钢管混凝土拱桥缆索吊装拆除技术

武汉二航路桥特种工程有限责任公司李少芳2009年11月钢管混凝土拱桥缆索钢管混凝土拱桥缆索吊装拆除技术吊装拆除技术目录1概述2拆除原则及主要施工步骤3拆除施工重点和难点4架设缆索吊系统5拱圈荷载解除6扣索系统设置7主拱肋拆除11概概述述钢管混凝土拱桥为20世纪90年代发展起来的一种新型拱桥技术，该桥型充分发挥出了钢管和混凝土的力学特性，由于其承载力高、跨越能力强、抗震性能好、施工方便而得到迅速发展。目前，国内钢管混凝土拱桥拆除的案例非常少，这里结合重庆武隆跨乌江一座中承式集束钢管混凝土拱桥的拆除实践，介绍缆索吊装斜拉扣挂法拆除钢管混凝土拱桥施工技术。返回返回返回武隆乌江二桥工程概述武隆乌江二桥工程概述武隆县峡门口乌江二桥为主跨武隆县峡门口乌江二桥为主跨140140米的集束钢米的集束钢管混凝土提篮拱桥管混凝土提篮拱桥主孔矢跨比主孔矢跨比1/41/4；设计荷载为汽；设计荷载为汽——2020，挂，挂——100100，人群，人群3.5kn/m23.5kn/m2；桥面净宽为净；桥面净宽为净13m13m人行道。人行道。上部结构为中承式集束钢管砼提篮拱，桥面无上部结构为中承式集束钢管砼提篮拱，桥面无纵坡，拱肋内倾纵坡，拱肋内倾13.9713.97°°每个拱肋由五根钢管集束而成，中间钢管为每个拱肋由五根钢管集束而成，中间钢管为∮∮290290～～1400mm(1400mm(δδ=6mm)=6mm)变直径管，外层四根变直径管，外层四根钢管为∮钢管为∮700700××8mm8mm等直径管等直径管返回返回返回钢管接触处通过8mm厚窄条钢板焊连，在吊杆位置设置钢板环箍。两拱肋间共设置七道钢管横撑，靠拱脚两道横撑为2∮1200×6mm钢管，靠L/4横撑为2∮1000×6mm钢管，拱顶横撑为2∮900×6mm钢管。拱肋及横撑管内皆充灌C40砼。通过设置吊杆横梁及拱上斜腿刚构来支撑桥面纵梁。该桥于1996年建成通车。由于该桥出现了较严重的病害情况，且日益加剧，鉴于加固风险较大，业主决定拆除旧桥并在原址修建新桥。新桥结构型式主跨140米的上承式钢筋混凝土箱形拱桥。气候状况气候状况桥位区位于“U”型峡谷口，常年伴有5～6级大风，每月的有效施工时间不到20天，气候条件比较恶劣。重庆地区常年雨水较多，给施工均带来了较大困难。2拆除原则及主要施工步骤科学原则科学原则：制定合理的拆除方案，选择合理的拆除工艺和方式。一般来说，旧桥只有在结构和功能上同时不满足使用要求时才考虑拆除。桥梁拆除第一遵守的应是结构受力上的安全。先拆非受力构件，再拆主要受力构件，化整为零。一般科学、安全的拆除步骤是遵循原施工逆序倒着拆除，并根据具体的拆除施工方法合理调整，主要和桥梁分解方式、桥梁吊装方式、运输方式，同时还应重点考虑周边环境因素，包括水陆交通、行车行人、环境保护等。返回返回返回桥梁结构复杂多样，受力形式各有不同，拆除的方法和步骤很难一概而论，但应把握好一些基本的原则：谨慎原则谨慎原则：桥梁拆除应有过程的施工控制。拆除方式宜选择安全的方式，首先选择静力切割的方式。安全原则安全原则：拆除的桥梁多为有缺陷的结构物甚至危桥，很难做到完全消除施工风险，在做好全面安全控制的同时，还应从最坏处打算，制定完备的安全应急预案和应急机制。返回返回返回2拆除原则及主要施工步骤2旧桥拆除主要施工步骤第一步架设缆索吊装系统第二步解除拱肋荷载：包括拆除桥面系的混凝土、梁、板，拆除横梁吊杆，拆除拱上斜退钢构等第三步挂设张拉扣索系统第四步拆除主拱肋返回返回返回按照以上拆桥原则，经过多次方案比较论证，最终决定采用斜拉挂扣缆索吊装工艺拆除武隆乌江二桥。主要步骤为：3旧桥拆除施工重点和难点缆索吊系统及扣索系统是主拱肋拆除的关键，必须合理布设、详细验算、精心组织施工，确保施工安全。如何安全顺利拆除重达2200多吨主拱肋；主拱肋拆除的安全风险、技术难度、施工难度均很大。拱顶打开时，每岸扣索拉力大总计近1000吨。如何打开拱圈，完成结构的体系转换，都是施工和控制的关键。