下承式預(yù)應(yīng)力混凝土桁架系桿拱橋拆除工藝的研究與應(yīng)用

湖州市南潯區(qū)萬壽橋改建工程

——湖州項目部交融天下建者無疆下承式預(yù)應(yīng)力混凝土桁架系桿拱橋拆除工藝的研究與應(yīng)用

Contents目錄第二部分總體方案比選第一部分工程概況第四部分總體施工工藝第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第三部分主橋拆除計算分析第五部分施工中的關(guān)鍵點第六部分施工中的創(chuàng)新點

萬壽橋主橋跨越京杭運河主航道，為單跨下承式預(yù)應(yīng)力混凝土桁架式系桿拱橋，主跨徑66.1m，橋位處河寬57.2m，主橋縱向由兩片預(yù)應(yīng)力桁架系桿拱組成，每片拱片由四節(jié)預(yù)制拼裝而成，包括兩片端節(jié)片、兩片中節(jié)片，節(jié)片預(yù)制采用一次澆筑成型，節(jié)片之間由C55鋼筋混凝土濕接。主橋為剛性系桿剛性拱結(jié)構(gòu)，受力特點是外部靜定、內(nèi)部高次超靜定。第一部分工程概況主橋橫斷面圖主橋立面圖預(yù)應(yīng)力鋼束濕接縫本橋系桿拱下弦桿預(yù)應(yīng)力鋼束是縱向連接拱肋的主要受拉構(gòu)件，由5根一束的鋼絞線組成。

5根風撐及15根橫梁為拱肋的橫向聯(lián)系構(gòu)件，起著穩(wěn)定拱肋受力的作用。主拱肋高出行車道部分設(shè)置風撐，在主拱橋面以下及邊拱肋之間設(shè)置橫梁，采用現(xiàn)澆施工。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4cm橋面現(xiàn)澆層及鋼筋網(wǎng)，構(gòu)成橋面連續(xù)體系。第一部分工程概況主橋立面圖橫梁及橋板分布主橋側(cè)面圖本橋桁架拱橋拆除工程量：混凝土246.6m3，鋼筋29.6t，型鋼及鋼板4.3t。其中拆除主拱肋2片，單片103.4t；頂撐5根，橫梁15根，橋面板84塊，拆除至抬吊時剩余部分總重260.3t。部位類型長度（m)重量（t）數(shù)量（片/根）備注拱片端節(jié)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(jié)片13.95244頂撐

5.52.25預(yù)制件、濕接頭連接，矩形，斷面0.4×0.4m橫梁端橫梁14.52.892預(yù)制、濕接頭連接，斷面0.4×0.6m中橫梁20.92.6513預(yù)應(yīng)力預(yù)制件，矩形截面帶牛腿，斷面0.4×0.6m橋面板邊板4.651.3428預(yù)制空心板，斷面0.73×0.22m中板4.651.9456預(yù)制空心板，斷面0.96×0.22m鋪裝層

95.25

C40鋪裝層老橋拆除構(gòu)件參數(shù)表第一部分工程概況Contents目錄第一部分工程概況第二部分總體方案比選第四部分總體施工工藝第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第三部分主橋拆除計算分析第五部分施工中的關(guān)鍵點第六部分施工中的創(chuàng)新點第二部分總體方案比選根據(jù)老橋建設(shè)時的逆向拆除，該系桿拱橋拆除主要有四大施工內(nèi)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。

