叶新公路泖港大桥拆除重建与顶升保留方案研究

王 浩 ，马 骉 ，李小祥

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092；2.上海同济建设工程质量检测站，上海市 200092）

1 概述

泖港大桥是国内早期修建的大跨径混凝土斜拉桥，位于上海市松江区泖港镇东侧，横跨平申线大泖港连接叶新公路。平申线航道位于上海西南部，是长江三角洲高等级航道网规划航道，也是上海市“一环十射”高等级航道之一，是沟通浙江与上海的重要省际航道。随着平申线航道作用的日益突出，需按Ⅳ级航道标准进行整治，相应跨航道桥梁因净空不足需改建，叶新公路泖港大桥是平申线航道整治工程中的一座桥梁。同时，叶新公路泖港大桥目前路宽 12 m，双向 2 车道。规划为国省干线，道路红线宽度 50 m，标准段采用双向 4 车道加硬路肩的形式。对于跨河桥梁，采用双向 6 车道规模（不设紧急停车带），近期可按照双向 4 车道+两侧紧急停车带划线管理。

根据航道、道路规划，以及桥梁现状，叶新公路泖港大桥考虑对老桥拆除重建方案和顶升保留方案进行同深度比选。本文从泖港大桥的结构受力特点、老桥现状、拆除和顶升施工难度等角度，对两种方案的可行性进行研究、比选，并结合老桥在桥梁建设史上的意义，最终提出适合该桥特点的改建方案。

图1 泖港大桥立面图（单位：m）

主塔采用钢筋混凝土直塔，塔柱之间设钢筋混凝土十字交叉形抗风腹杆。双索面拉索采用竖琴形布置。在塔柱两侧各设置 11 对拉索，索距水平向 6.5 m，垂直向 3.25 m。全桥共有斜拉索 164 根，拉索规格为73-Ф5 和 147-Ф5 两种。泖港大桥工程于 1978年4月开工建设，1982年6月竣工通车（见图2）。

2 泖港大桥概况与现状

2.1 泖港大桥概况

泖港大桥是上海第一座双塔双索面大跨预应力混凝土斜拉桥，曾是国内最大跨度的混凝土斜拉桥，跨径布置为（85+200+85）m，桥面总宽 12 m。其中，河跨跨径 200 m，由两侧单悬臂梁加中间吊梁组成（85+30+85）m，其悬臂梁横断面由两个分离式箱梁加车行道纵、横梁板组成，箱梁梁高 2.2 m。中孔吊梁由 4 片预应力混凝土 T 梁组成。岸跨跨径85 m，1/3L 及 2/3L 处设置两个辅助墩。设计荷载为汽-15 级，挂-80 级。设计采用塔梁固结，梁塔再与主墩铰接的形式。图1为泖港大桥总体立面图。

图2 泖港大桥实景

2.2 泖港大桥现状

泖港大桥自通车至今已超过 30 a。其中，2006年主跨 T 梁挂孔曾受到船只的撞击，北侧 T 梁边梁受损长度约为 7 m；2011年东南侧桥台的岸跨端锚索靠近行车道的两根被超宽车辆擦撞，拉索的保护层被损坏，钢丝外露，有一根拉索的一根钢丝撞断。

为了查明桥梁实际的工作性能和承载能力，对桥梁的技术状态做出评估，业主及行业主管部门先后委托了三家检测单位对现状泖港大桥进行了全面检测与评估。主要检测结果表明：大桥总体评定为三类；主梁、主塔混凝土表面未见宽度超限的受力裂缝，病害主要表现为主梁钢筋锈胀、混凝土剥落破损；主墩墩身表面混凝土风化；拉索近梁端出现钢护套变形、破损、锈蚀，并有渗油、渗水现象，拉索钢丝未出现锈蚀；主墩橡胶支座存在不同程度的老化、分层开裂，且均存在渗水痕迹；附属设施破损明显。

3 泖港大桥改建方案总体设计

根据平申线航道整治总体要求，需对现状泖港大桥进行改建。叶新公路现有的交通比较繁忙，而区域内跨平申线的桥梁十分有限，因此必须在不中断交通的前提下修建新桥。

泖港大桥主桥改建方案设计总体可以分为两大类，即老桥拆除重建方案（方案一）和老桥顶升保留方案（方案二）。为了满足不中断交通的要求，方案一中，先施工北侧新建机动车道桥，老桥交通转移至新建桥梁，再进行老桥拆除工作，最后进行新建机动车道桥上人非挑臂拼宽施工。方案二中，先施工北侧新建机动车道桥，再进行老桥加固顶升作为人非通道桥，待若干年后，老桥无法承担人非过河功能时，再进行新建机动车道桥上人非挑臂拼宽施工，以达到与方案一相同的功能和寿命。

