非对称独塔斜拉桥拆除工艺研究

谭仁兵, 马马, 霍啸苏

(江苏交科交通设计研究院有限公司, 江苏 淮安 223001)

1 引言

老桥、危桥的拆除工作是一项技术难度、安全风险较大的工程，拆除过程中充满着许多不确定的因素。近年来，随着交通流量的增大、荷载等级的提高、道路及航道等级的提升，许多桥梁已不能适应目前的交通发展。同时因各老桥所处的位置、结构体系等不同，拆除中需面对及解决的问题也复杂多样，所以选择合适的拆除方案显得尤为重要。

淮钢大桥为江苏省淮安市西安路上的一座跨越京杭运河的大桥，桥梁建成于1990年，荷载设计标准采用汽车-20级，挂车-100。主桥桥型为独塔双索面非对称斜拉桥，桥梁全长194 m，桥跨布置为独塔双索面斜拉桥(边跨64 m混凝土主梁+主跨90 m钢结构桥梁)+2×20 mT梁，桥面宽度为：2.5 m(人行道)+12 m(行车道)+2.5 m(人行道)，总宽17 m。

因淮安市快速一期建设工程的需要，淮钢大桥已不能满足道路通行的需求，同时京杭运河于淮安市境内为Ⅱ级航道，最高通航水位为10.63 m，通航标准按最高通航水位满足净空110 m×7 m控制。原有老桥既不能满足道路通行需要也不能满足航道通航需求，故需考虑对淮钢大桥进行拆除新建。

老桥跨越航运繁忙的京杭运河且位于淮安城区段，采用爆破法拆除桥梁必将影响通航安全，且严重影响周围的环境，造成一定的社会影响。因此必须选择适用、安全的老桥拆除方案来保证桥梁的顺利拆除，经过综合考虑比选，最终确定主桥采用静力拆除方案。

2 拆除总体方案概述

2.1 淮钢大桥构造简述

淮钢大桥主桥为独塔双索面斜拉桥结构体系，主跨(北侧河跨)为90 m工字钢纵横梁、钢筋混凝土桥面组合梁，边跨(南侧岸跨)为64 m现浇后张预应力钢筋混凝土纵梁、预制钢筋混凝土横梁，微弯板组合结构。主桥索塔位于南侧河岸，采用墩、塔、梁固结体系，塔高为46 m，顺桥向为倒Y形，横桥向为H形。斜拉索按扇形布置，全桥共42根，河跨每组2根，桥面索距为10 m；南岸跨每组1根，桥面索距为7.3 m。南岸跨主梁设3列钢管柱+单链杆摆式支座，将64 m南岸跨分成3跨，钢管柱为直径325 mm的钢管混凝土柱，钢管壁厚20 mm，单排设2根钢管柱，其下为混凝土底座，主桥布置图见图1。

主跨(北侧河跨)工字钢纵梁长86 m，高1.65 m，按索距10 m分段制作，全桥共分为GL1～GL9段；两纵梁间用高1.14 m的横梁连接，横梁间距2.5 m，纵、横梁接头分别采用M24、M22高强紧固摩擦型连接，现浇钢筋混凝土桥面厚0.18～0.25 m，其上铺设8 cm沥青铺装层。

边跨(南侧岸跨)采用现浇后张预应力钢筋混凝土纵梁，预制钢筋混凝土横梁，微弯板组合结构。现浇纵梁高1.9 m，宽1.4 m；预制横梁高1.04 m，宽0.3 m，横梁距离为2.4 m；微弯板由2.05 m一节拼装而成，其上为沥青铺装层。

2.2 老桥拆除流程

该桥为斜拉桥结构体系，多次超静定结构，受力复杂，拆除风险较大，目前可供参考的类似桥梁拆除方案较少。为达到可行、安全、合理的拆除目的，考虑采用对原有老桥建造过程的一个“倒拆”方式进行拆除。原有建桥顺序概述如下：① 搭设主塔到南岸桥台满堂脚手架；② 施工1#～4#墩柱，同步施工北岸5#～7#墩；③ 施工南岸跨纵横梁并张拉预应力，之后安装微弯板，同步施工北岸引桥；④ 施工主塔；⑤ 通过北岸临时地锚、主塔上横梁、南岸临时地锚设置缆载吊机，通过缆载吊机吊装施工GL1梁段，之后进行桥面板浇筑，桥面板强度达到设计值并拆除桥面板模板后，施工GL2梁段；⑥ 通过缆载吊机吊装施工GL2梁段，安装1#、1′#索，之后进行桥面板浇筑，桥面板强度达到设计值并拆除桥面板模板后，张拉斜拉索；⑦ 重复步骤⑥，直至全部河跨施工完毕，拆除临时措施，施工桥面系及附属措施。桥梁建设完毕。

