葉新公路泖港大橋拆除重建與頂升保留方案研究

王 浩 ，馬 骉 ，李小祥

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；2.上海同濟建設工程質量檢測站，上海市 200092）

1 概述

泖港大橋是國內早期修建的大跨徑混凝土斜拉橋，位于上海市松江區泖港鎮東側，橫跨平申線大泖港連接葉新公路。平申線航道位于上海西南部，是長江三角洲高等級航道網規劃航道，也是上海市“一環十射”高等級航道之一，是溝通浙江與上海的重要省際航道。隨著平申線航道作用的日益突出，需按Ⅳ級航道標準進行整治，相應跨航道橋梁因凈空不足需改建，葉新公路泖港大橋是平申線航道整治工程中的一座橋梁。同時，葉新公路泖港大橋目前路寬 12 m，雙向 2 車道。規劃為國省干線，道路紅線寬度 50 m，標準段采用雙向 4 車道加硬路肩的形式。對于跨河橋梁，采用雙向 6 車道規模（不設緊急停車帶），近期可按照雙向 4 車道+兩側緊急停車帶劃線管理。

根據航道、道路規劃，以及橋梁現狀，葉新公路泖港大橋考慮對老橋拆除重建方案和頂升保留方案進行同深度比選。本文從泖港大橋的結構受力特點、老橋現狀、拆除和頂升施工難度等角度，對兩種方案的可行性進行研究、比選，并結合老橋在橋梁建設史上的意義，最終提出適合該橋特點的改建方案。

圖1 泖港大橋立面圖（單位：m）

主塔采用鋼筋混凝土直塔，塔柱之間設鋼筋混凝土十字交叉形抗風腹桿。雙索面拉索采用豎琴形布置。在塔柱兩側各設置 11 對拉索，索距水平向 6.5 m，垂直向 3.25 m。全橋共有斜拉索 164 根，拉索規格為73-Ф5 和 147-Ф5 兩種。泖港大橋工程于 1978年4月開工建設，1982年6月竣工通車（見圖2）。

2 泖港大橋概況與現狀

2.1 泖港大橋概況

泖港大橋是上海第一座雙塔雙索面大跨預應力混凝土斜拉橋，曾是國內最大跨度的混凝土斜拉橋，跨徑布置為（85+200+85）m，橋面總寬 12 m。其中，河跨跨徑 200 m，由兩側單懸臂梁加中間吊梁組成（85+30+85）m，其懸臂梁橫斷面由兩個分離式箱梁加車行道縱、橫梁板組成，箱梁梁高 2.2 m。中孔吊梁由 4 片預應力混凝土 T 梁組成。岸跨跨徑85 m，1/3L 及 2/3L 處設置兩個輔助墩。設計荷載為汽-15 級，掛-80 級。設計采用塔梁固結，梁塔再與主墩鉸接的形式。圖1為泖港大橋總體立面圖。

圖2 泖港大橋實景

2.2 泖港大橋現狀

泖港大橋自通車至今已超過 30 a。其中，2006年主跨 T 梁掛孔曾受到船只的撞擊，北側 T 梁邊梁受損長度約為 7 m；2011年東南側橋臺的岸跨端錨索靠近行車道的兩根被超寬車輛擦撞，拉索的保護層被損壞，鋼絲外露，有一根拉索的一根鋼絲撞斷。

為了查明橋梁實際的工作性能和承載能力，對橋梁的技術狀態做出評估，業主及行業主管部門先后委托了三家檢測單位對現狀泖港大橋進行了全面檢測與評估。主要檢測結果表明：大橋總體評定為三類；主梁、主塔混凝土表面未見寬度超限的受力裂縫，病害主要表現為主梁鋼筋銹脹、混凝土剝落破損；主墩墩身表面混凝土風化；拉索近梁端出現鋼護套變形、破損、銹蝕，并有滲油、滲水現象，拉索鋼絲未出現銹蝕；主墩橡膠支座存在不同程度的老化、分層開裂，且均存在滲水痕跡；附屬設施破損明顯。

3 泖港大橋改建方案總體設計

根據平申線航道整治總體要求，需對現狀泖港大橋進行改建。葉新公路現有的交通比較繁忙，而區域內跨平申線的橋梁十分有限，因此必須在不中斷交通的前提下修建新橋。

泖港大橋主橋改建方案設計總體可以分為兩大類，即老橋拆除重建方案（方案一）和老橋頂升保留方案（方案二）。為了滿足不中斷交通的要求，方案一中，先施工北側新建機動車道橋，老橋交通轉移至新建橋梁，再進行老橋拆除工作，最后進行新建機動車道橋上人非挑臂拼寬施工。方案二中，先施工北側新建機動車道橋，再進行老橋加固頂升作為人非通道橋，待若干年后，老橋無法承擔人非過河功能時，再進行新建機動車道橋上人非挑臂拼寬施工，以達到與方案一相同的功能和壽命。

