文|貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 楊健 吳駿 劉彬 郭定勇

花魚洞大橋位于國道320線的貴州省清鎮(zhèn)市境內(nèi)，跨越紅楓湖，起訖樁號為k2133+002.165～k2133+292.165，橋梁全長290米。全橋孔跨布置為5個直徑15米的孔跨、1個150米的孔跨、4個15米的孔跨，主跨為150米預(yù)應(yīng)力混凝土桁式組合拱橋。主拱計算矢跨比為1∶8，橋面凈寬為9米的行車道加兩條1.5米的人行道共計12米，設(shè)計荷載等級為汽車-20級，掛車-100級，人群荷載為每平方米3.5千牛。

花魚洞大橋

傷病纏身 大橋亟需重建

桁式組合拱橋是20世紀80年代起源于貴州的橋型，憑借“化整為零”的結(jié)構(gòu)型式，施工時可采用簡易的人字桅桿起吊，不需要大型機械設(shè)備就可以建設(shè)大跨徑橋梁。

全國范圍內(nèi)共修建有41座桁式組合拱橋，跨徑從75米至330米不等，是一種適用性很強的橋梁結(jié)構(gòu)形式。歷經(jīng)了20年左右的時間后，結(jié)構(gòu)過于零散、汽車荷載增加等因素導(dǎo)致桁式組合拱橋普遍出現(xiàn)了嚴重的病害，先后有多座被拆除重建。

花魚洞大橋于1991年3月通車，2010年至2011年完成一次加固維修。2014年，花魚洞大橋經(jīng)國家道路及橋梁質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（以下簡稱“國家道橋質(zhì)檢中心”）檢測，被評定為四類危橋。

各地桁式組合拱橋施工照片，花魚洞大橋在施工時也采用了同種施工工藝。

2015年6月，國家道橋質(zhì)檢中心通過對花魚洞大橋?qū)嵤┖奢d試驗和特殊檢查，發(fā)現(xiàn)其中間箱底縱橫向交錯粘貼炭纖維布再次出現(xiàn)了嚴重病害，橋墩混凝土出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象。橋梁結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)強度和耐久性都明顯下降。報告總體結(jié)論顯示，花魚洞大橋主要控制截面的承載能力、結(jié)構(gòu)強度、剛度已不能滿足原設(shè)計規(guī)范的要求。報告建議限制行車時速為20公里；限載單車總重不超過30噸。國道320線是貫穿貴州東西方向的重要通道，采取限速限載措施后，給沿線人民的生產(chǎn)生活帶來了許多不便。最終，貴州省公路局批復(fù)同意花魚洞大橋的拆除重建方案。

花魚洞大橋在加固維修

主跨330米的江界河大橋是世界上跨徑最大的桁式組合拱橋

創(chuàng)意倒裝 主拱先建后拆

原橋的拆除方案是新建花魚洞大橋工程項目的難點。在方案設(shè)計階段，充分考慮拆除舊橋的各種嚴苛要求后，設(shè)計人員改變過往先拆再建的思路，把新建橋梁主拱設(shè)計成提籃拱“包住”舊橋。施工時先用纜索吊裝主拱，并灌注管內(nèi)混凝土，利用鋼管混凝土拱所具有的強度和剛度，設(shè)置扣索拉住舊橋，采用倒裝法實現(xiàn)舊橋的拆除。

新建花魚洞大橋橋型方案為主跨180米中承式提籃鋼管混凝土變截面桁架拱，邊跨是20米混凝土箱梁。主跨采用纜索吊裝，邊跨采用支架現(xiàn)澆，均為常規(guī)施工方案。

花魚洞大橋原橋為桁式組合拱橋，位于景區(qū)及二級飲用水源保區(qū)，無法采用爆破拆除；同時原橋拱座臨近水面，設(shè)計水位高于拱座底面，湖水深達30米以上，無法在拱圈下緣搭設(shè)支架。

拆除舊橋總體思路是利用新建鋼管混凝土橋拱肋的強度和剛度，即鋼管管內(nèi)混凝土灌注并達到設(shè)計強度后，分別在桁式組合拱下弦各節(jié)點附近設(shè)置臨時扣點，并用鋼絞線作為臨時吊索錨固于鋼管拱對應(yīng)的節(jié)點處?；诠敖Y(jié)構(gòu)特點，臨時吊索大致在鋼管拱拱軸線徑向布置。如此，臨時吊索也處于桁式組合拱橋下弦拱軸線的徑向方向。

