下承式预应力混凝土桁架系杆拱桥拆除工艺的研究与应用

湖州市南浔区万寿桥改建工程

——湖州项目部交融天下建者无疆下承式预应力混凝土桁架系杆拱桥拆除工艺的研究与应用

Contents目录第二部分总体方案比选第一部分工程概况第四部分总体施工工艺第七部分结语固基修道履方致远第三部分主桥拆除计算分析第五部分施工中的关键点第六部分施工中的创新点

万寿桥主桥跨越京杭运河主航道，为单跨下承式预应力混凝土桁架式系杆拱桥，主跨径66.1m，桥位处河宽57.2m，主桥纵向由两片预应力桁架系杆拱组成，每片拱片由四节预制拼装而成，包括两片端节片、两片中节片，节片预制采用一次浇筑成型，节片之间由C55钢筋混凝土湿接。主桥为刚性系杆刚性拱结构，受力特点是外部静定、内部高次超静定。第一部分工程概况主桥横断面图主桥立面图预应力钢束湿接缝本桥系杆拱下弦杆预应力钢束是纵向连接拱肋的主要受拉构件，由5根一束的钢绞线组成。

5根风撑及15根横梁为拱肋的横向联系构件，起着稳定拱肋受力的作用。主拱肋高出行车道部分设置风撑，在主拱桥面以下及边拱肋之间设置横梁，采用现浇施工。行车道板纵向搁置于横梁上，行车道板之间横向铰接，纵向顶层主筋焊接，辅以4cm桥面现浇层及钢筋网，构成桥面连续体系。第一部分工程概况主桥立面图横梁及桥板分布主桥侧面图本桥桁架拱桥拆除工程量：混凝土246.6m3，钢筋29.6t，型钢及钢板4.3t。其中拆除主拱肋2片，单片103.4t；顶撑5根，横梁15根，桥面板84块，拆除至抬吊时剩余部分总重260.3t。部位类型长度（m)重量（t）数量（片/根）备注拱片端节片19.127.74矩形实心断面，上弦杆0.5×0.5m，下弦杆0.35×0.65m，竖杆0.25×0.35m，斜杆0.2×0.35m，

中节片13.95244顶撑

5.52.25预制件、湿接头连接，矩形，断面0.4×0.4m横梁端横梁14.52.892预制、湿接头连接，断面0.4×0.6m中横梁20.92.6513预应力预制件，矩形截面带牛腿，断面0.4×0.6m桥面板边板4.651.3428预制空心板，断面0.73×0.22m中板4.651.9456预制空心板，断面0.96×0.22m铺装层

95.25

C40铺装层老桥拆除构件参数表第一部分工程概况Contents目录第一部分工程概况第二部分总体方案比选第四部分总体施工工艺第七部分结语固基修道履方致远第三部分主桥拆除计算分析第五部分施工中的关键点第六部分施工中的创新点第二部分总体方案比选根据老桥建设时的逆向拆除，该系杆拱桥拆除主要有四大施工内容：桥面铺装及栏杆拆除、行车道板拆除、拱肋抬吊拆除、岸上拆解破碎，在总体拆除初定方案上进行了可行性研究。

主桥拆除总体思路：先拆除护栏、铺装层，再分块切割桥面板，剩余横梁、拱肋、顶撑、立杆等采取两条起重船整体抬吊拆除，吊至临时场地后用破碎锤进行拆解破碎。一、总体拆除思路由于京杭运河Ⅲ级航道运输繁忙，连续封航时间不得超过24h，主桥拆除面临连续作业时间短的问题。以下四种拆除工艺，在技术上均为可行，综合考虑拆除安全性、拆除工期、影响航道周期等因素，主桥拆除方案采用双船抬吊法进行施工。序号拆除方式优点分析缺点分析1支架法按常规施工工艺逆向拆除钢管支架使用量大，搭设费用高，拆除工期长；桥下预留的通航孔对航道通行产生安全隐患，难以保证拆除工期及安全要求；2倒塌法工艺简单，拆除进度快拱肋各部分构件较多较零散，拱肋倒塌入河后残渣不易打捞彻底，对航道造成污染；3单船整体吊装法拱肋整体一次性吊除，占用航道时间短吊点设置在上弦杆则主桥受力状态发生变化；吊点设置在下弦杆端部则吊索倾角与吊高、水平分力无法同时满足，安全性难保证；4双船抬吊法拱肋整体一次性吊除，拆除进度快，占用航道时间短；解决水平分力问题主桥跨径66.1m，总体重量大，抬吊时两船协同作业难度高；第二部分总体方案比选二、主拱拆除工艺比选

