肋拱橋

隨著社會的不斷向前發展，人們對橋樑的設計及建設提出越來越高的要求，橋樑的作用已不僅僅是為了跨越河流、山谷等滿足道路暢通的構造物，它與經濟、環保、美觀、堅固耐用等綜合因素有著緊密的聯繫，甚至世界各地有許多橋樑已成為某些地方象徵性的建築物。在公路的設計中，橋樑的橋型有許多種，選用哪種橋型要根據實際情況綜合考慮。拱橋的主要承重結構是拱圈或拱肋，這種結構在豎向荷載作用下，橋墩或橋台承受水平推力。同時，這種水平推力顯著抵消荷載所引起在拱圈或拱肋內的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。由於拱橋的承重結構以受壓為主，通常可用抗壓能力強圬工材料(如磚、石、混凝土)鋼筋混凝土來建造。同時，拱橋的跨越能力很大，外型較為美觀，在條件許可的情況下，修建拱橋往往是經濟合理的。但是為了確保拱橋能安全使用，下部結構和地基能經受很大的水平推力。因此，修建拱橋對其下部結構和地基的要求較高。箱肋拱橋的特點：箱肋拱橋的主要承重結構為拱肋，其特點除了具備拱橋的通用特點外，還具備有結構簡單、施工場地小、施工方便(分小塊預製構件拼裝而成)施工工期短、節約支架和模板、工程質量容易保證等特點。

1五斗大橋簡介

五斗大橋為廣東省第一座箱肋拱橋。五斗大橋跨越西江河，航道通航要求為三級，橋面凈寬為9m，單向行車，主孔跨徑為56m+80m+5m，橋墩(台)基礎為2.0m嵌岩樁基礎(嵌岩深3.0m),橋墩(台)為鋼筋混凝土薄壁墩(台),拱肋為箱肋拱，由四條箱肋拱拼裝組成整體，在拱肋頂面澆築立柱、蓋梁，然後鋪設行車板，最後澆築橋面系。

2拱肋的施工

2.1建立預製場地及建造拱肋底模

五斗大橋一孔拱肋分三段拱肋預製，然後通過吊裝拼裝成為一條拱肋。拱肋底模分為邊肋底模和中肋底模兩種。底模在預製場上用漿砌片石按拱肋的曲線要素詳細測量放樣砌築而成，底模頂面用10號砂漿抹平。全橋邊肋共24條(其中80m跨的8條，56m跨的16條)，中肋共12條(其中80m跨的4條，56m跨的8條)。拱肋底模只需4條(80m跨和56m跨的邊肋、中肋各一條)。整個預製過程無需鋼模板，僅需少量木模板，投入少量資金即可使整個預製過程運行生產。

2.2腹板、橫隔板的預製

腹板、橫隔板均為小型預製構件。其中腹板分為厚腹板(厚度為10 cm)和薄腹板(厚度為4 cm)兩種，腹板的平面尺寸為(長×寬)125 cm×99 cm。薄腹板的鋼筋間距為10 cm×10 cm( 8鋼筋);厚腹板的鋼筋間距為10 cm×10 cm( 12鋼筋)。腹板、橫隔板預製時均有鋼筋露出, 安裝時分別與拱肋的底板、頂板、腹板、橫隔板之間連接, 介面處用混凝土回填。

2 .3 現澆拱肋底板

在拱肋的底模上(底模應塗脫模劑或鋪塑料薄膜等處理)按設計要求布置拱肋底板鋼筋, 然後澆築混凝土。因拱肋底板厚度只有12 cm 厚，澆築混凝土時只用插入式振搗器即可保證混凝土的密實度, 施工簡便, 質量容易保證。

2 .4 安裝腹板及橫隔板

拱肋底板混凝土澆築完成24 h 后，即可拆除其側模及進行腹板和橫隔板的安裝工作。在進行腹板和橫隔板安裝時, 要對腹板、橫隔板及底板之間露出鋼筋進行焊接, 並確保鋼筋焊接質量。

2 .5 現澆拱肋頂板及拱肋兩端混凝土

拱肋的腹板及橫隔板安裝完成後, 即可以進行拱肋頂板的模板安裝、鋼筋布置及混凝土澆築等工作。同拱肋底板一樣, 拱肋頂板厚度也只有12 cm 厚，其混凝土澆築質量很容易保證。在澆築拱肋頂板的同時, 也應及時地把腹板與腹板、橫隔板、底板之間等介面處及拱肋兩端封錨混凝土一併澆築完畢。