主橋拆除總體思路：先拆除護欄、鋪裝層，再分塊切割橋面板，剩余橫梁、拱肋、頂撐、立桿等采取兩條起重船整體抬吊拆除，吊至臨時場地后用破碎錘進行拆解破碎。一、總體拆除思路由于京杭運河Ⅲ級航道運輸繁忙，連續(xù)封航時間不得超過24h，主橋拆除面臨連續(xù)作業(yè)時間短的問題。以下四種拆除工藝，在技術(shù)上均為可行，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。序號拆除方式優(yōu)點分析缺點分析1支架法按常規(guī)施工工藝逆向拆除鋼管支架使用量大，搭設(shè)費用高，拆除工期長；橋下預(yù)留的通航孔對航道通行產(chǎn)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，拆除進度快拱肋各部分構(gòu)件較多較零散，拱肋倒塌入河后殘渣不易打撈徹底，對航道造成污染；3單船整體吊裝法拱肋整體一次性吊除，占用航道時間短吊點設(shè)置在上弦桿則主橋受力狀態(tài)發(fā)生變化；吊點設(shè)置在下弦桿端部則吊索傾角與吊高、水平分力無法同時滿足，安全性難保證；4雙船抬吊法拱肋整體一次性吊除，拆除進度快，占用航道時間短；解決水平分力問題主橋跨徑66.1m，總體重量大，抬吊時兩船協(xié)同作業(yè)難度高；第二部分總體方案比選二、主拱拆除工藝比選

主拱拆除工藝對比表行車道板濕接縫人工鑿除需3天，成本280×2×3=1680元；繩鋸切割鋼筋混凝土的效率約45min/m2，切割成本360元/m2，切割全橋橋面板成本360×5.5×0.22×14=6098.4元，鑿除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。序號拆除方式優(yōu)點分析缺點分析1繩鋸切割吊裝工藝相對成熟，適應(yīng)大型不規(guī)則構(gòu)件的拆除繩鋸串珠損耗較大，切割成本相對較高；鋸繩斷裂易造成安全隱患2風鎬破碎+小型起吊式移動門架運輸工藝簡單，設(shè)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第二部分總體方案比選三、行車道板拆除工藝比選行車道板拆除工藝對比表序號分項名稱工藝方案投入主要設(shè)備1橋面附屬結(jié)構(gòu)拆除破碎錘破除60型破碎錘帶推土鏟設(shè)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、8t汽車吊2臺、氣焊切割設(shè)備1套3拱肋拆除雙船抬吊工藝500t、200t起重船各1艘經(jīng)過對施工工藝研究及該項目現(xiàn)有設(shè)備情況分析出各工序采用施工工藝：第二部分總體方案比選四、系桿拱橋各部位拆除施工工藝及設(shè)備總體施工工藝表Contents目錄第一部分工程概況第三部分主橋拆除計算分析第四部分總體施工工藝第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第二部分總體方案比選第五部分施工中的關(guān)鍵點第六部分施工中的創(chuàng)新點第三部分主橋拆除計算分析

主橋拆除采用雙船抬吊法，計算分析總原則：抬吊過程中拱肋、系桿等各構(gòu)件內(nèi)力小于原始狀態(tài)，整體結(jié)構(gòu)在抬吊前后強度足夠。

結(jié)構(gòu)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。原始狀態(tài)圖（未拆橋面板）起吊狀態(tài)圖（拆除橋面板）一、主橋內(nèi)力計算主橋原始狀態(tài)總重：（27.8+24）×4+1.91+40.23+11+146+95.25+14.2=515.8t；拆除欄桿扶手、行車道板及鋪裝層后整體抬吊拆除，橋總重（27.8+24）×4+1.91+40.23+11=260.3t。類別端節(jié)片中節(jié)片濕接橫梁頂撐橋面板橋面鋪裝欄桿重量(t)27.8241.9140.231114695.2514.2第三部分主橋拆除計算分析一、主橋內(nèi)力計算吊點布置圖通過計算分析，抬吊狀態(tài)下各部件內(nèi)力較原始狀態(tài)均有所減小，因此抬吊時橋梁整體強度足夠，起吊狀態(tài)是安全的。桿件內(nèi)力上弦桿下弦桿豎桿斜桿受力狀態(tài)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↓第二部分總體方案比選一、主橋內(nèi)力計算內(nèi)力計算對比表（1）拱肋吊裝鋼絲繩驗算：每個吊點處鋼絲繩雙股使用，鋼絲繩水平角71°，取1.1倍動載系數(shù)，取1.2倍不均衡荷載系數(shù)，上部結(jié)構(gòu)重260.3t，則計算荷載1.1×1.2×260.3×9.8=3366.3kN，則單個吊點處單股鋼絲繩所受拉力為3366.3/（12sin71°）=296.7kN，選擇6×37-φ68-1670MPa的纖維芯鋼絲繩，插編接頭；卡環(huán)選擇S-DX35-2，額定荷載35t。根據(jù)《鋼絲繩通用技術(shù)條件》GB/T20118-2017，鋼絲繩的最小破斷拉力F0（kN），按下式計算：F0=K＇×D×D×（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(shù)，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=0.33×682×（1670/1000）=2548.3kN。第二部分總體方案比選二、吊索選型計算