主拱拆除工艺对比表行车道板湿接缝人工凿除需3天，成本280×2×3=1680元；绳锯切割钢筋混凝土的效率约45min/m2，切割成本360元/m2，切割全桥桥面板成本360×5.5×0.22×14=6098.4元，凿除同体积砼成本相对较高。因此，桥面板拆除采用风镐破碎湿接缝，小型起吊式移动门架+汽车吊拆除桥面板的工艺，桥面以上部分防撞护栏、栏杆、砼铺装层等采用小型破碎锤进行拆除清理。序号拆除方式优点分析缺点分析1绳锯切割吊装工艺相对成熟，适应大型不规则构件的拆除绳锯串珠损耗较大，切割成本相对较高；锯绳断裂易造成安全隐患2风镐破碎+小型起吊式移动门架运输工艺简单，设备加工、使用方便，破碎及运输效率高破碎残渣坠落桥下影响航道运输安全第二部分总体方案比选三、行车道板拆除工艺比选行车道板拆除工艺对比表序号分项名称工艺方案投入主要设备1桥面附属结构拆除破碎锤破除60型破碎锤带推土铲设备1台2桥面行车道板拆除小型起吊式移动门架+汽车吊小型起吊式门架1台、8t汽车吊2台、气焊切割设备1套3拱肋拆除双船抬吊工艺500t、200t起重船各1艘经过对施工工艺研究及该项目现有设备情况分析出各工序采用施工工艺：第二部分总体方案比选四、系杆拱桥各部位拆除施工工艺及设备总体施工工艺表Contents目录第一部分工程概况第三部分主桥拆除计算分析第四部分总体施工工艺第七部分结语固基修道履方致远第二部分总体方案比选第五部分施工中的关键点第六部分施工中的创新点第三部分主桥拆除计算分析

主桥拆除采用双船抬吊法，计算分析总原则：抬吊过程中拱肋、系杆等各构件内力小于原始状态，整体结构在抬吊前后强度足够。

结构分析计算采用ABAQUS有限元分析软件，拱肋、系杆、横梁、顶撑采用梁单元模拟，桥面板采用实体单元。原始状态图（未拆桥面板）起吊状态图（拆除桥面板）一、主桥内力计算主桥原始状态总重：（27.8+24）×4+1.91+40.23+11+146+95.25+14.2=515.8t；拆除栏杆扶手、行车道板及铺装层后整体抬吊拆除，桥总重（27.8+24）×4+1.91+40.23+11=260.3t。类别端节片中节片湿接横梁顶撑桥面板桥面铺装栏杆重量(t)27.8241.9140.231114695.2514.2第三部分主桥拆除计算分析一、主桥内力计算吊点布置图通过计算分析，抬吊状态下各部件内力较原始状态均有所减小，因此抬吊时桥梁整体强度足够，起吊状态是安全的。杆件内力上弦杆下弦杆竖杆斜杆受力状态原始抬吊原始抬吊原始抬吊原始抬吊弯矩(kN·m）121.545.8↓295.8117↓31.811.5↓6.34.8↓轴力（kN）-3350-1651↓33501651↓25093.7↓-250-122↓剪力（kN）11956.7↓78.437.9↓33.815↓5.14.4↓第二部分总体方案比选一、主桥内力计算内力计算对比表（1）拱肋吊装钢丝绳验算：每个吊点处钢丝绳双股使用，钢丝绳水平角71°，取1.1倍动载系数，取1.2倍不均衡荷载系数，上部结构重260.3t，则计算荷载1.1×1.2×260.3×9.8=3366.3kN，则单个吊点处单股钢丝绳所受拉力为3366.3/（12sin71°）=296.7kN，选择6×37-φ68-1670MPa的纤维芯钢丝绳，插编接头；卡环选择S-DX35-2，额定荷载35t。根据《钢丝绳通用技术条件》GB/T20118-2017，钢丝绳的最小破断拉力F0（kN），按下式计算：F0=K＇×D×D×（R0／1000）式中：F0—钢丝绳最小破断拉力，单位为kN；K＇—钢丝绳的最小破断拉力系数，6×37a纤维芯钢丝绳取0.33；D—钢丝绳公称直径，单位为mm；R0—钢丝绳公称抗拉强度（钢丝绳级别），单位为Mpa。钢丝绳吊索最小破断拉力F0=0.33×682×（1670/1000）=2548.3kN。第二部分总体方案比选二、吊索选型计算