拱肋节段吊重大，要求缆索吊吊装重量大达100吨（双主索同时吊装时），如何平稳拆除吊装各拱圈节段，是安全控制的重点。返回返回返回44架设缆索吊系统架设缆索吊系统返回返回返回1φ28mm202020约20.62T1T2T3T4T4T3T2T11φ28mm风缆绳fmax=20m4φ56mm主索ZK44me4武丰岸说明：1、本图尺寸单位为m。2、本图为新桥拱箱总体方案布置，本方案包括前扣索、后扣索及扣索张拉系统；塔架及塔架稳定系统；地锚系统；索道系统。索道系统又包括主索、提升绳、牵引绳、天车、索鞍等内容。3、塔架为万能杆件塔架，左塔架高54m，右塔架高26m，均采用双层顶设置，第二层顶比第一层低4m，在第一层顶部设置主索道索鞍分配梁，在第二层顶设置扣索张拉分配梁。塔架顺桥向宽6m，横向宽20m。两塔架之间上下游各设1φ37.5对扣缆风绳，塔架与地锚之间上下游各设2φ43后缆风绳，以保证塔架的稳定。4、地锚两岸各设一个，分别锚固上下游主索、后缆风绳、扣索等，地锚上设扣索张拉孔和主索预埋件（滑轮），对扣索、主索进行锚固和索力调整。地锚均为重力式嵌岩地锚，其抗倾、抗滑、抗拔按施工过程中各索的最大拉力设计，满足安全要求。5、索道系统采用上下游各一组独立的索道，每组索道主索为4φ56，主索吊重垂度为20m，安装垂度为15.7m，计算吊装荷载为712KN（考虑冲击荷载、配重等），最大索力为2142KN，安全系数3.063。每组索道设2台10t卷扬机进行牵引，牵引绳为φ28钢丝绳，走4线，快绳拉力73KN，安全系数大于5。提升绳每组索道走10线，用φ28钢丝绳，两台10t卷扬机。公路水流方向天车公路武涪岸4φ56mm主索4φ56mm主索26m54m221m缆索吊设双主索，每组主索最大吊装缆索吊设双主索，每组主索最大吊装50t50t，两组同时，两组同时吊装最大吊重吊装最大吊重100t100t。。南岸主塔架拼装南岸主塔架拼装拼装好的南岸主塔架拼装好的南岸主塔架地锚开挖工作量大，1000多方土方，4000多方石方，全部人工开挖。地锚开挖期间恰逢雨季，多次塌方。清理塌方量1000多方。地锚开挖地锚开挖塔架高塔架高5252米，万能米，万能杆件及螺栓重近杆件及螺栓重近500500吨吨（原设计仅（原设计仅280280吨），吨），拼装工作量大。拼装工作量大。穿布承重主缆索穿布承重主缆索已收紧的主索已收紧的主索收索过程中收索过程中……未收紧的主索未收紧的主索采用缆索吊对称均衡拆除采用缆索吊对称均衡拆除桥面系及吊杆、横梁等桥面系及吊杆、横梁等5拱圈荷载解除横梁拆除吊装中横梁拆除吊装中……返回返回返回拱肋荷载解除后拱肋荷载解除后————裸拱状态裸拱状态66扣索系统设置扣索系统设置旧桥主拱圈拆除时共设置16道前扣索和16道后扣索，前后扣索对应布置。前扣索从塔架牵出并扣挂在拱肋相应扣点位置上，后扣索连接塔架和地锚，前后扣索之间通过型钢传递水平力。z扣索采用φ15.24钢绞线，16组扣索，每组由12～15根钢绞线组成,安全系数均大于3.0。z16道前扣索，每个拱肋设8道，分两岸对称布置。z主拱圈拆除前，需挂设12组扣索，在拱顶打开前增设4组扣索。z后扣索挂设张拉对应于前扣索进行，以保证塔顶位移不超过±3cm为原则进行控制和调整。返回返回返回扣索挂设中扣索挂设中……已收紧的扣索已收紧的扣索正在挂设的扣索正在挂设的扣索每组扣索每组扣索1212～～1515根根φφ15.215.2钢绞线，逐根收钢绞线，逐根收紧扣索并张拉至初张力紧扣索并张拉至初张力挂设并张拉前挂设并张拉前1212组扣索组扣索拱圈打开前拱圈打开前,,增加增加44组扣组扣索并再次张拉扣索系统索并再次张拉扣索系统7主拱肋拆除7.1主拱肋拆除分环分段7.2主拱圈拆除施工步骤7.3上、中环拱肋拆除7.4拱顶打开7.5下环拱肋拆除返回返回返回7.17.1主拱肋拆除分环分段主拱肋拆除分环分段主拱肋拆除采用斜拉挂扣缆索吊装的施工工艺，分环分段进行。