第二部分總體方案比選二、吊索選型計算根據(jù)規(guī)范《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術(shù)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(shù)，插編接頭取0.7；Ku—使用安全系數(shù)，用作捆綁時最小取6。鋼絲繩工作極限荷載WLL=2548.3×0.7/6=297.3kN＞296.7kN，滿足。（2）吊高驗算：兩拱肋中心寬度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(jù)蘇錫海工6號起重參數(shù)表，滿載吃水1.6m，吊高H應(yīng)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。第二部分總體方案比選三、待拆混凝土強度驗算根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23-2011，由現(xiàn)場拱肋混凝土回彈數(shù)據(jù)，換算得待拆拱肋C50混凝土強度推定值為48.6MPa（

fcu，k），根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010，軸心抗壓強度標準值：fck

=0.88

αc1αc2

fcu，k

式中：αc1—棱柱體強度與立方體強度比值，C50混凝土取0.76；

αc2—混凝土脆性系數(shù)，C50混凝土內(nèi)插得0.9675；0.88—考慮結(jié)構(gòu)混凝土強度與試件強度的差異修正系數(shù)；軸心抗壓強度標準值fck

=0.88×0.76×0.9675×48.6=31.4MPa，軸心抗壓強度設(shè)計值

fc

=fck/1.4=32.03/1.4=22.5MPa；根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010，經(jīng)驗算配筋滿足抬吊施工時的承載力要求。Contents目錄第一部分工程概況第四部分總體施工工藝第三部分主橋拆除計算分析第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第二部分總體方案比選第五部分施工中的關(guān)鍵點第六部分施工中的創(chuàng)新點第四部分總體施工工藝一、施工流程施工準備（觀測點設(shè)置、水域水深、流速測量等）破碎錘帶推土鏟設(shè)備拆除鋪裝層及附屬小型起吊式移動門架拆除行車道板中板拱肋位移觀測拱肋整體抬吊至預(yù)定場地（1條200t+1條500t起重船）岸上拆解破碎，殘渣外運舊橋堆放場地清理整平，預(yù)存位置防線二、施工準備第四部分總體施工工藝觀測點設(shè)置水位、流速、風速等指標觀測臨時地錨設(shè)置為保證老橋拆除至抬吊前階段的安全性，在拱肋上設(shè)置3個觀測點（跨中、東側(cè)、西側(cè)），觀測點采用測量專用反光貼，對橋梁的位移和變形情況進行輔助觀測。觀測點布置圖二、施工準備第四部分總體施工工藝觀測點設(shè)置水位、流速、風速等指標觀測臨時地錨設(shè)置根據(jù)水文資料調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工范圍內(nèi)地勢平坦，流速分布常年比較均勻，流速相對較小，經(jīng)實際觀測：橋位處水位深度約1.2m~3.3m，平均流速0.1m/s，平均風速2.8m/s。拱橋拆除期間，安排專人在岸邊用水位標尺、流速儀對水位高度變化及相應(yīng)的流速進行實時監(jiān)測。二、施工準備第四部分總體施工工藝觀測點設(shè)置水位、流速、風速等指標觀測臨時地錨設(shè)置起吊時1#、2#起重船船艏錨纜地錨分別利用舊橋兩側(cè)橋臺立柱，2#起重船船艉右纜，利用碼頭系船柱，其他采用設(shè)置混凝土塊臨時地錨（圖中黃點）。1#起重船地錨位置2#起重船地錨位置橋面附屬設(shè)施破除完畢并沖凈原橋面結(jié)構(gòu)欄桿及鋪裝層破除第四部分總體施工工藝三、橋面鋪裝及附屬拆除