第二部分总体方案比选二、吊索选型计算根据规范《一般用途钢丝绳吊索特性和技术条件》GBT16762-2009，吊索工作极限载荷：WLL=式中：WLL—单根吊索工作极限载荷，单位为kN；F0—钢丝绳最小破断拉力，单位为kN；Ke—接头型式折减系数，插编接头取0.7；Ku—使用安全系数，用作捆绑时最小取6。钢丝绳工作极限荷载WLL=2548.3×0.7/6=297.3kN＞296.7kN，满足。（2）吊高验算：两拱肋中心宽度6m，吊钩距桥面距离h=6/2×tan71°=8.7m；桥面标高11m，最低水位1.2m，根据苏锡海工6号起重参数表，满载吃水1.6m，吊高H应满足H≥8.7+（11-1.2）+1.6=20.1m，采用40m扒杆，水平角度60°时吊高34.5m，跨距20m。第二部分总体方案比选三、待拆混凝土强度验算根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011，由现场拱肋混凝土回弹数据，换算得待拆拱肋C50混凝土强度推定值为48.6MPa（

fcu，k），根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，轴心抗压强度标准值：fck

=0.88

αc1αc2

fcu，k

式中：αc1—棱柱体强度与立方体强度比值，C50混凝土取0.76；

αc2—混凝土脆性系数，C50混凝土内插得0.9675；0.88—考虑结构混凝土强度与试件强度的差异修正系数；轴心抗压强度标准值fck

=0.88×0.76×0.9675×48.6=31.4MPa，轴心抗压强度设计值

fc

=fck/1.4=32.03/1.4=22.5MPa；根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，经验算配筋满足抬吊施工时的承载力要求。Contents目录第一部分工程概况第四部分总体施工工艺第三部分主桥拆除计算分析第七部分结语固基修道履方致远第二部分总体方案比选第五部分施工中的关键点第六部分施工中的创新点第四部分总体施工工艺一、施工流程施工准备（观测点设置、水域水深、流速测量等）破碎锤带推土铲设备拆除铺装层及附属小型起吊式移动门架拆除行车道板中板拱肋位移观测拱肋整体抬吊至预定场地（1条200t+1条500t起重船）岸上拆解破碎，残渣外运旧桥堆放场地清理整平，预存位置防线二、施工准备第四部分总体施工工艺观测点设置水位、流速、风速等指标观测临时地锚设置为保证老桥拆除至抬吊前阶段的安全性，在拱肋上设置3个观测点（跨中、东侧、西侧），观测点采用测量专用反光贴，对桥梁的位移和变形情况进行辅助观测。观测点布置图二、施工准备第四部分总体施工工艺观测点设置水位、流速、风速等指标观测临时地锚设置根据水文资料调查发现，施工范围内地势平坦，流速分布常年比较均匀，流速相对较小，经实际观测：桥位处水位深度约1.2m~3.3m，平均流速0.1m/s，平均风速2.8m/s。拱桥拆除期间，安排专人在岸边用水位标尺、流速仪对水位高度变化及相应的流速进行实时监测。二、施工准备第四部分总体施工工艺观测点设置水位、流速、风速等指标观测临时地锚设置起吊时1#、2#起重船船艏锚缆地锚分别利用旧桥两侧桥台立柱，2#起重船船艉右缆，利用码头系船柱，其他采用设置混凝土块临时地锚（图中黄点）。1#起重船地锚位置2#起重船地锚位置桥面附属设施破除完毕并冲净原桥面结构栏杆及铺装层破除第四部分总体施工工艺三、桥面铺装及附属拆除

