先建后拆 花鱼洞重获新生——花鱼洞大桥拆除重建方案解析

文|贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 杨健 吴骏 刘彬 郭定勇

花鱼洞大桥位于国道320线的贵州省清镇市境内，跨越红枫湖，起讫桩号为k2133+002.165～k2133+292.165，桥梁全长290米。全桥孔跨布置为5个直径15米的孔跨、1个150米的孔跨、4个15米的孔跨，主跨为150米预应力混凝土桁式组合拱桥。主拱计算矢跨比为1∶8，桥面净宽为9米的行车道加两条1.5米的人行道共计12米，设计荷载等级为汽车-20级，挂车-100级，人群荷载为每平方米3.5千牛。

花鱼洞大桥

伤病缠身 大桥亟需重建

桁式组合拱桥是20世纪80年代起源于贵州的桥型，凭借“化整为零”的结构型式，施工时可采用简易的人字桅杆起吊，不需要大型机械设备就可以建设大跨径桥梁。

全国范围内共修建有41座桁式组合拱桥，跨径从75米至330米不等，是一种适用性很强的桥梁结构形式。历经了20年左右的时间后，结构过于零散、汽车荷载增加等因素导致桁式组合拱桥普遍出现了严重的病害，先后有多座被拆除重建。

花鱼洞大桥于1991年3月通车，2010年至2011年完成一次加固维修。2014年，花鱼洞大桥经国家道路及桥梁质量监督检验中心（以下简称“国家道桥质检中心”）检测，被评定为四类危桥。

各地桁式组合拱桥施工照片，花鱼洞大桥在施工时也采用了同种施工工艺。

2015年6月，国家道桥质检中心通过对花鱼洞大桥实施荷载试验和特殊检查，发现其中间箱底纵横向交错粘贴炭纤维布再次出现了严重病害，桥墩混凝土出现大面积脱落现象。桥梁结构的整体结构强度和耐久性都明显下降。报告总体结论显示，花鱼洞大桥主要控制截面的承载能力、结构强度、刚度已不能满足原设计规范的要求。报告建议限制行车时速为20公里；限载单车总重不超过30吨。国道320线是贯穿贵州东西方向的重要通道，采取限速限载措施后，给沿线人民的生产生活带来了许多不便。最终，贵州省公路局批复同意花鱼洞大桥的拆除重建方案。

花鱼洞大桥在加固维修

主跨330米的江界河大桥是世界上跨径最大的桁式组合拱桥

创意倒装 主拱先建后拆

原桥的拆除方案是新建花鱼洞大桥工程项目的难点。在方案设计阶段，充分考虑拆除旧桥的各种严苛要求后，设计人员改变过往先拆再建的思路，把新建桥梁主拱设计成提篮拱“包住”旧桥。施工时先用缆索吊装主拱，并灌注管内混凝土，利用钢管混凝土拱所具有的强度和刚度，设置扣索拉住旧桥，采用倒装法实现旧桥的拆除。

新建花鱼洞大桥桥型方案为主跨180米中承式提篮钢管混凝土变截面桁架拱，边跨是20米混凝土箱梁。主跨采用缆索吊装，边跨采用支架现浇，均为常规施工方案。

花鱼洞大桥原桥为桁式组合拱桥，位于景区及二级饮用水源保区，无法采用爆破拆除；同时原桥拱座临近水面，设计水位高于拱座底面，湖水深达30米以上，无法在拱圈下缘搭设支架。

拆除旧桥总体思路是利用新建钢管混凝土桥拱肋的强度和刚度，即钢管管内混凝土灌注并达到设计强度后，分别在桁式组合拱下弦各节点附近设置临时扣点，并用钢绞线作为临时吊索锚固于钢管拱对应的节点处。基于拱结构特点，临时吊索大致在钢管拱拱轴线径向布置。如此，临时吊索也处于桁式组合拱桥下弦拱轴线的径向方向。

张拉各临时扣索，把桁式组合拱桥的结构恒载均匀分配到钢管拱结构上后，解除桁式组合拱桥拱顶连接，即“开拱”，把桁架拱结构体系转化为节点有支承的悬臂桁架，按照原桥悬臂架设的逆过程，逐段拆除桁式组合拱桥各构件。为确保施工安全，在对原桥桁式组合拱体系转化前，在不破坏原结构受力的情况下，需尽可能对原桥实施减载，例如拆除桥面铺装和人行道牛腿等环节。

开拱

开拱是拆除原花鱼洞大桥的重点环节，具体实施步骤如下。

安装临时吊索，并且按照监控数据完成预张拉→开设拱顶人孔，切割实腹段边箱顶底板千斤顶基座槽口，按照设计图埋置千斤顶基座构造→安装千斤顶，并按照监控数据预顶；安装竖向限位支架，实腹段边箱顶底板填塞钢板→按照设计图完成首次切割，切割顺序为先切割箱的顶底板，再切割腹板→观察无异常情况后，实施第二次切割，切割完成后，千斤顶同步回油，逐步释放拱结构轴力。为确保回油过程中的结构安全，通过不断抽换边箱顶底板填塞的钢板以匹配千斤顶的回缩→千斤顶再次顶紧，按上述顺序完成第三次切割，同样的，按上述步骤完成拱结构的第二次轴力释放。

如此类推，直至拱顶轴力完全释放，形成两个独立的多支点悬臂桁架体系。混凝土构件的切割拆除工具主要采用全液压绳锯、专用墙锯等专业设备。

桥位桥型 兼顾经济环保

花鱼洞大桥位于国家5A级红枫湖景区和二级饮用水源保护区。新建花鱼洞大桥桥位的选择除了要考虑工程建设的经济性，同样也需要考虑桥梁建设及运营期间对景区和饮用水源的影响。