2 .6 拱肋混凝土的養護

拱肋混凝土澆築完成後, 應及時地進行養護, 以確保其混凝土的質量。在養護過程中, 應保留1組～2組試件隨拱肋在同等條件下一起養護。

2 .7 拱肋的橫移及存放

拱肋的混凝土強度(以最後澆築部分的混凝土強度為準)達到設計要求后(一般情況是以隨拱肋一起養護的試件強度值為主要參考依據), 即可把拱肋橫移到堆放場地去存放, 以便能空出底模進行下一條拱肋施工。

2 .8 拱肋的吊裝安裝

拱肋全部預製完成並符合吊裝要求或預製數量及其他技術要求達到吊裝要求后即可進行拱肋的吊裝安裝工作。五斗大橋的拱肋吊裝採用無支架吊裝技術。五斗大橋拱肋的吊裝程序是:

中孔兩條邊肋分別吊裝就位並用風纜固定好 中孔中肋吊裝中拱肋安裝並與邊拱肋合攏 中拱肋介面處及拱腳處預埋鋼板焊接並密封用風纜固定好已合攏的中拱肋(因單拱合攏, 其穩定性還不能滿足要求, 必須加固)重複上面程序進行第二條中孔拱肋吊裝中孔兩條拱肋連接 按中孔的吊裝程序分別進行兩邊孔的拱肋吊裝按上面吊裝程序進行另一半拱肋吊裝吊裝安裝拱肋間橫隔板並焊接連接鋼筋及澆築介面處混凝土。

箱肋拱屬於新工藝結構。施工時, 必須注意以下事項:

1)原材料質量保證。拱肋是由底板、頂板、腹板及橫隔板拼裝而成, 整體性相對較差, 建造拱肋所需的原材料(如砂、石、水泥、鋼筋)必須保證質量。若原材料質量控制不嚴, 它所產生的後果不堪設想。原材料質量保證是保證工程質量的第一關。

2)施工工藝的控制。拱肋是由許多小型預製構件拼裝而成的。在拼裝時, 必須嚴格控制拼裝誤差。同時, 拼裝時對外露連接鋼筋的焊接質量必須嚴格控制, 防止在連接處的薄弱環節產生質量事故。

3)在進行拱肋吊裝安裝時，當拱肋未合攏之前，邊肋必須用風纜或其他方法固定妥當, 防止其失穩而產生事故。同時, 由於通航不能中斷, 必須與航道管理部門或有關部門緊密合作, 做好導航及指揮來往船隻通過, 防止船隻碰撞產生事故。另外, 單條拱肋合攏后, 必須及時進行第二條拱肋的吊裝安裝工作。因為單條拱肋合攏后, 其穩定性還不能滿足要求, 單條拱肋在風力或其他外力的作用下, 極容易產生傾覆。第二條拱肋安裝完成後, 應及時與第一條拱肋連接穩固, 以保證拱肋的穩定性。

箱肋拱橋的主要承重結構是拱肋。該拱肋屬於新工藝結構, 它具有結構簡單、自重輕、跨度大、造價低、施工方便、施工工期短、質量容易保證、外型美觀等特點。拱肋的腹板、橫隔板等小型預製構件可集中生產, 質量容易保證, 運輸方便。拱肋所用材料相當節省, 用鋼量及混凝土用量相當小, 因此它的自重較輕。

五斗大橋自通車以來, 其使用情況相當良好。在橋樑的建設中, 箱肋拱橋具有結構簡單、自重輕、跨度大、造價低、施工方便、施工工期短、質量容易保證、外型美觀等特點。從五斗大橋的施工工程以及通車后的使用情況來看, 箱肋拱橋的施工技術是成熟的, 值得推廣使用。在條件許可的情況下, 建造箱肋拱橋應值得優先考慮。

