大跨径钢桁加劲梁悬索桥桥面板、主桁三铰法拆除施工工艺

欧阳斌

摘要 2012年，国道324线上南盘江大桥，经检测被认定为“五”类桥，需要进行拆除重建。钢桁架悬索桥的拆除，目前国内尚无先例可依。钢桁架、主缆等拆除过程结构体系变化复杂，国内外均无经验可循。文章以南盘江大桥为依托，对悬索桥桥面板、主桁的拆除进行研究，总结出一种大跨径钢桁加劲梁悬索桥桥面板、主桁三铰法拆除施工工艺，并在南盘江大桥的拆除过程中得以成功实施，可为今后类型桥梁的拆除重建提供一种新的思路。

关键词 跨径钢桁架悬索桥;拆除;施工工艺

中图分类号 U445.6 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0160-03

0 前言

跨径钢桁架悬索桥结构复杂，拆除施工工序多、精度要求高，拆除过程中桥梁力学状态难以把握，不可预见风险大[1]。国内对于其拆除施工的研究和工程案例都非常少，尚未形成成熟的工法和工艺。此前，国内钢桁架悬索桥拆除工程仅有兰州跨黄河的中立桥拆除工程，但是该桥仅完成了主体结构，一直未投入使用就被拆除，主塔为爆破拆除方式[2]。贵州省南盘江大桥为主跨径240 m的钢桁架悬索桥，经过近二十年运营后，业主决定对悬索桥主桥进行拆除，并在原桥位处新建连续刚构桥，索塔（上塔柱25 m+下塔柱43.6 m）桥面以下的横梁经切割、改造后作为新建连续刚构主桥过渡墩继续利用，引桥加固维修后继续投入使用，该工程是国内首例对成桥运营后的钢桁架悬索桥进行拆除的工程，也是国内首例将悬索桥拆除与新建桥梁结合起来的工程。另外，该桥下游8 km处有平班水电站，电站未设船闸，大型浮吊船、驳船无法进入施工区域，并且环保要求高，桥面钢筋混凝土拆除不能采用爆破、大型破碎锤等方法，因而拆除工艺要求非常严格。

主梁是南盘江大桥最先开始拆除的部分，也是整个钢桁架悬索桥主桥拆除的关键部分。主梁拆除过程中，桥面系逐渐被拆除，一、二期恒载逐渐卸载，索塔两侧的主缆索力不平衡程度加剧，索塔偏位和钢桁架应力变动剧烈，结构稳定逐渐变差，安全隐患逐渐增大，施工风险非常高。2016年5月，施工单位成功完成了南盘江大桥主桥的拆除，经过总结和优化形成了该套施工工艺。该工艺施工简洁、高效，最重要的是安全可控。通过创新、化繁为简，并有自制发明设备，大大降低项目施工风险，整个施工过程无任何大、小安全工伤事故，得到业主及专家组高度评价。

1 工程概况

南盘江大桥为主桥跨径240 m的钢桁架悬索桥，广西岸引桥为4跨预应力混凝土空心板结构，贵州岸引桥为5跨预应力混凝土空心板结构。主缆矢高24.0 m，矢跨比f/L=1/10。大桥主缆由19束19根φ5的高强镀锌平行钢丝索股构成，主缆直径240 mm。吊索是61φ7高强镀锌平行钢丝，带PE套，间距为6 m。南盘江大桥主塔为门式主塔，采用矩形截面，塔高从桥面以上25 m。两塔柱基础均采用扩大基础。贵州岸锚碇为重力式锚，广西岸锚碇为岩隧式锚。

2 工法特点

（1）悬索桥主梁从跨中向两岸方向进行拆除，利用主梁未拆除部分作为施工通道，适用于没有大型水运条件下的钢桁架悬索桥拆除工程。

（2）对整个拆除过程进行监控量测，并动态地进行了索鞍顶推，确保桥梁拆除施工过程中主缆索力大致平衡、索塔偏位可控、索塔底部混凝土不出现拉应力开裂，使索塔下半部经改造后可以作为新建桥梁的过渡墩继续使用。

（3）桥面铺装层和相对应钢筋混凝土桥面板整块切割、拆除，减少一道拆除工序，且全桥应力可控，同时缩减工期，操作简便。

（4）拆除最外側、次外侧桥面板后，桥面板仅剩2块中板（总宽约4 m），吊装操作面非常有限。自行研制了吊装台车，相对于缆索吊等其他拆除工艺，台车操作简单、安全平稳，解决了限宽条件下桥面板的拆除问题。