新建花鱼洞大桥立面图

新建花鱼洞大桥平面图

新建花鱼洞大桥横断面图

花鱼洞大桥桥位鸟瞰图显示，贵黄公路花鱼洞大桥桥址处跨径最小，工程经济性最好，并且桥梁施工期间和运营期间对红枫湖景区和饮用水源的影响最小。如果采用其他桥位方案，除了经济性较差、施工期间和运营期间对红枫湖景区和饮用水源的影响较大外，还与已有的黄果树岸隧道相接困难。

花鱼洞大桥桥位鸟瞰图

花鱼洞大桥桥位处地势平缓，大桥两岸拱座均位于红枫湖水域边缘，新建桥梁跨径至少要大于原桥跨径150米，才能保证桥梁在施工及运营后对红枫湖景区及二级饮用水源保护区无影响。此外，大桥在贵阳岸还有溶洞发育，终点岸桥梁紧接隧道，这些因素都将影响桥梁方案的孔跨布置。

新建花鱼洞大桥孔跨布置的主要控制因素包括桥型方案必须满足景区、饮用水源的需求，景观效果要求高；拆除方案不能采用爆破和支架方案，桥型方案的布设必须同时考虑拆除方案；地形、地质条件复杂。

根据新建花鱼洞大桥工程项目的地形地貌特点，可选用的桥型方案有斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁桥等。如果布置主跨200米左右的斜拉桥方案，距离桥位约250米处耸立着G60沪昆高速公路红枫湖大桥，为独塔斜拉桥；如果新建花鱼洞大桥工程项目再采用斜拉桥方案则景观效果较差，同时斜拉桥方案造价偏高。此外，悬索桥、连续梁桥方案的桥位明显不合适。

经比较，最终采用主跨180米的中承式提篮钢管混凝土变截面拱桥，孔跨依次布置为两座20米箱梁、一座180米中承式提篮钢管混凝土变截面桁架拱、一座20米箱梁。主桥拱轴线系数m为1.8，净矢高h为45米，净矢跨比f为1∶4。主拱圈由4根弦管组成，拱脚弦管高5.5米，拱顶弦管高3.5米。主拱肋采用钢管混凝土，管内填充自密实微膨胀混凝土。拱圈向内倾斜10度。桥梁全长269.6米，其中两侧人行道宽1.75米，车行道9米，总宽度12.5米。如此，桥梁造型美观、跨越感强、和周围环境协调，设计施工经验成熟，对红枫湖生态环境和饮用水源保护区影响较小。

结构设计 成就经典案例

在新建花鱼洞大桥的拱肋结构中，主拱圈由4根弦管组成，拱脚弦管高5.5米，拱顶弦管高3.5米。主拱肋采用钢管混凝土，管内填充C50自密实微膨胀混凝土，拱圈向内倾斜10度。拱肋计算跨径180米，拱轴线系数m为1.8，净矢高h为45米，净矢跨比f为1∶4。

新建花鱼洞大桥

新建花鱼洞大桥效果图

新老花鱼洞大桥叠合立面图

新老花鱼洞大桥叠合平面图

拱肋上、下弦管规格为φ850毫米×25毫米和φ850毫米×20毫米，平联管规格为φ550毫米×12毫米，拱铰处斜腹杆规格为φ550毫米×28毫米，立柱以下直腹杆规格为φ500毫米×12毫米，其余腹杆规格为φ450毫米×12毫米。

桥面系采用纵横梁结构体系，其中纵梁分为主纵梁3道、次纵梁2道。横梁除在交界墩位置采用混凝土结构外其余均为钢结构，横梁共计25道。纵横梁通过栓焊连接。

钢结构横梁共计4种类型，其中吊杆处的标准横梁长17.5米，其余位置因拱肋倾斜考虑支撑的需要横梁适当加长。横梁高度最小1.8米，其余位置高度因横坡而相应变化。

主纵梁共计3种类型，其中吊索间的标准主纵梁长6.5米，其余主纵梁长度因横梁间距的不同而变化。

次纵梁共计3种类型，其中吊索间的标准次纵梁长6.7米，其余次纵梁长度因横梁间距的不同而变化，次纵梁高度均为0.8米。

全桥共计17对吊索，吊索均采用GJ15-15型。吊索张拉端设置在拱顶，固定端设置在横梁底部。

新建钢管混凝土拱桥采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工。缆索吊装系统由承重索、承重索支撑塔架及索鞍、承重索锚碇、起重跑车运行系统等部分组成；拱肋悬拼扣挂系统由扣塔、钢铰线扣索及扣索锚碇等部分组成。

花鱼洞大桥在原桥址处拆除重建，因为受到红枫湖5A级风景区、二级饮用水源、地形、地质条件和前后接线的限制，考虑到景观效果，所以最终采用了主跨180米的中承式钢管提篮拱。

新建花鱼洞大桥施工中的难点是旧桥的拆除，按先建后拆的思路，采用先吊装完成新桥的拱肋，巧妙利用拱肋的刚度架设扣索，利用倒装法拆除旧桥，可以有效满足景区和饮用水源的环保要求，同时施工安全性显著提升，并节约施工工期。

花鱼洞大桥景观、环保要求严苛，设计施工紧密结合，先建后拆，是山区桥梁精心设计、精细施工的经典案例。