1 工程概況

南京六合大橋位於六合區雄州鎮, 跨越滁河修建於1982 年 , 設計荷載為汽車- 20 級 , 掛車- 100 級 ; 全長320.81m, 橋型為 ( 7×44) m 連拱肋拱橋; 橋面車行道寬15m, 兩側人行道各寬 1.7m, 橋樑總寬 19.5m。上部結構由橋面、桁架支撐和拱體構成, 其中: 橋面由橋面混凝土和微彎板組成,桁架支撐由豎撐、斜撐和剪刀撐組成, 拱體由拱肋、橫樑組成; 橫向 7 片拱肋，拱肋間距 2.6m。下部結構由樁基、承台和接柱構成, 其中承台為鋼筋混凝土重力式結構 , 呈長方形 , 長 22m, 寬 6m, 高3m, 水中承台部分露出水面; 樁基為 1.4m 圓柱式鋼筋混凝土樁柱, 水中每個橋墩共 12 根, 兩排布置, 每排 6根。橋樑兩側挑梁處架設通訊光纜、自來水管道、電力設施。

經現場調查, 20 多年來, 在頻繁的使用過程中, 中間橋孔北側拱肋經船隻撞擊已經斷裂, 拱肋間的橫隔板與拱肋連接部位多處混凝土表皮脫落, 拱肋上的立柱與拱肋連接部位部分混凝土表皮風化脫落 , 連接鋼板外露。該橋於 2006 年 5 月被定性為危橋, 急需改造。

2 拆除方案制定及技術論證

通過驗算及專家會議討論通過的拆橋方案為: 全橋縱向七孔, 在岸上的第 1、2、6、7 孔採用無支架拆除，在水中的第 2、4、5 孔採用活動支架拆除。拆除施工按四階段進行, 其中第 1 階段以小型機具及鎬頭機拆除全橋附屬構件; 第 2 階段以小型機具及鎬頭機拆除全橋的橋面混凝土; 第 3 階段以活動支撐及浮吊拆除水中三孔拱肋, 以鎬頭機拆除岸上四孔拱肋; 第四階段以鎬頭機和水中鑿岩機鑿除水中承台, 再以水下切割設備切割水下樁基並吊上岸破解。

3 拆除施工

3.1 拆橋工程的實施

( 1) 橋樑附屬結構、橋面、微彎板拆除。根據多次成功拆橋經驗, 橋面混凝土及微彎板破碎不採用大面積人工風鎬法, 而採用兩台鎬頭機直接破碎全部橋面混凝土和微彎板。該方法能大幅減少橋面作業人數、防止橋樑共振, 為安全卸載橋面部分創造前提。卸載橋面時, 先在橋面畫線, 標記出所有桁架片及橫隔梁的位置。兩台鎬頭機履帶沿標記分別置於第 2、3 片桁架片正上方, 然後從橋中心 ( 第 4 跨中心) 分別向橋兩端倒退作業。每台鎬頭機對左、中、右三路桁架片之間混凝土和微彎板進行破碎卸載。然後再將兩台鎬頭機履帶置於第 5、6 片桁架片正上方 , 同法作業 , 完成全部橋面卸載。破碎水中 3 孔橋面混凝土和微彎板時 , 以空船( 200T) 承接卸載物並運走, 此時進行間斷斷航 2 天。鎬頭機後退作業時全部以舊輪胎墊底 , 以減少震動。為防止發生共振現象, 破除中孔橋面時採用單台鎬頭機作業, 待兩台鎬頭機作業間距大於一孔距離 (44m)后再同時作業。

( 2) 拱片及承台上 4m 板段拆除拱片拆除工作原施工方案是在對 4m 段板塊拆除后，對每跨的拱片分別進行支撐拆除。但在對 4m 段板塊進行分離時發現該預製板與拱片鏈接非常牢固, 且拱片、橫樑與 4m 段預製板塊均在內部以預埋鋼筋、鋼板進行鏈接, 分解難度較大。根據現場實際情況對施工方案進行了微調: 在原方案的支撐船支撐及浮吊預吊的安全保障下, 將拱片臨近4m 段的桿件全部截斷，再以浮吊拆除截斷桿件的半跨拱片; 待全橋半幅拱片拆除后, 再對4m段進行單獨拆除; 4m 段的拆除採用浮吊整吊4m 板及下方橫樑及腹桿的方法。該方法加快了施工進度, 且拱片起吊的重量與原方案相比所下降, 進一步加強了起吊工作的安全性。按平衡對稱的原則, 岸上的拱片拆除工作與水中保持同步, 以鑿岩機在橋側直接對拱片破碎拆除, 實踐證明該方法安全、快捷。