（5）桥面板拆除采用了较为先进的金刚石绳锯静力切割工艺，设备简单、安全、需要极少劳动力，适用于环保要求较高的钢桁架悬索桥拆除工程。

（6）钢桁架拆除采取跨中往两岸的顺序，拆除过程中进行了两次应力释放、主梁形成了三个铰接点，其中，应力释放前对钢桁架跨中进行了配重，成功地减小了钢桁架变形及应力，确保了施工安全。

3 适用范围

适用于没有大型水运条件、环保要求严格（如水库、内陆湖、风景区等）且索塔不被破坏需继续服役情况下的钢桁架悬索桥拆除工程，对其他条件下的钢桁架悬索桥拆除也有借鉴价值。自行研制的吊装台车也可推广至今后类似桥梁拆除、新建梁板安装等工程施工。

4 工艺原理

（1）随着桥面板从跨中同步、对称向两岸拆除，索塔两侧主缆的索力不平衡程度逐渐增大，产生的巨大弯矩使索塔向两岸侧偏位。当索塔偏移量接近极限值（极限值为索塔底部即将出现拉应力开裂时的临界状态的位移量），及时将索塔往跨中顶推，纠正索塔偏位，确保索塔安全[3]。

（2）由于桥面板卸载，主缆竖向往上剧烈变位，钢桁架随之向上变形，形成上凸状弧形，跨中部位的钢桁架应力达到最大值，接近构件设计强度。为减小钢桁架应力，首先在跨中部位进行了配重，利用配重的重力减小钢桁架变形、应力;然后拆除钢桁架两端的上、下牛腿限制，使刚性约束变为铰接约束，进一步释放应力;最后对跨中部位钢桁架进行切割，用钢丝绳对断开端钢桁架进行牵引防止摇晃，使钢桁架形成三处近似铰接连接（即“三铰法”，见图1），钢桁架应力充分释放，结构安全得到保障。

（3）金刚石绳锯静力切割利用金刚石工具（绳、锯片、钻头）在高速运动的作用下，按指定位置对钢筋和混凝土进行磨削切割，将钢筋混凝土一分为二，是世界上较为先进的无震动、无损伤切割拆除技术。切割过程中通过高压油管远距离控制操作，不但操作安全方便，而且震动和噪声很小，被切割物体能在几乎无扰动的情况下分离。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程（如图2）

5.2 操作要点

5.2.1 索鞍顶推

索鞍顶推是保证全桥拆除过程中结构安全的最重要部分，也是工法实施的前提和最关键部分。主要分为以下4个步骤：

（1）首先检查索鞍鞍座锈蚀程度，鞍座下四氟板是否完整。先清理鞍座，打磨、涂润滑油，减小顶推过程中鞍座与索鞍之间摩擦力。在索鞍靠跨中方向利用鞍座焊接、安装钢结构反力架。焊缝单面焊，焊接长度根据模拟计算顶推力1.5倍系数确定。

（2）安装千斤顶，千斤顶经过有资质单位鉴定并出具鉴定证书，可以精确控制、记录各个阶段千斤顶顶推力。

（3）开始正式拆除前，先进行试顶推索鞍。利用千斤顶对改造后的索鞍进行试顶推，观测顶推力与索鞍滑动量的关系。特别注意，可能各索鞍滑动所需顶推力不一致，主要因为索鞍下清理程度、原大桥修建时滑动不一致、主缆角度不一致等原因造成。索鞍顶推是该桥拆除成功的关键部分之一，若无法顶推，则拆桥过程中对主塔产生的弯矩无法得到释放，主塔下部结构将产生破坏，主塔无法改造成新桥的过渡墩继续服役。

（4）鞍座上标记原始相对位置刻度线，开始主梁拆除，对索塔偏位、主缆索力等进行监控量测。当索塔偏位达到极限值时，停止桥面板拆除施工，对索鞍进行顶推，顶推量宜根据前期计算分析确定，并且可以稍微增大顶推量、减少顶推次数。顶推宜按照20 t一个阶段控制同步进行。当某一个索鞍出现滑移时应停止该索塔顶推，待其他所有索塔索鞍开始滑移时再同步顶推。

（5）在索鞍顶推时，必须注意所有索塔索鞍同步顶推、顶推位移量均衡的原则，根据位移量控制顶推，由专人指挥同步顶推，最终各索塔顶推偏移量基本一致为准。

（6）当全桥二期恒载减除大半后，索鞍压力减小，索力产生的不均衡水平力已能使索鞍自由滑动，此时就不再需要进行索鞍顶推。

5.2.2 桥面板拆除

桥面铺装混凝土与桥面板一同拆除，桥面板拆除按照从跨中往两岸同步、对称拆除的顺序，先拆除全桥最外侧两块，再拆除全桥次外侧两块桥面板，最后拆除中间两块桥面板。桥面板拆除全过程必须保证前后、左右、两岸对称同步进行，施工荷载基本一致。拆除全部桥面预制板后，再开始拆除钢桁架。