對于新建橋梁，主跨跨徑應不小于老橋主跨跨徑 200 m，且布跨宜盡量一致，可選用的橋型包括斜拉橋、系桿拱橋和連續梁橋。上述橋型從技術上均是可行的，主要是與總體方案的匹配協調，因此，本文對新建橋梁方案不多介紹，重點對老橋拆除方案和頂升方案的可行性進行分析。

4 泖港大橋拆除施工方案研究

4.1 老橋拆除方案難點分析

老橋拆除施工中安全事故時常發生，而像泖港大橋如此規模的預應力混凝土斜拉橋拆除施工尚無先例，因此，對泖港大橋拆除施工中的難點應引起足夠的重視。

泖港大橋運營至今已有三十余年，結構性能存在一定退化，因此，拆橋前應對橋梁進行健康評估，尤其是對主梁及斜拉索在拆橋過程中的關鍵工況進行受力分析，確保拆橋過程中的橋梁結構安全。同時，目前超載運行車輛較多，斜拉索疲勞損傷情況較為嚴重，斜拉索的安全放張是該工程的關鍵。此外，老橋拆除在新橋建成后進行，拆橋方案的制定需考慮到新建橋梁對拆橋施工的限制，以及對航道的影響，施工設備的選擇具有一定的約束。

4.2 老橋拆除方案總體原則

考慮到交通組織的因素，老橋拆除安排在新橋建成后施工。老橋拆除的總體思路遵循“先上部后下部，拆橋為建橋施工的逆順序”的原則，即先進行主墩處墩梁臨時固結，再拆除掛孔的吊梁，然后東、西側塔柱、懸臂梁及斜拉索同步進行拆除，最后拆除岸跨主梁及下部結構，確保拆除工況的橋梁結構安全。

4.3 老橋拆除方案具體實施流程

老橋拆除方案具體實施流程如下：

（1）拆除橋面系附屬欄桿、鋪裝層等，以減輕拆除荷載，同時主墩處墩梁臨時固結。

（2）主體結構首先拆除跨中掛孔段梁體，可切割老橋掛孔橋面后澆帶位置，將掛孔還原成 4 榀 T形梁，可采用吊機配合駁船或浮吊直接吊運方案（見圖3、圖4）。

圖3 汽車吊雙機抬吊拆除掛孔 T 梁示意圖

圖4 浮吊起吊 1#T 形梁平面示意圖

（3）河跨標準段拆除節段與建造時分段相同，橋面懸臂掛籃切割、分塊、轉運，吊除可選方案包括：a.掛籃+浮運；b.掛籃+岸跨橋面汽車；c.浮吊運出。

（4）岸跨主梁采用滿堂腳手支架支撐，斜拉索與河跨斜拉索同步、對稱放索，以防止主塔單側不對稱受拉，待河跨拆除之后，順序進行岸跨主梁切割、拆除。

（5）塔柱拆除與斜拉索及懸臂梁同步進行，每個塔柱將豎向分為 14 段，分段進行吊除。塔柱間的預制風撐按原濕接頭位置進行切割為 8 個十字風撐，然后整體進行吊除。

（6）斜拉索拆除施工時，每根塔柱上同一標高對稱的斜拉索同時進行放張，斜拉索拉住的懸臂梁預制段相應進行切割吊除，最后進行這一標高上塔柱的切割吊除。該橋斜拉索錨固端在橋面梁體內，塔端為張拉端。根據原有錨杯尺寸、內螺紋形式，需定尺寸精加工張拉探桿和撐腳。由于主塔厚度約 3.4 m，加上斜拉索夾角，其錨頭放張出主塔另一側的放松量約 4 m，故需設計軟牽引鋼鉸線及接頭，以利千斤頂張拉后放張斜拉索。

（7）0＃塊采用支架支撐，包括岸上支架和水上鋼管貝雷梁，利用貝雷梁懸掛 1＃斜拉索對應的水上箱梁部分，1#斜拉索放張拆除。水上支架部分梁段通過駁船轉運，岸上支架部分梁體切割分塊后通過汽車吊拆除、外運。

（8）在泖港兩岸各設置一塊構件破碎場地，將切割分塊的構件在場地內破碎、清運。

5 泖港大橋頂升保留方案研究

5.1 泖港大橋頂升可行性分析

泖港大橋結構上為塔梁固結、塔墩分離，主墩、邊墩均為鉸接，頂升時大橋的受力狀態和正常使用時一致，中間設置的掛孔，降低了主塔頂升同步差異對結構的影響，可見泖港大橋從結構上是適合于頂升的。此外，泖港大橋的頂升操作主要集中在岸邊陸地上，對橋下通航影響較小，不需要另行搭建大型平臺等設施。同時，泖港大橋橋寬僅為12 m，自重較小，主墩、邊墩支承點附近能滿足千斤頂平面布置，現有 PLC 同步頂升技術能保證精度，自鎖和限位能保證頂升安全，可見，泖港大橋實施頂升總體上是可行的。