对于新建桥梁，主跨跨径应不小于老桥主跨跨径 200 m，且布跨宜尽量一致，可选用的桥型包括斜拉桥、系杆拱桥和连续梁桥。上述桥型从技术上均是可行的，主要是与总体方案的匹配协调，因此，本文对新建桥梁方案不多介绍，重点对老桥拆除方案和顶升方案的可行性进行分析。

4 泖港大桥拆除施工方案研究

4.1 老桥拆除方案难点分析

老桥拆除施工中安全事故时常发生，而像泖港大桥如此规模的预应力混凝土斜拉桥拆除施工尚无先例，因此，对泖港大桥拆除施工中的难点应引起足够的重视。

泖港大桥运营至今已有三十余年，结构性能存在一定退化，因此，拆桥前应对桥梁进行健康评估，尤其是对主梁及斜拉索在拆桥过程中的关键工况进行受力分析，确保拆桥过程中的桥梁结构安全。同时，目前超载运行车辆较多，斜拉索疲劳损伤情况较为严重，斜拉索的安全放张是该工程的关键。此外，老桥拆除在新桥建成后进行，拆桥方案的制定需考虑到新建桥梁对拆桥施工的限制，以及对航道的影响，施工设备的选择具有一定的约束。

4.2 老桥拆除方案总体原则

考虑到交通组织的因素，老桥拆除安排在新桥建成后施工。老桥拆除的总体思路遵循“先上部后下部，拆桥为建桥施工的逆顺序”的原则，即先进行主墩处墩梁临时固结，再拆除挂孔的吊梁，然后东、西侧塔柱、悬臂梁及斜拉索同步进行拆除，最后拆除岸跨主梁及下部结构，确保拆除工况的桥梁结构安全。

4.3 老桥拆除方案具体实施流程

老桥拆除方案具体实施流程如下：

（1）拆除桥面系附属栏杆、铺装层等，以减轻拆除荷载，同时主墩处墩梁临时固结。

（2）主体结构首先拆除跨中挂孔段梁体，可切割老桥挂孔桥面后浇带位置，将挂孔还原成 4 榀 T形梁，可采用吊机配合驳船或浮吊直接吊运方案（见图3、图4）。

图3 汽车吊双机抬吊拆除挂孔 T 梁示意图

图4 浮吊起吊 1#T 形梁平面示意图

（3）河跨标准段拆除节段与建造时分段相同，桥面悬臂挂篮切割、分块、转运，吊除可选方案包括：a.挂篮+浮运；b.挂篮+岸跨桥面汽车；c.浮吊运出。

（4）岸跨主梁采用满堂脚手支架支撑，斜拉索与河跨斜拉索同步、对称放索，以防止主塔单侧不对称受拉，待河跨拆除之后，顺序进行岸跨主梁切割、拆除。

（5）塔柱拆除与斜拉索及悬臂梁同步进行，每个塔柱将竖向分为 14 段，分段进行吊除。塔柱间的预制风撑按原湿接头位置进行切割为 8 个十字风撑，然后整体进行吊除。

（6）斜拉索拆除施工时，每根塔柱上同一标高对称的斜拉索同时进行放张，斜拉索拉住的悬臂梁预制段相应进行切割吊除，最后进行这一标高上塔柱的切割吊除。该桥斜拉索锚固端在桥面梁体内，塔端为张拉端。根据原有锚杯尺寸、内螺纹形式，需定尺寸精加工张拉探杆和撑脚。由于主塔厚度约 3.4 m，加上斜拉索夹角，其锚头放张出主塔另一侧的放松量约 4 m，故需设计软牵引钢铰线及接头，以利千斤顶张拉后放张斜拉索。

（7）0＃块采用支架支撑，包括岸上支架和水上钢管贝雷梁，利用贝雷梁悬挂 1＃斜拉索对应的水上箱梁部分，1#斜拉索放张拆除。水上支架部分梁段通过驳船转运，岸上支架部分梁体切割分块后通过汽车吊拆除、外运。