5.2.3 钢桁架拆除

（1）跨中配重，减小应力。在未配重情况下，桥面板拆除后钢桁架最大值出现在跨中部位，接近或超过设计构件应力上限值。为保证跨中第一刀割断瞬间钢桁架变位不大（5 cm以内），采取跨中配重方式以保证断开瞬间结构、人员安全。跨中配重的重量应根据仿真计算的结果设置，使跨中断开后钢桁架变位在可控范围内。跨中配重应保证左右、前后对称，配重吊点设置在钢桁架节点处。配重重量控制精确。断开前在断开位置前后、上下交叉方式用10 t手拉葫芦连接钢桁架，近似临时铰接，作为断开前的第二道安全保障措施。

（2）解除两端约束，第一次释放应力。钢桁架拆除前其两端有钢筋混凝土上、下牛腿限制，且钢桁架两端無变位空间，近似刚性约束。故钢桁架拆除前必须解除钢桁架两端约束以释放应力，防止在桥梁拆除过程中导致钢桁架变形扭曲或断裂。

（3）跨中断开，第二次释放应力。由于钢桁架仍有较大应力，为拆除施工安全考虑，采取跨中割断钢桁架，再一次释放应力。跨中断开后，钢桁架成为两个悬吊单体，钢桁架应力得到充分释放，结构安全得到保障。使用钢丝绳将断开端钢桁架进行牵引，防止发生摇晃。应力释放前，整桥呈凸弧形，释放后两个悬吊单体基本超跨中呈斜向上直线。

（4）钢桁架拆除。拆除钢桁架时，在索塔桥面处安装卷扬机，钢丝绳通过主缆上悬挂定滑轮与动滑轮组，钩挂住钢桁架标准节段，每个节段设4个吊点以保证吊装平稳、安全。卷扬机预先拉紧钢丝绳，以保证吊索下螺栓基本不受力，再采取氧割的方式拆除吊索与钢桁架间联系。利用卷扬机缓慢下放钢桁架标准节段（6 m）至水面钢浮箱。利用小型机动船将载有钢桁架的浮箱推至引桥水域，用桥面上轮式起重机将钢桁架起吊至引桥桥面，再对钢桁架进行分解、运离。

5.2.4 监控量测

主梁拆除过程中进行了一系列变形、应力监测，实时掌握悬索桥力学状态，动态控制施工进度，确保拆除施工安全：

（1）采用精密水准仪监测主梁线形，采用全站仪监测主塔偏位、主缆线形。

（2）主索鞍纵向偏位控制是施工控制的关键之一。纵向偏位采用全站仪结合钢尺进行主鞍座中心点三维坐标的监测，即采用全站仪测量塔顶绝对偏位，用钢尺测量塔顶基准点与鞍座的相对偏位，从而确定鞍座的实际空间位置及各个阶段的滑移量。

（3）采用表贴式振型应变计配合智能综合测试仪对钢桁架应力进行监测。

（4）主缆锚跨丝股张力是拆除施工过程中重要的监测指标。在拆除各阶段，采用频谱分析法在南北侧的散索鞍位置逐根索股进行测量，并与理论值进行比对，保证受力安全。

6 结语

由于国内公路大跨径钢桁架悬索桥拆除施工的工程案例非常少，将悬索桥拆除与新建桥梁结合起来的拆除工程更属国内首例，相关的工法和工程经验非常匮乏。大跨径钢桁加劲梁悬索桥桥面板、主桁三铰法拆除施工工法的成功应用，为以后钢桁架悬索桥主梁的拆除施工积累了宝贵的工程经验，提供了成熟的施工技术指导。

参考文献

[1]王芝兴， 赵少杰， 余江昱. 某公路钢桁梁悬索桥拆除施工关键技术[J]. 世界桥梁， 2018（6）： 78-81.

[2]李勇， 谭文鹏. 大跨径公路悬索桥的拆除方案和安全性研究[J]. 中国标准化， 2018（24）： 70-71.

[3]赵少杰， 肖丹， 王芝兴， 等. 大跨径公路悬索桥拆除施工及监控关键技术研究[J]. 中外公路， 2017（1）： 163-166.