5.2 泖港大橋頂升要求及難點

根據通航要求，泖港大橋頂升高度為 4.0 m。對于頂升重量，老橋單幅中墩支座反力為 4 500 t（每個支座為 2 250 t），邊墩支座反力為 70 t，在考慮壓重等因素后的反力為 370 t。

與老橋拆除類似，泖港大橋頂升必須考慮其性能退化的影響，因此，頂升前應進行加固和換索工作。同時，與常規梁橋結構相比，泖港大橋高聳的主塔及中跨 85 m 的懸臂對頂升過程中的加速度及水平向的位移更為敏感，應合理控制頂升速度。此外，泖港大橋橫向寬度小，全寬 12 m，支座中心距離為 8.7 m，而橋面以上主塔高度為 44 m，高寬比為 1∶5.06。主墩位置頂升過程中的誤差將引起主塔的傾斜及橋面縱坡的變化，從而產生相應的水平分力，因此必須嚴格控制主墩位置縱橫向的頂升誤差。最后，主墩為削角雙錐臺矮金字塔式，主梁為分離式雙箱截面，可頂升范圍和施工空間有限。在支撐布置選擇時，需要有效地利用現有空間，同時又不改變橋梁上部結構的傳力體系。

5.3 斜拉橋頂升關鍵技術研究

5.3.1 中跨吊梁處理

對于中跨吊梁的處理，可以分為吊梁保留、全橋整體頂升（方案一）和吊梁拆除、分開頂升（方案二）兩大類。方案一可以不過大改變現狀結構體系，降低頂升過程中對結構線形的控制難度，并保證足夠的抗傾覆安全度，方案二在拆除吊梁后兩側索塔與箱梁形成各自獨立的長懸臂體系，頂升托換結構較容易實現，結構傳力比較明晰。

兩種方案各有所長，也都能實現?？紤]到老橋頂升后為人非橋，同時吊梁拆除、吊裝新吊梁施工對航道的影響，目前按吊梁保留、全橋整體頂升設計。為了避免頂升過程中吊梁橫移，在大懸臂箱梁頂板內預埋橫向限位擋塊。當然，若后階段重點部位檢測后發現吊梁加固保留的意義不大，也可考慮進行吊梁更換方案。

5.3.2 千斤頂布置

老橋可頂升位置包括主墩、橋臺和錨墩位置。計算表明，在恒載作用下，主橋重量基本集中在主墩位置。因此，這里主要介紹主墩位置的千斤頂布置。頂升方案分別對液壓驅動跟隨頂升和交替式頂升兩種形式分別進行了獨立設計（見圖5、圖6）。

圖5 液壓驅動跟隨頂升方案千斤頂布置示意圖

圖6 交替式頂升方案千斤頂布置示意圖

在液壓驅動跟隨頂升方案中，每個主墩布置48 臺 200 t 的液壓千斤頂，在每個支座沿橋縱向前后各布置 12 臺；每個主墩布置 20 臺 500 t 的隨動頂，安全儲備系數為 2.23。在交替式頂升方案中，每個主墩布置 48 臺 200 t 級千斤頂，其中外側24 臺千斤頂連接成一組，內側 24 臺千斤頂連接成一組，分為 A、B 兩組進行交替式頂升。頂升時可同時提供 4 800 t 頂力，安全儲備系數為 2.13?？梢?，主墩位置對兩種頂升方式下千斤頂布置均能滿足要求，且頂升施工中的安全系數均在 2.0 以上。

5.3.3 主墩墩頂與箱梁凈空較小的處理方法（見圖7）

根據施工圖設計文件和現場調查，主墩頂與箱梁底凈空為 22 cm，凈空較小。針對這一問題，處理方法有以下兩種：方法一：采用行程較小的千斤頂放置在墩頂與箱梁之間，不改變現有凈空。方法二：對墩頂高度進行一定的切割，采用行程較大的千斤頂。該施工方案擬采用第二種方法。該方法的主要優點是千斤頂的操作較簡單。

圖7 主墩頂與箱梁底凈空示意圖及其實景

此外，目前主墩與箱梁間有一層滿布的硫磺砂漿，在頂升前需采取措施進行清除。由于硫磺砂漿標號較高（300 號），與主墩墩身混凝土標號一致，為防止清除過程中對承重結構產生損傷，在硫磺砂漿清除過程中，應首先對硫磺砂漿進行通電軟化，待強度下降后再實施鑿除。清除時應注意對稱、緩慢進行，避免因支承邊界突變對結構帶來的不利影響。

