二十世纪七八十年代我国在内河上建造了一批大跨度拱形悬臂混凝土桁架刚构桥, 如丹江大桥 (主跨71m) 、黄陵矶大桥 (主跨90m) 等。随着社会经济快速发展, 目前这些桥梁的设计荷载、规划车流量已远不能满足现行交通需要, 且这类结构桥梁出现了许多不用程度的病害, 基本已废弃或只是作为管线的过河通道使用。根据现行《中华人民共和国航道法》《内河通航标准》等法律法规及相关规划, 这些大跨度拱形悬臂混凝土桁架刚构桥净空尺寸不能满足要求, 对通航安全构成隐患, 为解决这个问题, 必须对桥梁进行拆除。结合梁体受力情况、环境保护要求, 目前主要有移动桁车式逆向拆除法、搭设栈桥拆除法、爆破方案等。

结合梁体受力情况、环境保护的要求, 从使用设备及原理、方案可实施性、风险控制、工程造价及工期等方面比较移动桁车式逆向拆除法、搭设栈桥拆除法、爆破方案的优缺点 (见表1) 。

从表1的分析可见, 对于移动桁车式逆向拆除法、搭设栈桥拆除法、爆破方案等3种拆除方案, 在一定工况下搭设栈桥拆除法有着较大的优势:施工便捷、投资少、材料可周转利用、拆装方便等。

黄陵矶大桥位于湖北省汉阳境黄陵矶镇附近, 跨越湖北省汉南干渠通顺河。该桥跨径布置为7×20m+53m+90m+53m+2×20m, 全长380.19m。主桥设3孔, 边孔跨径53m, 中孔跨径90m, 上部构造是由2个T形刚构加挂梁组成。T形刚构上部为预应力混凝土悬臂拼装桁架梁, 下部为沉井基础箱形墩。

该桥自1978年底动工, 1979年竣工通车。2001年现檀军公路桥梁通车后, 黄陵矶大桥被弃置。因社会发展需要, 在黄陵矶大桥桥位上游50m新建1座双向6车道城市桥梁, 黄陵矶大桥因净空尺寸不能满足通航要求, 对通航安全构成隐患, 行政审批单位在新桥建设批复时要求同步实施黄陵矶大桥拆除。

中孔跨径为90m (墩中至墩中) ;桥面宽度:净宽7m+2×0.75m人行道;设计荷载:汽车一20级, 挂车一100;通航等级为四级航道;挂梁跨16m。

1) 结构尺寸桁架片数为2片;桁架梁悬臂长度34.2m;桁架片横桥向中距5.8m;悬臂桁架片根部全高9.05m, 端部全高1.30m;轴线矢距7.5m, 为1/12跨径长度;上弦杆断面尺寸为等截面120cm×70cm;下弦杆断面尺寸:等宽变高, 宽120cm, 高度由60cm减至24cm, 斜杆及竖杆横桥向宽度均为60cm, 顺桥向宽度有25, 30, 40, 50cm等尺寸 (见图1～3) 。

2) 结构材料主桁块件为C48预应力混凝土, 桥面行车道板为C38预应力混凝土, 挂梁为C28钢筋混凝土;预应力钢丝为05高强碳素钢丝, 极限强度为15 000kg/cm²;一般结构钢筋。

3) 结构组成悬臂主桁架在横桥向由2片桁架片组成, 其上搁置C48预应力混凝土简支空心桥面板, 桥面板横桥向留有预应力束管道, 每隔2.5m桥长设置1道, 管道中穿1束12φ5mm钢丝束, 将桥面板与上弦杆锚固成整体。在2桁架片各节点间横桥向设有普通钢筋混凝土剪刀撑。主桁架为斜压杆式, 上弦杆和竖杆为拉杆, 均设预应力束。下弦杆和斜杆为压杆, 采用普通钢筋混凝土。上弦杆截面形状为凹形, 在凹形明槽内布设预应力束, 每节端部均有长度为1m的实腹段, 且预留有孔道, 预应力钢丝束从中穿过, 并在实腹段端部张拉锚固。各节间通过上弦杆的预应力束均为24φ5mm高强钢丝束, 悬臂拼装时, 逐节张拉锚固。竖杆顶预应力束为12φ5mm高强钢丝, 每一竖杆设2束, 在预制场张拉台平卧张拉后锚固。

4) 块件划分悬臂总长34.2m, 分7个节间。靠近根部为第1节间, 这个节间由1根单独的上弦杆和另1个斜杆与下弦杆组成的三角形块件, 两者分别起吊就位后用湿接头拼装而成。其余各节间, 以起吊能力40t控制设计, 划分为4个拼装块件, 即第2节间为2号块件, 第3节间为3号块件, 第4、5阶间为4号块件, 第6、7两节间 (包括牛腿端) 合供为6号块件。

选择枯水期施工, 将施工便道修筑在平行于桥梁的上游, 距离桥梁2.5m处, 行经水域区采取钢栈桥衔接, 便道全长250m, 钢栈桥全长80m。采用80t履带式起重机, 使用平板车转运, 按新建分块方式及施工顺序逆向拆除。

钢栈桥桩基础均采用φ630mm×12mm钢管桩, 横向桩间距6m, 纵向桩间距根据地质勘测报告及验算, 确定钢管桩入土深度。栈桥共计3联, 每联2～3跨, 每跨9m (见图4, 5) 。

T构切割分块方案、拆除步骤及吊点布置如表2所示。

采用Midas-civil进行验算, T构为对称结构, 具体建立模型如图6所示, T构主要受力构件为上弦杆, 结构验算中仅统计上弦杆应力情况, 经整体建模计算, 拆除过程主要构件刚度、强度均能满足规范要求。

经现场采用搭设钢栈桥拆除旧桥, 全部悬臂混凝土桁架梁变形均控制在允许误差内, 安全风险完全可控, 拆除十分便捷, 取得预期的经济效益。

大跨度拱形悬臂混凝土桁架刚构桥选取搭设栈桥拆除施工技术是一种在一定工况下工作强度低、施工周期短的施工技术。其方法简单实用, 且对桁架刚构桥施工普遍适用。与国内部分工程应用的爆破施工技术相比, 该技术对周边环境影响小、环保节能、工效高、适用性强、简便易行。该技术不仅降低了安全风险, 同时也有效降低了成本、缩短了施工周期。