[分享]千山万壑，平湖彩虹——花鱼洞大桥重建技术

花鱼洞大桥位于G 3 2 0 线的贵州省清镇市境内, 跨越红枫湖, 起讫桩号为K 2 1 3 3 + 0 0 2 . 1 6 5 ～ K 2 1 3 3 + 2 9 2 . 1 6 5 , 桥梁全长2 9 0 m 。全桥孔跨布置为5×15m+150m+4×15m，主跨为150m预应力混凝土桁式组合拱桥。主拱计算矢跨比为1／8，桥面净宽为9.0（行车道）+2×1.5m（人行道），设计荷载等级为汽车-20级，挂车-100，人群荷载为3.5kN／m2。

图1 花鱼洞大桥

该桥于1991年3月建成通车，2010年至2011年进行过加固维修，如图2。2014 年国家道路及桥梁质量监督检验中心对该桥进行检测，检测结果评定为四类危桥。2015年6月，国家道路及桥梁质量监督检验中心对该桥进行荷载试验及特殊检查， 发现中间箱底纵横向交错粘贴碳纤维布重新出现了严重病害，桥墩混凝土出现大面积脱落现象等。桥梁的整体结构强度和耐久性都明显下降。报告总体结论：花鱼洞大桥主要控制截面的承载能力、结构强度及刚度已不能满足原设计规范的要求。报告建议：1.限速，最高车速不超过20km/h；2.建议该桥限载单车总重不超过30 吨。G320是贯穿贵州省东西方向的重要通道，采取限速限载措施后，对沿线人民的生产生活带来许多不便，贵州省公路局批复同意该桥拆除重建的方案。

图2 花鱼洞大桥加固维修图

花鱼洞大桥为主跨150m预应力混凝土桁式组合拱桥。桁式组合拱桥是从上世纪80年代起源于贵州的桥型，由于采用了“化整为零”的结构型式，桥梁施工可采用简易的人字桅杆起吊完成，不需要大型机械设备便可以完成大跨径桥梁的建设。全国范围内共修建有41座桁式组合拱桥， 跨径从75m-330m，是一种适用性很强的桥梁结构形式。图4-图7为同类型桁式组合拱桥施工图片，花鱼洞大桥同样采用该种施工工艺修建。主跨330m的江界河大桥为世界最大桁式组合拱桥，如图3。历经了20年左右的时间后，结构过于零散、汽车荷载增加等因素，使得该类桥梁普遍出现了严重的病害，先后有多座桥梁拆除重建。

图3 江界河大桥（主跨330m）世界最大跨径桁式组合拱桥

花鱼洞大桥位于国家5A级红枫湖景区和二级饮用水源保护区。新建花鱼洞大桥桥位的选择除了要考虑工程建设的经济性，同样也需要考虑桥梁建设及运营期间对景区和饮用水源的影响。

从图8可以得到以下结论：贵黄公路花鱼洞大桥桥址处跨径最小，工程经济性最好，并且桥梁施工期间和运营期间对红枫湖景区和饮用水源的影响最小。若采用其他桥位方案，除了经济性较差、施工期间和运营期间对红枫湖景区和饮用水源的影响较大外，与已有的黄果树岸的隧道相接十分困难。

图8 花鱼洞大桥桥位鸟瞰图

花鱼洞大桥桥位处地势平缓，大桥两岸拱座均位于红枫湖水域边缘，新建桥梁跨径至少要大于老桥150m的跨径，才能保证桥梁在施工及运营后，对红枫湖景区及二级饮用水源保护区无影响。此外，大桥在贵阳岸有溶洞发育，终点岸桥梁紧接隧道，这些因素将影响桥梁方案的孔跨布置。