（8）在泖港两岸各设置一块构件破碎场地，将切割分块的构件在场地内破碎、清运。

5 泖港大桥顶升保留方案研究

5.1 泖港大桥顶升可行性分析

泖港大桥结构上为塔梁固结、塔墩分离，主墩、边墩均为铰接，顶升时大桥的受力状态和正常使用时一致，中间设置的挂孔，降低了主塔顶升同步差异对结构的影响，可见泖港大桥从结构上是适合于顶升的。此外，泖港大桥的顶升操作主要集中在岸边陆地上，对桥下通航影响较小，不需要另行搭建大型平台等设施。同时，泖港大桥桥宽仅为12 m，自重较小，主墩、边墩支承点附近能满足千斤顶平面布置，现有 PLC 同步顶升技术能保证精度，自锁和限位能保证顶升安全，可见，泖港大桥实施顶升总体上是可行的。

5.2 泖港大桥顶升要求及难点

根据通航要求，泖港大桥顶升高度为 4.0 m。对于顶升重量，老桥单幅中墩支座反力为 4 500 t（每个支座为 2 250 t），边墩支座反力为 70 t，在考虑压重等因素后的反力为 370 t。

与老桥拆除类似，泖港大桥顶升必须考虑其性能退化的影响，因此，顶升前应进行加固和换索工作。同时，与常规梁桥结构相比，泖港大桥高耸的主塔及中跨 85 m 的悬臂对顶升过程中的加速度及水平向的位移更为敏感，应合理控制顶升速度。此外，泖港大桥横向宽度小，全宽 12 m，支座中心距离为 8.7 m，而桥面以上主塔高度为 44 m，高宽比为 1∶5.06。主墩位置顶升过程中的误差将引起主塔的倾斜及桥面纵坡的变化，从而产生相应的水平分力，因此必须严格控制主墩位置纵横向的顶升误差。最后，主墩为削角双锥台矮金字塔式，主梁为分离式双箱截面，可顶升范围和施工空间有限。在支撑布置选择时，需要有效地利用现有空间，同时又不改变桥梁上部结构的传力体系。

5.3 斜拉桥顶升关键技术研究

5.3.1 中跨吊梁处理

对于中跨吊梁的处理，可以分为吊梁保留、全桥整体顶升（方案一）和吊梁拆除、分开顶升（方案二）两大类。方案一可以不过大改变现状结构体系，降低顶升过程中对结构线形的控制难度，并保证足够的抗倾覆安全度，方案二在拆除吊梁后两侧索塔与箱梁形成各自独立的长悬臂体系，顶升托换结构较容易实现，结构传力比较明晰。

两种方案各有所长，也都能实现。考虑到老桥顶升后为人非桥，同时吊梁拆除、吊装新吊梁施工对航道的影响，目前按吊梁保留、全桥整体顶升设计。为了避免顶升过程中吊梁横移，在大悬臂箱梁顶板内预埋横向限位挡块。当然，若后阶段重点部位检测后发现吊梁加固保留的意义不大，也可考虑进行吊梁更换方案。

5.3.2 千斤顶布置

老桥可顶升位置包括主墩、桥台和锚墩位置。计算表明，在恒载作用下，主桥重量基本集中在主墩位置。因此，这里主要介绍主墩位置的千斤顶布置。顶升方案分别对液压驱动跟随顶升和交替式顶升两种形式分别进行了独立设计（见图5、图6）。

图5 液压驱动跟随顶升方案千斤顶布置示意图

图6 交替式顶升方案千斤顶布置示意图

在液压驱动跟随顶升方案中，每个主墩布置48 台 200 t 的液压千斤顶，在每个支座沿桥纵向前后各布置 12 台；每个主墩布置 20 台 500 t 的随动顶，安全储备系数为 2.23。在交替式顶升方案中，每个主墩布置 48 台 200 t 级千斤顶，其中外侧24 台千斤顶连接成一组，内侧 24 台千斤顶连接成一组，分为 A、B 两组进行交替式顶升。顶升时可同时提供 4 800 t 顶力，安全储备系数为 2.13。可见，主墩位置对两种顶升方式下千斤顶布置均能满足要求，且顶升施工中的安全系数均在 2.0 以上。

5.3.3 主墩墩顶与箱梁净空较小的处理方法（见图7）

根据施工图设计文件和现场调查，主墩顶与箱梁底净空为 22 cm，净空较小。针对这一问题，处理方法有以下两种：方法一：采用行程较小的千斤顶放置在墩顶与箱梁之间，不改变现有净空。方法二：对墩顶高度进行一定的切割，采用行程较大的千斤顶。该施工方案拟采用第二种方法。该方法的主要优点是千斤顶的操作较简单。