向上向上向上拱圈分环示意图拱圈分环示意图m下环拆除分段示意图下环拆除分段示意图向上向上向上7.2主拱圈拆除施工步骤第一步：拆除上环两根φ700钢管混凝土；第二步：再拆除拱顶部分中环变直径钢管混凝土；第三步：体系转换：在拱顶处，同时切割打开上下游拱肋；第四步：最后分段对称拆除下环拱肋及7根横撑。向上向上向上下环拆除施工工艺流程下环拆除施工工艺流程施工准备增加4根扣索增加侧向缆风张拉扣索增加施工平台安全防护措施打开拱顶焊拱顶支撑型钢监控安装监控设施并初读数根据监控指令调整扣索切割拱顶支撑型钢后续节段拆除旧桥拆除完工监控单位实时监控向上向上向上7.3拆除上、中环拱肋向上向上向上5m16.5m已拆下节段，已拆下节段，1818小节，重约小节，重约210210吨吨拱圈钢管由4根变5根，该段长2米，打开后无法拆下，经监控同意留到下环一起拆除。向上向上向上缆索吊装拆除上环拱肋缆索吊装拆除上环拱肋吊装进行中…向上向上向上上环拱肋吊装拆除中上环拱肋吊装拆除中……向上向上向上上环拆除从拱顶向下对称上环拆除从拱顶向下对称进行，直到到第Ⅲ根横撑处。进行，直到到第Ⅲ根横撑处。向上向上向上拆拆除除过过程程切割下来的拱圈上环2根钢管一起拆下拱顶切割情形第一段部分拆除向上向上向上向上向上向上原原焊焊缝缝裂裂缝（侧面连接钢板）缝（侧面连接钢板）旧桥的侧面连接缀板，焊缝开裂出现裂缝。向上向上向上上环钢管接头处焊缝开裂在单拱底部钢管接头处焊缝开裂。向上向上向上焊缝质量差，存在虚焊和空洞，拆除过程中开裂焊缝质量差，存在虚焊和空洞，拆除过程中开裂上环底部钢管接头处焊缝存在虚汗和空洞拆除过程中开裂上环与下环连接缀板焊缝开裂向上向上向上混凝土开裂钢板割开后，上下游的上环混凝土均出现横向裂缝。向上向上向上7.47.4拱顶打开拱顶打开施工准备施工准备增加侧向缆风增设施工平台增设4组扣索调整扣索索力至设计值，使拱顶理论内力为零或接近于零（小于1吨）焊接拱顶支撑型钢向上向上向上对扣前风缆φ39钢丝绳侧向八字缆φ39钢丝绳后风缆φ39钢丝绳50°门架缆风及拱圈拆除缆风布置图φ21.5mm风缆绳增加侧向缆风绳增加侧向缆风绳向上向上向上5cm厚木板钢筋栏杆支撑型钢下环拱管75×75角钢32平台图平台图向上向上向上增加增加44组扣索组扣索［32槽钢δ10钢板ⅡⅠδ10钢板［32槽钢支撑槽钢支撑槽钢俯视图Ⅰ－Ⅰ［32槽钢δⅡ－Ⅱ［32槽钢支撑槽钢侧视图支撑槽钢焊接拱顶支撑槽钢焊接拱顶支撑槽钢向上向上向上打开拱顶打开拱顶在拱顶横撑江北侧2米处，切割拱圈钢板并凿出切割口处混凝土。根据拱顶槽钢传感器应力变化调整扣索力值，使拱顶内力接近于0，而槽钢处于0应力状态。切割槽钢打开拱顶。向上向上向上向上向上向上播放播放播放7.57.5下环下环拱肋的分段拆除拱肋的分段拆除一、下环拱管的拆除向上向上向上拱顶段拆除吊装过程拱顶段拆除吊装过程……向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上武隆乌江二桥旧桥旧桥拱肋拆除过程中：武隆乌江二桥旧桥旧桥拱肋拆除过程中：拆除吊重拆除吊重100100吨。吨。向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上向上两拱肋间的临时联系两拱肋间的临时联系二、横撑的拆除向上向上向上武隆乌江二桥：新桥拱肋采用武隆乌江二桥：新桥拱肋采用77段吊装，单肋段吊装，单肋合拢，正进行首肋拱箱吊装合拢，正进行首肋拱箱吊装。。三、新桥拱肋吊装向上向上向上武隆乌江二桥：新桥单肋合拢吊装合拢段武隆乌江二桥：新桥单肋合拢吊装合拢段。。向上向上向上武隆乌江二桥：新桥全部拱圈合拢。武隆乌江二桥：新桥全部拱圈合拢。向上向上向上乌江二桥为跨径140米钢管砼提蓝、拱桥拱肋最小高度1.4米宽度仅1.4米，单肋横向稳定性差，需双肋同时拆除，桥面结构拆除后，拱肋重量也达2200多吨，下环拱肋及肋间横撑重量接近1700T，在下环拱顶打开后，拱肋的重量将全部由塔架支撑，从而使塔架和锚锭受很大的作用力，施工过程中，应全程跟踪施工过程中各阶段，确保安全。7.67.6施工监测施工监测向上向上向上