的桥梁结构采取了 双层草袋履盖防护措施，并严格控制装药量防止爆炸半径的扩张；为杜绝 对交通的安全影响，我们安排在凌晨３点实施旆工现场影响范围内的全封 闭清场爆破作业。 四、结束语 在实际施工中，经过精心组织、密切协调、统一指挥、严格测控，安全、 有序、迅捷地完成了大跨度钢管混凝土拱桥拆除施工任务，为建设新桥创 造了条件，施工中未出现任何异常情况，实现安全无事故按期安成的生产 目标，并为今后大跨径拱桥的拆除旅工提供了有益经验。 ２、拱肋爆破与砼块打捞 参考文献 ［１］ 许福友，张建仁，郝海霞：钢管混凝土拱桥的拱肋稳定性可靠度分析 人工切断拱脚处拱肋与基础间的钢筋联系，主肋每段自重约１０ｔ；用 浮吊船（３００吊起第一段主肋出水，第二段尚在水中河床上，扣除水中浮力 影响，此时吊载约计１５ｔ，可以进行水上切割分块作业。然后再用浮吊船打 捞第二段……；由于爆破效果较好，未进行水下切割作业，主肋砼块段逐节 打捞切割顺利，清除至全部落入水中拱肋爆破障碍物。 ［Ｊ］：长沙交通学院学报：２００４年０１期 ［２］ 周水兴：钢管初应力对钢管混凝土拱桥承载力的影响研究［Ｄ］；重庆 大学：２００７年 ［３］ 黄文金，彭桂瀚，陈宝春，陈宣言，何晓辉，孙潮：下承式钢管混凝土刚 架系杆拱桥受力分析［Ｊ］：福州大学学报（自然科学版）：２００４年０２期■ ——４７——