根据拆除顺序首先拆除栏杆及扶手，本桥栏杆为混凝土护栏+钢管格栅形式，桥面铺装为4cm厚现浇混凝土，拆除时采用60型破碎锤带推土铲设备进行破除，在下弦杆两侧悬挂安全网，防止混凝土块坠入河中；铺装层破碎时同时注意保护空心板吊耳，破除完毕后残渣用推土铲清出桥面，并用水冲净。行车道板铰缝切割小型门架拆除行车道板行车道中板拆除完毕第四部分总体施工工艺四、行车道板中板拆除

行车道板为空心板，中板尺寸99cm×425cm×22cm，重2.5t，共56块。依据对称拆除的原则，只对中板由跨中向两侧对称拆除，剩余边板与拱肋一起整体抬吊拆除。行道板间湿接头及铰缝位置进行弹线放样，采用圆盘锯对纵向铰缝位置进行切割，采用风镐将横向湿接缝凿除。中板采用小型起吊式移动门架运至两侧桥头，由8t汽车吊吊至桥下。主桥拆除严格按照抬吊法的拆除步骤进行，在拆除护栏、铺装层、桥面板阶段，针对拱肋位移进行观测，保证拆除过程中拱肋稳定的控制。经观测，拱肋拆除过程中位移均小于建桥过程中最大值5cm（旧桥设计图纸）。五、拱肋位移观测第四部分总体施工工艺位移观测曲线图第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除

①拱桥吊移以西侧为中心，顺时针旋转90°到达预定场地（图中黄色为待拆主桥）。抬吊吊点设置在竖杆与下弦杆连接处，钢丝绳双股串扣使用，单船设4个吊点，共8个吊点。施工前对两起重船大钩头进行润滑，保证抬吊过程中钩头可自由转动。拱肋抬吊路线图1、抬吊过程各阶段船舶站位及协调吊移路径预定场地位置第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除

②1#、2#起重船就位，锚缆均交叉布设，2条拖轮待命。挂吊索，支座约束解除后，两条起重船同步起吊，起吊高度离地20cm，观测拱肋水平度，待拱肋稳定后，继续起吊至40cm后停止起吊。旧桥抬吊初始状态图1、抬吊过程各阶段船舶站位及协调1＃船2＃船第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除1、抬吊过程各阶段船舶站位及协调

③1#起重船保持不动，2#起重船缓缓向河流上游倒退移动，船艉锚机绞缆，调整船舶姿态，姿态调整过程中，用锚艇辅助，旧桥东侧向西平面转动45度。2#起重船船艏左缆改缆至河对岸。1＃船吊移旋转45°2＃船第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除