图9 新建花鱼洞大桥立面图

新建花鱼洞大桥孔跨布置的主要控制因素：

(1）桥型必须满足景区、饮用水源的需求，景观效果要求高。

(2）拆除不能采用爆破和支架方案，桥型方案的布设必须同时考虑拆除方案。

图10 新建花鱼洞大桥平面图

(3）地形、地质条件复杂。

根据本项目的地形地貌特点，可选用的桥型方案有斜拉桥、悬索桥、拱桥、梁桥等。本项目若布置主跨200m左右的斜拉桥方案，距离桥位约250m处耸立着沪昆高速红枫湖大桥，该桥为独塔斜拉桥，若本项目再采用斜拉桥方案则景观效果较差，同时斜拉桥方案造价偏高。此外，悬索桥、连续梁桥方案明显不适合该桥位。

图11 新建花鱼洞大桥横断面图

经比较，最终采用主跨180m中承式提篮钢管混凝土变截面拱桥，孔跨布置为 2×20m箱梁+180m中承式提篮钢管混凝土变截面桁架拱+1×20m箱梁。主桥拱轴线系数m=1.8，净矢高h=45.0m，净矢跨比f=1/4。主拱圈由四根弦管组成，拱脚弦管高5.5m，拱顶弦管高3.5m。主拱肋采用钢管混凝土，管内填充自密实微膨胀混凝土。拱圈向内倾斜10度。桥梁全长269.6m。其中两侧人行道宽1.75m，车行道宽9m，总宽度12.5m。

图12 新建花鱼洞大桥效果图

该方案桥梁造型美观、跨越感强、和周围环境协调， 设计施工经验成熟，对红枫湖生态环境和饮用水源保护区影响小。该方案效果图见图12。

(1）拱肋结构

新建花鱼洞大桥主拱圈由四根弦管组成，拱脚弦管高5.5m，拱顶弦管高3.5m。主拱肋采用钢管混凝土，管内填充C50自密实微膨胀混凝土。拱圈向内倾斜10度。拱肋计算跨径180m，拱轴线系数m=1.8，净矢高h=45.0m，净矢跨比f=1/4。

拱肋上、下弦管规格：φ850×25、φ850×20；平联管规格φ550×12；拱铰处斜腹杆规格：φ550×28；立柱以下直腹杆规格：φ 5 0 0 × 1 2 ；其余腹杆规格：φ450×12。拱肋标准横断面见图13。

图13 拱肋标准横断面图

(2）桥面系结构

桥面系采用纵横梁结构体系，如图14。其中纵梁分为主纵梁3道，次纵梁2道。横梁除在交界墩位置采用混凝土结构外，其余均为钢结构，横梁共计25道。纵横梁通过栓焊进行连接。

图14 桥面系纵横梁平面布置图

钢结构横梁共计4种类型，其中标准横梁（吊杆处）长17.5m，如图15，其余位置因拱肋倾斜，考虑支撑的需要横梁适当加长。横梁高度最小1.8m，其余位置高度因横坡而相应变化。

图15 横梁立面图

主纵梁共计3种类型，其中标准主纵梁（吊索间） 长6.5m，如图16，其余主纵梁长度因横梁间距的不同而变化。

图16 主纵梁立面图

次纵梁共计3种类型，其中标准次纵梁（吊索间）长6.7m，如图17，其余次纵梁长度因横梁间距的不同而变化。次纵梁高度均为0.8m。

图17 次纵梁立面图

(3）吊杆

全桥共计17对吊索，吊索均采用GJ15-15型。吊索张拉端设置在拱顶，固定端设置在横梁底部。

图18 吊索拱顶端

新建花鱼洞大桥桥型方案为主跨180m中承式提篮钢管混凝土变截面桁架拱，边跨是20m混凝土箱梁。主跨采用缆索吊装，边跨采用支架现浇，均为常规施工方案。

花鱼洞大桥老桥为桁式组合拱桥，位于景区及二级饮用水源保护区，无法采用爆破拆除。同时老桥拱座临近水面，设计水位高于拱座底面，湖水深达30米以上，无法在拱圈下缘搭设支架。