图7 主墩顶与箱梁底净空示意图及其实景

此外，目前主墩与箱梁间有一层满布的硫磺砂浆，在顶升前需采取措施进行清除。由于硫磺砂浆标号较高（300 号），与主墩墩身混凝土标号一致，为防止清除过程中对承重结构产生损伤，在硫磺砂浆清除过程中，应首先对硫磺砂浆进行通电软化，待强度下降后再实施凿除。清除时应注意对称、缓慢进行，避免因支承边界突变对结构带来的不利影响。

5.3.4 限位系统设计

由于千斤顶安装的垂直误差及顶升过程中其它不利因素的影响，在顶升过程中可能会出现微小的纵、横位移。为避免出现此类情况，需设置限位装置（见图8）。

图8 顶升过程跟踪限位系统示意图

由于主墩处空间受限，以及顶升操作需要，限位装置需在主墩两侧植筋后新建平台，并在此平台基础上设置钢结构框架柱。纵向限位可通过在钢结构框架柱与箱梁腹板侧设置的限位钢挡块实现，并可考虑随着顶升高度变化进行跟踪限位。横向限位可通过侧向钢桁架支撑系统实现。对于新建主桥侧，钢桁架支撑系统可与主桥主墩立柱连接，对于老桥南侧，则需新建具有足够刚度和承载力的桩基承台来抵抗横向推力。

5.3.5 顶升施工风险控制措施

在方案研究中，对顶升过程中可能存在的风险进行了详细分析，包括纵桥向倾覆、横桥向倾覆、位移误差控制、液压系统失压故障、电脑控制系统故障等，并分别提出了专项对策，制定了完善的顶升施工监测系统，从而进行实时监控，确保大桥顶升过程中的顺利实施。

5.4 老桥顶升保留方案具体实施流程

本文以液压驱动跟随方式为，例简单介绍一下泖港大桥的顶升具体实施流程：

首先，对主墩支座位置进行切割，使墩柱平面位置满足千斤顶布置要求；然后，通过对结构构造处理，安装钢结构限位。顶升设备安装调试完成后进行整体顶升，液压千斤顶提供顶升力，随动机械支撑千斤顶轻轻抵住重载工件并与油缸的顶升过程同步，跟随重载移动；随动支撑螺杆便可自锁保持，有效支托重载工件。待顶升一定行程后，铺设钢箱垫块支撑，如此循环直至顶升到位。顶升千斤顶上的自螺纹旋紧，拆除随动千斤顶，安装支座及永久垫块，把液压顶升千斤顶上的自螺纹打开，千斤顶下落 1 cm 至设计标高（此时支座与永久垫块密贴）；拆除顶升设备、对主墩等接高。钢箱垫块通过侧壁钢结构与接高范围内钢筋进行有效连接，与接高混凝土浇筑形成整体。

6 结论与建议

研究表明，针对叶新公路泖港大桥提出的拆除重建和顶升保留两种改建方案均为可行，从施工风险角度，200 m 跨径斜拉桥的拆除和顶升目前均未有先例，比较而言，顶升风险略高。从施工工期角度，两种方案总工期基本相当。从工程造价角度，由于老桥顶升施工单项工程费用相对较高，因此，顶升保留方案总造价略高。从老桥保留意义角度，泖港大桥是国内第一座现代斜拉桥，斜拉索体系采用国内首次研制成功的冷铸镦头锚具（平行式），桥面结构安装施工首次采用挂篮悬臂拼装加现场湿接头施工工艺，并首次将“卡尔曼滤波法”技术应用在国内斜拉桥的施工控制过程中，使斜拉桥内力和线形处于理想状态，代表着当时国内该类型桥梁建设技术的先进水平，为以后更大跨度的桥梁建设积累了宝贵的桥梁设计理念和实施经验。此外，大桥顶升保留后，不仅可以使泖港镇两岸居民的日常出行增加一条过河通道，同时也为突发事件或自然灾害等紧急情况下的过河预留了一种可能。

在综合考虑多方因素后，叶新公路泖港大桥改建推荐采用方案二（a），即顶升保留老桥作为人行和非机动车道桥、北侧新建（85+200+85）m 单索面斜拉桥作为机动车道桥方案。

同时，泖港大桥顶升方案所采用的顶升设备和顶升工艺均为目前桥梁顶升施工中较为成熟的技术，当然，该技术在斜拉桥中的应用尚属首次。因此，建议尽早开展泖港大桥顶升关键技术相关科研工作，以进一步降低顶升风险，提高施工安全系数，保证施工全程可控。

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