根據(jù)拆除順序首先拆除欄桿及扶手，本橋欄桿為混凝土護欄+鋼管格柵形式，橋面鋪裝為4cm厚現(xiàn)澆混凝土，拆除時采用60型破碎錘帶推土鏟設(shè)備進行破除，在下弦桿兩側(cè)懸掛安全網(wǎng)，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。行車道板鉸縫切割小型門架拆除行車道板行車道中板拆除完畢第四部分總體施工工藝四、行車道板中板拆除

行車道板為空心板，中板尺寸99cm×425cm×22cm，重2.5t，共56塊。依據(jù)對稱拆除的原則，只對中板由跨中向兩側(cè)對稱拆除，剩余邊板與拱肋一起整體抬吊拆除。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。中板采用小型起吊式移動門架運至兩側(cè)橋頭，由8t汽車吊吊至橋下。主橋拆除嚴格按照抬吊法的拆除步驟進行，在拆除護欄、鋪裝層、橋面板階段，針對拱肋位移進行觀測，保證拆除過程中拱肋穩(wěn)定的控制。經(jīng)觀測，拱肋拆除過程中位移均小于建橋過程中最大值5cm（舊橋設(shè)計圖紙）。五、拱肋位移觀測第四部分總體施工工藝位移觀測曲線圖第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除

①拱橋吊移以西側(cè)為中心，順時針旋轉(zhuǎn)90°到達預(yù)定場地（圖中黃色為待拆主橋）。抬吊吊點設(shè)置在豎桿與下弦桿連接處，鋼絲繩雙股串扣使用，單船設(shè)4個吊點，共8個吊點。施工前對兩起重船大鉤頭進行潤滑，保證抬吊過程中鉤頭可自由轉(zhuǎn)動。拱肋抬吊路線圖1、抬吊過程各階段船舶站位及協(xié)調(diào)吊移路徑預(yù)定場地位置第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除

②1#、2#起重船就位，錨纜均交叉布設(shè)，2條拖輪待命。掛吊索，支座約束解除后，兩條起重船同步起吊，起吊高度離地20cm，觀測拱肋水平度，待拱肋穩(wěn)定后，繼續(xù)起吊至40cm后停止起吊。舊橋抬吊初始狀態(tài)圖1、抬吊過程各階段船舶站位及協(xié)調(diào)1＃船2＃船第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除1、抬吊過程各階段船舶站位及協(xié)調(diào)

③1#起重船保持不動，2#起重船緩緩向河流上游倒退移動，船艉錨機絞纜，調(diào)整船舶姿態(tài)，姿態(tài)調(diào)整過程中，用錨艇輔助，舊橋東側(cè)向西平面轉(zhuǎn)動45度。2#起重船船艏左纜改纜至河對岸。1＃船吊移旋轉(zhuǎn)45°2＃船第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除