因此老桥的拆除方案是本项目的难点。在方案设计阶段，充分考虑拆除旧桥的各种严苛要求后，设计人员改变过往先拆再建的思路，将新建桥梁主拱设计成提篮拱， “包住”旧桥。施工时先用缆索吊装主拱，并灌注管内混凝土，利用钢管混凝土拱所具有的强度和刚度，设置扣索拉住旧桥，采用倒装法实现旧桥的拆除。新老花鱼洞大桥叠合立面图、平面图见图19和图20。

图19 新老花鱼洞大桥叠合立面图

图20 新老花鱼洞大桥叠合平面图

新建钢管混凝土拱桥采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工。缆索吊装系统由承重索、承重索支撑塔架及索鞍、承重索锚碇、起重跑车运行系统等组成；拱肋悬拼扣挂系统由扣塔、钢铰线扣索及扣索锚碇等部分组成。

拆除旧桥总体思路：利用新建钢管混凝土桥拱肋的强度和刚度（即钢管管内混凝土灌注并达到设计强度后）， 分别在桁式组合拱下弦各节点附近设置临时扣点，并用钢绞线作为临时吊索锚固于钢管拱对应的节点处（基于拱结构特点，临时吊索大致在钢管拱拱轴线径向布置，这样， 临时吊索也处于桁式组合拱桥下弦拱轴线的径向方向，如图21所示）。张拉各临时扣索，将桁式组合拱桥的结构恒载均匀分配到钢管拱结构上后，解除桁式组合拱桥拱顶连接（即“开拱”），将桁架拱结构体系转化为节点有支承的悬臂桁架，按照原桥悬臂架设的逆过程，逐段拆除桁式组合拱桥各构件。为确保施工安全，在对原桥桁式组合拱体系转化前，在不破坏原结构受力的情况下，须尽可能对原桥进行减载（如拆除桥面铺装、人行道牛腿等）。

图21 桁式组合拱桥临时吊索布置示意图

桁式组合拱桥体系向多支点悬臂桁架体系转换，即开拱，是本项目拆除的重点环节。具体实施步骤如下：

1.安装临时吊索，并按监控数据进行预张拉。

2.开设拱顶人孔，切割实腹段边箱顶底板千斤顶基座槽口，并按图埋置千斤顶基座构造。

3.安装千斤顶，并按监控数据进行预顶；安装竖向限位支架，实腹段边箱顶底板填塞钢板。

4.按照设计图进行首次切割，切割顺序为：先切割箱的顶底板，再切割腹板。

5.观察无异常情况后，进行第二次切割，切割完成后，千斤顶进行同步回油，逐步释放拱结构轴力。为确保回油过程中的结构安全，通过不断抽换边箱顶底板填塞的钢板，以匹配千斤顶的回缩。

6.千斤顶再次顶紧，按上述顺序进行第三次切割。同样的，按上述步骤进行拱结构的第二次轴力释放。如此类推，直至拱顶轴力完全释放，形成两个独立的多支点悬臂桁架体系。

混凝土构件的切割拆除工具主要采用全液压绳锯、专用墙锯等专业设备。

花鱼洞大桥在原桥址处拆除重建，由于受到红枫湖5A 级风景区、二级饮用水源、地形地质条件和前后接线的限制，考虑到景观效果，最终采用了主跨180m的中承式钢管提篮拱。

该桥施工中的难点是旧桥的拆除，本项目建设过程中按先建后拆的思路，采用先吊装完成新桥的拱肋，巧妙利用拱肋的刚度，架设扣索，倒装法拆除旧桥。该施工方案可以有效满足景区和饮用水源的环保要求，同时施工安全性显著提升，并节约了施工工期。

花鱼洞大桥景观、环保要求严苛，设计施工紧密结合，先建后拆，是山区桥梁精心设计、精细施工的经典案例。