張拉各臨時扣索，把桁式組合拱橋的結(jié)構(gòu)恒載均勻分配到鋼管拱結(jié)構(gòu)上后，解除桁式組合拱橋拱頂連接，即“開拱”，把桁架拱結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化為節(jié)點有支承的懸臂桁架，按照原橋懸臂架設(shè)的逆過程，逐段拆除桁式組合拱橋各構(gòu)件。為確保施工安全，在對原橋桁式組合拱體系轉(zhuǎn)化前，在不破壞原結(jié)構(gòu)受力的情況下，需盡可能對原橋?qū)嵤p載，例如拆除橋面鋪裝和人行道牛腿等環(huán)節(jié)。

開拱

開拱是拆除原花魚洞大橋的重點環(huán)節(jié)，具體實施步驟如下。

安裝臨時吊索，并且按照監(jiān)控數(shù)據(jù)完成預(yù)張拉→開設(shè)拱頂人孔，切割實腹段邊箱頂?shù)装迩Ы镯敾劭冢凑赵O(shè)計圖埋置千斤頂基座構(gòu)造→安裝千斤頂，并按照監(jiān)控數(shù)據(jù)預(yù)頂；安裝豎向限位支架，實腹段邊箱頂?shù)装逄钊摪濉凑赵O(shè)計圖完成首次切割，切割順序為先切割箱的頂?shù)装?，再切割腹板→觀察無異常情況后，實施第二次切割，切割完成后，千斤頂同步回油，逐步釋放拱結(jié)構(gòu)軸力。為確?；赜瓦^程中的結(jié)構(gòu)安全，通過不斷抽換邊箱頂?shù)装逄钊匿摪逡云ヅ淝Ы镯數(shù)幕乜s→千斤頂再次頂緊，按上述順序完成第三次切割，同樣的，按上述步驟完成拱結(jié)構(gòu)的第二次軸力釋放。

如此類推，直至拱頂軸力完全釋放，形成兩個獨立的多支點懸臂桁架體系。混凝土構(gòu)件的切割拆除工具主要采用全液壓繩鋸、專用墻鋸等專業(yè)設(shè)備。

橋位橋型 兼顧經(jīng)濟環(huán)保

花魚洞大橋位于國家5A級紅楓湖景區(qū)和二級飲用水源保護區(qū)。新建花魚洞大橋橋位的選擇除了要考慮工程建設(shè)的經(jīng)濟性，同樣也需要考慮橋梁建設(shè)及運營期間對景區(qū)和飲用水源的影響。

新建花魚洞大橋立面圖

新建花魚洞大橋平面圖

新建花魚洞大橋橫斷面圖

花魚洞大橋橋位鳥瞰圖顯示，貴黃公路花魚洞大橋橋址處跨徑最小，工程經(jīng)濟性最好，并且橋梁施工期間和運營期間對紅楓湖景區(qū)和飲用水源的影響最小。如果采用其他橋位方案，除了經(jīng)濟性較差、施工期間和運營期間對紅楓湖景區(qū)和飲用水源的影響較大外，還與已有的黃果樹岸隧道相接困難。

花魚洞大橋橋位鳥瞰圖

花魚洞大橋橋位處地勢平緩，大橋兩岸拱座均位于紅楓湖水域邊緣，新建橋梁跨徑至少要大于原橋跨徑150米，才能保證橋梁在施工及運營后對紅楓湖景區(qū)及二級飲用水源保護區(qū)無影響。此外，大橋在貴陽岸還有溶洞發(fā)育，終點岸橋梁緊接隧道，這些因素都將影響橋梁方案的孔跨布置。

新建花魚洞大橋孔跨布置的主要控制因素包括橋型方案必須滿足景區(qū)、飲用水源的需求，景觀效果要求高；拆除方案不能采用爆破和支架方案，橋型方案的布設(shè)必須同時考慮拆除方案；地形、地質(zhì)條件復(fù)雜。

根據(jù)新建花魚洞大橋工程項目的地形地貌特點，可選用的橋型方案有斜拉橋、懸索橋、拱橋和梁橋等。如果布置主跨200米左右的斜拉橋方案，距離橋位約250米處聳立著G60滬昆高速公路紅楓湖大橋，為獨塔斜拉橋；如果新建花魚洞大橋工程項目再采用斜拉橋方案則景觀效果較差，同時斜拉橋方案造價偏高。此外，懸索橋、連續(xù)梁橋方案的橋位明顯不合適。