④1#起重船繼續(xù)保持不動，2#起重船繼續(xù)調(diào)整姿態(tài)，直至舊橋順橋向與河道基本一致，2#起重船船艏纜改八字纜。1、抬吊過程各階段船舶站位及協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)至與河道平行1＃船2＃船第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除⑤兩船微調(diào)位置，直至舊橋到達預(yù)定堆放位置上方。2條起重船同時緩慢落鉤，保持舊橋水平，直至舊橋落至預(yù)定位置。完全穩(wěn)定后，起重人員摘鉤，起重船解纜，離開現(xiàn)場。1、抬吊過程各階段船舶站位及協(xié)調(diào)到達預(yù)定場地上方1＃船2＃船起重船就位，掛吊索舊橋繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至與河道方向基本一致支座約束解除后起重船同步起吊，起吊高度20cm舊橋到達預(yù)定堆放位置上方兩船緩慢落鉤，保持舊橋水平，落至預(yù)定位置1#船不動，2＃船上游移動，舊橋旋轉(zhuǎn)45°第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除2、抬吊流程拱肋抬吊拆除視頻第四部分總體施工工藝六、拱肋整體抬吊拆除為保證舊橋上部結(jié)構(gòu)破除時的穩(wěn)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。（1）用破碎錘結(jié)合氣割沿濕接縫位置解除系桿預(yù)應(yīng)力，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(cè)接縫。（2）自上而下分別破碎拱肋、豎桿、斜桿、下弦桿、橫梁混凝土，破碎完成后，采用人工結(jié)合氣割處理廢舊鋼筋、鋼絞線，混凝土廢渣采用環(huán)保自卸車集中外運。第四部分總體施工工藝七、岸上拆解破碎濕接縫破除順序圖拱肋破碎效果圖Contents目錄第一部分工程概況第五部分施工中的關(guān)鍵點第三部分主橋拆除計算分析第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第二部分總體方案比選第四部分總體施工工藝第六部分施工中的創(chuàng)新點第五部分施工中的關(guān)鍵點01抬吊前在橋梁支座位置采用千斤頂預(yù)頂，消除兩端支座與下弦桿之間的粘結(jié)，實際操作過程中發(fā)現(xiàn)此部分粘結(jié)并不明顯。提前采用鋰基脂對兩起重船大鉤頭進行潤滑，并進行鉤頭預(yù)旋轉(zhuǎn)，保證其旋轉(zhuǎn)流暢。02抬吊時，一端先起吊，松動后，起重船穩(wěn)定后，再起吊另外一端，以保證同時起吊時的豎向吊力均衡。03陸上就位后，進行破碎分解，首先根據(jù)濕接縫位置進行分解，消除系桿的張拉應(yīng)力。04Contents目錄第一部分工程概況第六部分施工中的創(chuàng)新點第三部分主橋拆除計算分析第七部分結(jié)語固基修道履方致遠第二部分總體方案比選第五部分施工中的關(guān)鍵點第四部分總體施工工藝第六部分施工中的創(chuàng)新點

拆除行車道板過程中使用的自行設(shè)計并加工的小型起吊移動式門架，加工及使用方便快捷，通過人工推動小型門架即可完成中板的拆除作業(yè)，節(jié)約了大型起重設(shè)備的進出場及租賃費用8.4萬元。小型門架設(shè)計圖創(chuàng)新點一：小型起吊移動式門架拆除行車道板小型門架應(yīng)用圖創(chuàng)新點二：雙船抬吊法拆除拱肋第六部分施工中的創(chuàng)新點成本節(jié)約80萬元由于前期籌備充分，從主橋掛吊索、起吊移位至吊裝完畢，僅需封航一次、用時1h，極大提高了拱肋的拆除效率，安全控制到位，得到了業(yè)主和航道部門的高度評價。與支架法相比，支架法拆除工期需要約37天，耗費材料及機械租賃等費用約130萬元；抬吊法拆除僅用50萬元，節(jié)約80萬元，在航道通航安全性、拆除工期、施工成本上效果顯著。僅封航一次、用時1h安全、高效、環(huán)保作為一航局應(yīng)用于系桿拱橋拆除的首次實踐，該工藝盡可能保證了舊橋的受力模式不變，而且受航道通航約束最小，對于跨航道橋梁的拆除，是一種安全性較高、較環(huán)保的施工工藝。創(chuàng)新點三：修正規(guī)范中待拆混凝土強度公式錯誤第六部分施工中的創(chuàng)新點

根據(jù)《混凝土橋梁拆除技術(shù)規(guī)程》Q/CCCCGL206-2017附錄公式計算，該橋建成14年后待拆拱肋混凝土抗壓強度設(shè)計值為24.5MPa，大于混凝土初始設(shè)計值23.1MPa；規(guī)范引用的牛荻濤《一般大氣環(huán)境下混凝土強度經(jīng)時變化模型》給出的混凝土強度折減公式，經(jīng)過驗證，該公式顯示在相當長的一段時間內(nèi)混凝土抗壓強度設(shè)計值隨時間延長仍然增長，不符合常理；經(jīng)與西安中交第一公路勘察設(shè)計研究院（規(guī)范編制單位）溝通，其引用的文獻公式是根據(jù)統(tǒng)計的實測數(shù)據(jù)擬合得出，規(guī)范編制單位建議以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為準。Contents目錄第一部分工程概況第七部分結(jié)語第三部