5.3.4 限位系統設計

由于千斤頂安裝的垂直誤差及頂升過程中其它不利因素的影響，在頂升過程中可能會出現微小的縱、橫位移。為避免出現此類情況，需設置限位裝置（見圖8）。

圖8 頂升過程跟蹤限位系統示意圖

由于主墩處空間受限，以及頂升操作需要，限位裝置需在主墩兩側植筋后新建平臺，并在此平臺基礎上設置鋼結構框架柱?？v向限位可通過在鋼結構框架柱與箱梁腹板側設置的限位鋼擋塊實現，并可考慮隨著頂升高度變化進行跟蹤限位。橫向限位可通過側向鋼桁架支撐系統實現。對于新建主橋側，鋼桁架支撐系統可與主橋主墩立柱連接，對于老橋南側，則需新建具有足夠剛度和承載力的樁基承臺來抵抗橫向推力。

5.3.5 頂升施工風險控制措施

在方案研究中，對頂升過程中可能存在的風險進行了詳細分析，包括縱橋向傾覆、橫橋向傾覆、位移誤差控制、液壓系統失壓故障、電腦控制系統故障等，并分別提出了專項對策，制定了完善的頂升施工監測系統，從而進行實時監控，確保大橋頂升過程中的順利實施。

5.4 老橋頂升保留方案具體實施流程

本文以液壓驅動跟隨方式為，例簡單介紹一下泖港大橋的頂升具體實施流程：

首先，對主墩支座位置進行切割，使墩柱平面位置滿足千斤頂布置要求；然后，通過對結構構造處理，安裝鋼結構限位。頂升設備安裝調試完成后進行整體頂升，液壓千斤頂提供頂升力，隨動機械支撐千斤頂輕輕抵住重載工件并與油缸的頂升過程同步，跟隨重載移動；隨動支撐螺桿便可自鎖保持，有效支托重載工件。待頂升一定行程后，鋪設鋼箱墊塊支撐，如此循環直至頂升到位。頂升千斤頂上的自螺紋旋緊，拆除隨動千斤頂，安裝支座及永久墊塊，把液壓頂升千斤頂上的自螺紋打開，千斤頂下落 1 cm 至設計標高（此時支座與永久墊塊密貼）；拆除頂升設備、對主墩等接高。鋼箱墊塊通過側壁鋼結構與接高范圍內鋼筋進行有效連接，與接高混凝土澆筑形成整體。

6 結論與建議

研究表明，針對葉新公路泖港大橋提出的拆除重建和頂升保留兩種改建方案均為可行，從施工風險角度，200 m 跨徑斜拉橋的拆除和頂升目前均未有先例，比較而言，頂升風險略高。從施工工期角度，兩種方案總工期基本相當。從工程造價角度，由于老橋頂升施工單項工程費用相對較高，因此，頂升保留方案總造價略高。從老橋保留意義角度，泖港大橋是國內第一座現代斜拉橋，斜拉索體系采用國內首次研制成功的冷鑄鐓頭錨具（平行式），橋面結構安裝施工首次采用掛籃懸臂拼裝加現場濕接頭施工工藝，并首次將“卡爾曼濾波法”技術應用在國內斜拉橋的施工控制過程中，使斜拉橋內力和線形處于理想狀態，代表著當時國內該類型橋梁建設技術的先進水平，為以后更大跨度的橋梁建設積累了寶貴的橋梁設計理念和實施經驗。此外，大橋頂升保留后，不僅可以使泖港鎮兩岸居民的日常出行增加一條過河通道，同時也為突發事件或自然災害等緊急情況下的過河預留了一種可能。

在綜合考慮多方因素后，葉新公路泖港大橋改建推薦采用方案二（a），即頂升保留老橋作為人行和非機動車道橋、北側新建（85+200+85）m 單索面斜拉橋作為機動車道橋方案。

同時，泖港大橋頂升方案所采用的頂升設備和頂升工藝均為目前橋梁頂升施工中較為成熟的技術，當然，該技術在斜拉橋中的應用尚屬首次。因此，建議盡早開展泖港大橋頂升關鍵技術相關科研工作，以進一步降低頂升風險，提高施工安全系數，保證施工全程可控。

[1] 芮志平，劉韶山，高文偉，等.松江泖港大橋邊梁撞損搶修方案[J].城市道橋與防洪，2007，（5）：196-198.

[2] 李品壽.橋梁頂升與加高技術[J].公路,2011,(1)：158-161.

[3] 樓偉中.航道改造橋梁智能同步頂升施工工法簡介[J].山西建筑,2013，39（18）：136-138.

[4] 韓振勇.同步頂升技術在舊橋改造工程中的應用[J].城市道橋與防洪，2006，（5）：164-167.

[5] 胡勁松.橫潦涇主橋頂升的關鍵技術 [J].城市道橋與防洪，2013，（1）：97-100.