( 3) 承台及樁柱拆除

由於承台部分外露在水位之上, 首先採取用鎬頭機進行鑿除水上部分, 鑿除的廢料用人工搬運到施工船上; 鑿除到水位時換用進口的水下鑿岩機施工, 此機可以進行水下5m 範圍內作業，承台鑿除結束後用挖機和抓鉤船進行對鑿除的廢料進行打撈, 直至打撈完所有的廢料為止。樁柱處於水中, 採用潛水員潛到控制的樁頂位置( 河床以下0.5m) , 破碎鑿除保護層混凝土, 採用水下切割機割除鋼筋分離樁頂與樁的連接部位, 在樁柱頂部捆綁鋼絲繩, 用浮吊拉斷吊起, 移運至岸邊破解裝車運走。

3.2 難點處理

橋面拆除的難點在於本橋第四跨通航孔北側有一片拱肋被撞斷, 卸除橋面后極有可能斷裂墜下。針對該問題, 採取兩條支撐船對受損的拱肋進行臨時支撐, 同時使用浮吊預吊受損拱片。在鎬頭機完成該跨上部橋面混凝土卸載后, 成功將該受損拱肋提前吊裝拆除, 消除了橋面卸載工程中的不穩定因素。

3.3 監控分析

(1)監控的內容

通過對結構的受力特點及既定老橋拆除方案的分析, 並經以上理論計算結果借鑒, 確定本次拆橋監控工作的重點是對桁架拱片拆除過程的監控, 主要內容包括變形監測和裂縫監測。

變形監測的基本內容是: 依據拆橋方案的拆除施工順序, 對每一階段各跨拱片四分點位置和跨中截面的豎向變形、各跨拱腳的空間變位進行測量, 與相應情況下的理論計算所得進行比較分析, 了解結構當前的實際狀態, 為下一階段更為適當的拆除施工做好準備工作。裂縫監測的基本內容是: 依據拆橋方案的拆除施工順序, 觀察桁架拱片在拆橋各施工階段的裂縫發生及發展情況, 作出分析判斷, 為下一階段更為適當的拆除施工做好準備工作。根據既定的拆橋方案, 實際監測、控制過程中主要以橋面及微彎板混凝土拆除過程、岸上四跨拆除過程以及第4 跨桁架拱片的拆除作為監測、控制工作中的重點。橋面及微彎板混凝土拆除時, 主要監控被拆跨拱片的豎向位移、相鄰水平位移以及鄰跨拱片豎向位移; 某跨拱片拆除時, 主要監控相鄰橋墩的空間變位、鄰跨拱片的豎向變位。其餘位置拱片和橋墩同樣進行測量, 共同控制。

(2)監控的方法

在拆橋施工前需在河堤兩岸建立穩定可靠的固定參考點, 為橋樑拆除過程中拱片空間變形的觀測奠定基礎。採用全站儀、高精度水準儀對拱片關鍵截面進行空間變位測量。在拱腳截面的橋墩承台頂面設置觀測靶標, 用於拱腳空間變位的觀測; 在拱片1/4 截面、跨中截面設置標高觀測標誌, 用於拱片豎向變形的觀測; 用裂縫觀測儀和目測法觀察拱片在拆橋各施工階段的裂縫發生及發展情況。跟蹤施工進度, 採集各相關數據, 通過橋樑拆除過程式控制制數據分析與評價系統, 對結構的實際狀態進行評價, 指導各階段的施工。

(3)變形觀測網的建立

為拆橋監測服務的測量控制網一次性建立在橋樑兩岸。在河兩側布設6 個導線點編號依次分別為K1、K2、K3、K4、K5、K6。導線點的位置視現場情況確定，確保測試時通視。導線點設置採用預埋水泥樁的方法，埋設導線點時應嚴格按照變形測量規範的要求, 確保導線點在整個拆橋過程中的穩定, 不受破壞。導線點埋設完畢后, 按照三等水準測量的要求, 對各導線點之間的高程進行閉合平差，每隔兩周對導線點之間的相互坐標關係及標高關係進行複核。坐標及高程系統均採用獨立系統。