經(jīng)比較，最終采用主跨180米的中承式提籃鋼管混凝土變截面拱橋，孔跨依次布置為兩座20米箱梁、一座180米中承式提籃鋼管混凝土變截面桁架拱、一座20米箱梁。主橋拱軸線系數(shù)m為1.8，凈矢高h為45米，凈矢跨比f為1∶4。主拱圈由4根弦管組成，拱腳弦管高5.5米，拱頂弦管高3.5米。主拱肋采用鋼管混凝土，管內(nèi)填充自密實微膨脹混凝土。拱圈向內(nèi)傾斜10度。橋梁全長269.6米，其中兩側(cè)人行道寬1.75米，車行道9米，總寬度12.5米。如此，橋梁造型美觀、跨越感強、和周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，設(shè)計施工經(jīng)驗成熟，對紅楓湖生態(tài)環(huán)境和飲用水源保護區(qū)影響較小。

結(jié)構(gòu)設(shè)計 成就經(jīng)典案例

在新建花魚洞大橋的拱肋結(jié)構(gòu)中，主拱圈由4根弦管組成，拱腳弦管高5.5米，拱頂弦管高3.5米。主拱肋采用鋼管混凝土，管內(nèi)填充C50自密實微膨脹混凝土，拱圈向內(nèi)傾斜10度。拱肋計算跨徑180米，拱軸線系數(shù)m為1.8，凈矢高h為45米，凈矢跨比f為1∶4。

新建花魚洞大橋

新建花魚洞大橋效果圖

新老花魚洞大橋疊合立面圖

新老花魚洞大橋疊合平面圖

拱肋上、下弦管規(guī)格為φ850毫米×25毫米和φ850毫米×20毫米，平聯(lián)管規(guī)格為φ550毫米×12毫米，拱鉸處斜腹桿規(guī)格為φ550毫米×28毫米，立柱以下直腹桿規(guī)格為φ500毫米×12毫米，其余腹桿規(guī)格為φ450毫米×12毫米。

橋面系采用縱橫梁結(jié)構(gòu)體系，其中縱梁分為主縱梁3道、次縱梁2道。橫梁除在交界墩位置采用混凝土結(jié)構(gòu)外其余均為鋼結(jié)構(gòu)，橫梁共計25道?？v橫梁通過栓焊連接。

鋼結(jié)構(gòu)橫梁共計4種類型，其中吊桿處的標準橫梁長17.5米，其余位置因拱肋傾斜考慮支撐的需要橫梁適當加長。橫梁高度最小1.8米，其余位置高度因橫坡而相應(yīng)變化。

主縱梁共計3種類型，其中吊索間的標準主縱梁長6.5米，其余主縱梁長度因橫梁間距的不同而變化。

次縱梁共計3種類型，其中吊索間的標準次縱梁長6.7米，其余次縱梁長度因橫梁間距的不同而變化，次縱梁高度均為0.8米。

全橋共計17對吊索，吊索均采用GJ15-15型。吊索張拉端設(shè)置在拱頂，固定端設(shè)置在橫梁底部。

新建鋼管混凝土拱橋采用無支架斜拉扣掛纜索吊裝系統(tǒng)施工。纜索吊裝系統(tǒng)由承重索、承重索支撐塔架及索鞍、承重索錨碇、起重跑車運行系統(tǒng)等部分組成；拱肋懸拼扣掛系統(tǒng)由扣塔、鋼鉸線扣索及扣索錨碇等部分組成。

花魚洞大橋在原橋址處拆除重建，因為受到紅楓湖5A級風景區(qū)、二級飲用水源、地形、地質(zhì)條件和前后接線的限制，考慮到景觀效果，所以最終采用了主跨180米的中承式鋼管提籃拱。

新建花魚洞大橋施工中的難點是舊橋的拆除，按先建后拆的思路，采用先吊裝完成新橋的拱肋，巧妙利用拱肋的剛度架設(shè)扣索，利用倒裝法拆除舊橋，可以有效滿足景區(qū)和飲用水源的環(huán)保要求，同時施工安全性顯著提升，并節(jié)約施工工期。

花魚洞大橋景觀、環(huán)保要求嚴苛，設(shè)計施工緊密結(jié)合，先建后拆，是山區(qū)橋梁精心設(shè)計、精細施工的經(jīng)典案例。