经对原有建桥过程的仔细分析，因现状条件与原建桥时所处的环境有所不同，故不可能完全采用建桥过程的逆向进行，但是总体上本着“倒拆”的思路考虑桥梁拆除，全桥拆除施工流程图如图2所示。

图2 全桥拆除施工流程图

3 桥梁拆除有限元建模分析

桥梁的拆除施工与新建桥梁不同，因拆除结构一般都已运营多年，桥梁结构的时变特性已经稳定，故计算过程中，此类问题已不需考虑，而需重点考虑结构的现状工作状态。

为保证拆桥过程安全可靠，对桥梁现状索力(索力值见表1)、主桥工作情况等进行了检测，并依据检测状况，采用Midas Civil对桥梁进行了拆除全过程的分析，梁、主塔、基础等采用梁单元，斜拉索采用桁架单元，全桥共计300个节点，350个单元。

表1 桥梁拉索现存索力值

根据总体“倒拆”思路，将结构模拟为表2所示工况进行计算。

表2 桥梁拆除计算工况

根据有限元模型，对拆除过程中主要构件的工作状态进行分析，并判断主要构件是否能满足受力要求分析结果见表3～5。

表3 河跨钢主梁应力

表4 主塔根部最大弯矩值

由表3可知：在桥梁拆除过程中，钢主梁最大拉应力为153.2 MPa，最大压应力为138.9 MPa，河跨工字钢纵梁材质为16Mn钢(弯曲应力设计值为210 MPa)，在桥梁拆除过程中，河跨钢纵梁应力值始终维持一定的富余值。由表4可知：在桥梁拆除过程中，主塔根部最大弯矩值能保持一定的安全系数。

表5 岸跨混凝土主梁最大弯矩值

由表5可知：在工况6～8拆除过程中，岸跨混凝土主梁的弯矩值已超过主梁截面抗力，表明岸跨混凝土主梁在拆除过程中存在一定风险。在岸跨混凝土主梁施工时，边跨相当于堆在满堂支架上的混凝土散体重量，而倒拆桥时已成为钢筋混凝土结构，并具有承受荷载的能力，故为解除岸跨混凝土拆除风险，考虑在边跨设置少量支架钢管支撑。

4 桥梁拆除过程监控分析

根据上节的理论分析可知，该桥梁拆除方案理论上安全可行。在淮钢大桥拆除过程中，结构在每个拆除工况不停地变化，每节段拆除中就包括了斜拉索拆除、桥面板拆除、钢横梁拆除及钢纵梁的拆除，且施工中吊装重量及各种临时荷载不断变化；为保证桥梁拆除安全可控，必须对桥梁的关键部位进行实时监控，其中主要位移监测点包括：每根拉索在梁上的外侧位置处(SZ1～SZ7)、塔顶位移(TSZ1)，主要应力检测点包括：主塔根部(YL1、YL2)、临时钢管支撑处(GYL1～GYL6)等，具体位移及应力监测点布置见图3。

图3 位移及应力监测点布置图

在各工况拆除过程中，对相应控制截面处的变形进行观测，以便掌握桥梁当前的变形状况，为桥梁拆除提供有效、安全的保证。表6、7分别为控制断面的理论计算值及现场观测值的比较，其值以向上为正，向下为负。

表6 河跨钢梁悬臂端、塔顶变形值

表7 主塔河侧、岸侧根部应力变化值

从表6、7可看出：在拆除相应节段的斜拉索后，梁段位移均有不同程度的下挠，在拆除相应节段的桥面板后，会有较大幅度的上翘；塔顶位移也随着不同的拆除工况发生一定程度的左右变形；另外主塔根部的应力值，由计算模型可知主要为压应力，结合监测数据与计算数据发现，主塔根部的应力变化幅度较小。

另外，通过现场实测得到临时钢管支撑的压应力基本为35 MPa以下；由以上分析可知，现场实测结果基本上与理论分析保持一致，结构的受力状态变化比较明确，拆除过程处于安全可控的状态。

5 结论

历时3个多月，该非对称独塔斜拉桥的拆除工作顺利结束，通过对大桥拆除工况的计算分析及实时监控，得出以下主要结论：

(1) 对于大桥的拆除，必须按照事先指定的总体拆除方案，进行理论计算分析，发现方案中的不足及可能存在的安全风险，并采取措施降低风险源，确保拆除方案理论上安全可行。

(2) 独塔不对称斜拉桥为多次超静定结构，每个不同的拆除工况，都会引起结构受力的反复变化，采取切实有效的监控措施，可随时监测桥梁工作状况，并判断挠度、应力等是否与理论计算保持一致，保证结构处于可控状态。