④1#起重船继续保持不动，2#起重船继续调整姿态，直至旧桥顺桥向与河道基本一致，2#起重船船艏缆改八字缆。1、抬吊过程各阶段船舶站位及协调旋转至与河道平行1＃船2＃船第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除⑤两船微调位置，直至旧桥到达预定堆放位置上方。2条起重船同时缓慢落钩，保持旧桥水平，直至旧桥落至预定位置。完全稳定后，起重人员摘钩，起重船解缆，离开现场。1、抬吊过程各阶段船舶站位及协调到达预定场地上方1＃船2＃船起重船就位，挂吊索旧桥继续旋转至与河道方向基本一致支座约束解除后起重船同步起吊，起吊高度20cm旧桥到达预定堆放位置上方两船缓慢落钩，保持旧桥水平，落至预定位置1#船不动，2＃船上游移动，旧桥旋转45°第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除2、抬吊流程拱肋抬吊拆除视频第四部分总体施工工艺六、拱肋整体抬吊拆除为保证旧桥上部结构破除时的稳定，临时场地提前进行清理及整平，再用压路机压实，旧桥整体吊运至临时场地后，直接用220液压破碎锤进行拆解破碎。（1）用破碎锤结合气割沿湿接缝位置解除系杆预应力，将整桥拆为4段。湿接缝破碎时，采取先横杆后拱肋的顺序，沿长度方向，先破碎中间缝，后破碎两侧接缝。（2）自上而下分别破碎拱肋、竖杆、斜杆、下弦杆、横梁混凝土，破碎完成后，采用人工结合气割处理废旧钢筋、钢绞线，混凝土废渣采用环保自卸车集中外运。第四部分总体施工工艺七、岸上拆解破碎湿接缝破除顺序图拱肋破碎效果图Contents目录第一部分工程概况第五部分施工中的关键点第三部分主桥拆除计算分析第七部分结语固基修道履方致远第二部分总体方案比选第四部分总体施工工艺第六部分施工中的创新点第五部分施工中的关键点01抬吊前在桥梁支座位置采用千斤顶预顶，消除两端支座与下弦杆之间的粘结，实际操作过程中发现此部分粘结并不明显。提前采用锂基脂对两起重船大钩头进行润滑，并进行钩头预旋转，保证其旋转流畅。02抬吊时，一端先起吊，松动后，起重船稳定后，再起吊另外一端，以保证同时起吊时的竖向吊力均衡。03陆上就位后，进行破碎分解，首先根据湿接缝位置进行分解，消除系杆的张拉应力。04Contents目录第一部分工程概况第六部分施工中的创新点第三部分主桥拆除计算分析第七部分结语固基修道履方致远第二部分总体方案比选第五部分施工中的关键点第四部分总体施工工艺第六部分施工中的创新点

拆除行车道板过程中使用的自行设计并加工的小型起吊移动式门架，加工及使用方便快捷，通过人工推动小型门架即可完成中板的拆除作业，节约了大型起重设备的进出场及租赁费用8.4万元。小型门架设计图创新点一：小型起吊移动式门架拆除行车道板小型门架应用图创新点二：双船抬吊法拆除拱肋第六部分施工中的创新点成本节约80万元由于前期筹备充分，从主桥挂吊索、起吊移位至吊装完毕，仅需封航一次、用时1h，极大提高了拱肋的拆除效率，安全控制到位，得到了业主和航道部门的高度评价。与支架法相比，支架法拆除工期需要约37天，耗费材料及机械租赁等费用约130万元；抬吊法拆除仅用50万元，节约80万元，在航道通航安全性、拆除工期、施工成本上效果显著。仅封航一次、用时1h安全、高效、环保作为一航局应用于系杆拱桥拆除的首次实践，该工艺尽可能保证了旧桥的受力模式不变，而且受航道通航约束最小，对于跨航道桥梁的拆除，是一种安全性较高、较环保的施工工艺。创新点三：修正规范中待拆混凝土强度公式错误第六部分施工中的创新点

根据《混凝土桥梁拆除技术规程》Q/CCCCGL206-2017附录公式计算，该桥建成14年后待拆拱肋混凝土抗压强度设计值为24.5MPa，大于混凝土初始设计值23.1MPa；规范引用的牛荻涛《一般大气环境下混凝土强度经时变化模型》给出的混凝土强度折减公式，经过验证，该公式显示在相当长的一段时间内混凝土抗压强度设计值随时间延长仍然增长，不符合常理；经与西安中交第一公路勘察设计研究院（规范编制单位）沟通，其引用的文献公式是根据统计的实测数据拟合得出，规范编制单位建议以现场实测数据为准。Contents目录第一部分工程概况第七部分结语第三部