4測點的製作與埋設

從安全以及方便測試的角度出發, 選擇對拱片的 1/4 截面、3/4 截面、拱頂截面進行豎向變形的觀測, 選擇對橋墩蓋梁進行拱腳水平變位的觀測。

(1)豎向位移測點埋設

根據既定的老橋拆除方案以及相應的計算分析, 結合現場實際和可操作性, 確定拱片的豎向位移測點埋設, 豎向位移測點埋設在拱頂位置。測點採用!20mm的鋼筋製作，測點設置時，先將測點對應位置的面層混凝土和現澆混凝土剷除, 鑽孔並打入拱片上弦桿頂面的對應位置, 鋼筋打入深度為10cm, 外露長度 2cm, 外露鋼筋的表面應打磨平整, 並用紅漆標記, 各測點鋼筋頭底部用水泥砂漿穩住, 或採取其他措施確保鋼筋頭在施工過程中穩固、牢靠。

(2)拱腳水平位移測點埋設

通過對既定拆橋方案的分析, 可以看出2#~5# 墩在整個施工過程中都會出僅受一側拱跨推力作用的情況，根據理論分析, 應該在2#~5# 墩的墩頂都布置空間變位觀測測點。結合現場的實際情況, 確定在2#、3#、4#、5# 墩的承台頂面設置拱腳空間變位觀測測點, 測點一次性埋設在承台頂面的中心線上, 各承台頂面布置兩個, 各與邊拱片的中心齊平。

5變形測量工作

拆橋準備工作就緒后, 對全橋拱片的標高測點的高程及橋墩測點的坐標進行了測讀初讀數, 確定拆橋前的標高零點及坐標零點。待一個拆橋施工工序結束后, 進行一次變形觀測, 並立即分析實測數據, 與理論計算的最不利情況的變形值進行比對分析, 確定是否正常進行下一步的拆橋施工。為了消除溫度對監測數據的影響, 在( 1) 、(2) 兩個施工階段, 於同一天早7 時、中午12 時、晚18 時分別對所要監測的拱片關鍵截面進行變形監測讀數, 並記錄在案, 用以對後續階段監測數據的修正。

6裂縫監測工作

在拆橋施工過程中, 採用裂縫觀測儀和目測法監測拱片主要構件在各施工階段裂縫的發生髮展情況。

7現場實施過程及程序

施工單位根據施工方案既定程序進行拆橋施工, 到達特定施工階段, 需要進行數據採集時, 立即停止施工; 一段時間后, 待結構反應穩定, 由施工單位配合監控單位採集各種數據; 經過監理單位複核認證后, 監控單位立即進行數據處理、分析、評判, 及時將控制情況彙報業主; 然後通過監理單位下達具體施工指令, 特殊情況下, 監控單位可直接下達相關施工指令( 實施流程見圖2)。

8結論

該拆除工作為南京最大的危橋改造, 由於該橋為拱橋, 且為7 跨連拱, 同時該橋由於部分結構損壞, 已被定義成危橋, 因此拆除難度極大。然而在上級主管部門和質檢機構的監督指導下, 依據專家評定意見, 經過指揮部、監理組及全體施工人員的沉著應戰, 六合大橋上部結構的拆除僅用了30 天。該橋能快速圓滿地完成拆除, 經總結得出以下幾點經驗:

(1)採用新的拆除施工方案。經過專家會論證，整理出的一套安全、快捷、經濟的施工方案保證了拆橋施工的有序進行, 如採用支撐船支撐、大噸位浮吊整體吊裝拆除等方法均有一定的參考意義, 既保證了安全又能加快施工進度。

(2)選用具有豐富拆橋經驗的專業拆橋人員。具有豐富拆橋經驗的。不僅能較細緻、深入地貫徹落實既定的拆除施工方案, 而且針對現場出現的新情況能夠按照經驗提出比較安全的建議供上級部門選用。

(3)安全措施保障有力。拆除前劃定警戒區域，進行安全圍擋; 建立安全領導小組, 建立安全制度, 明確安全責任; 進行細緻全面的施工安全交底和技術安全交底; 老橋橋兩頭設立崗亭, 督查上橋施工人員的安全防護措施、杜絕外來無關人員入內造成自身傷害; 檢查施工人員操作證及保險、機械許可證等; 做好橋下夜間照明, 保障水上船隻安全通行等。

4)堅持全橋全過程現場監督、現場決策，在嚴格執行既定拆橋方案的原則下根據現場情況對個別部位拆除方案進行即時調整; 海事部門全力配合斷航, 保證拆除過程安全進行; 監控單位及時提供技術支持, 及時反饋每日監控分析結果等。