陶 浩
(广西桂通工程管理集团有限公司，广西 南宁 530025)
随着我国交通运输事业的快速发展，一些旧的干线公路由于标准低、通行能力差而亟须升级改造，特别是旧路上的一些石拱桥，在条件允许的情况下对其进行改造再利用，会产生更大的经济性、实用性和耐久性。因此，旧石拱桥的加宽已成为设计、施工的一项重要课题。在大化至巴马公路第一期工程中，对公路中的旧石拱桥进行了悬挑支架法加宽施工，该施工技术能有效保护旧石拱桥结构不受破坏，施工过程安全、环保、高效，施工质量良好，影响交通时间短。该工法的成功运用，以较低的施工成本取得了很好的社会和经济效益，对于同类旧石拱桥改造加宽施工工程有较好的推广意义，应用前景广阔。
1.1 传统加宽方法
在传统施工中对旧桥加宽段一般采用满堂支架搭设施工或先预制悬挑板后现场安装的施工方法，其中采用满堂支架法施工需要良好的地基，适应性不强；
国内同类施工中普遍采用的是先预制悬挑板后现场安装的施工方法。但该方法的预制板板底与桥面结合不够密实，通车后，在行车荷载的长期作用下，预制板逐渐松动，随着时间的推移甚至出现板底“脱空”现象，存在质量和安全隐患。
1.2 悬挑支架法
这一施工方法在不破坏旧桥结构的前提下，对旧桥桥面系拆除后采用悬挑支架法加宽施工，在施工中遵循均衡对称的原则，以保证旧桥拱圈受力均匀，保护旧桥结构不受破坏，提高了旧桥改造的工程质量，具有安全、高效、环保、工程综合造价低的特点。
作为大化至巴马公路桥梁加宽重点的清水桥建于1985年，全长48.08 m，上部结构为长18 m的石拱桥，石跨比为1/3，拱轴线为等截面悬链线，拱轴系数=3.5。经检测，该桥主拱圈等主要受力构件工作状态正常，经过专家评估决定对该桥进行加宽利用。
3.1 悬挑支架结构设计
图1 悬挑支架横断面图
3.2 悬挑支架结构验算
3.2.1 有限元模型建模计算
对悬挑支架结构采用Midas Civil有限元软件进行建模计算，有限元计算模型见下页图2。其中，横向主梁、纵向分配梁、底模托架横向分配梁、底模吊杆均采用梁单元模拟，共302个梁单元，6 mm厚钢板底模采用板单元模拟，共48个板单元。边界条件设置为：横向主梁于旧拱桥支承处采用一般支承，约束3个方向的平动自由度及杆件本身轴向的转动自由度；
纵向分配梁与横向主梁之间采用弹性连接；
底模托架纵梁与底模托架横向分配梁采用共节点连接。
初步运行分析计算模型，提取浇筑翼板混凝土最不利工况计算结果，可知最不利工况下结构杆件最大的应力为149.7 MPa(见下页图3)，最大应力小于Q235钢容许应力(215 MPa)，应力满足要求；
最大结构变形为30.23 mm(见图4)，结构变形过大影响结构的正常使用，需进一步优化。
图2 悬挑支架有限元模型云图
图3 悬挑支架应力云图
图4 悬挑支架位移云图
3.2.2 悬挑支架结构优化
通过分析悬挑支架的结构变形及应力分布情况发现，支架位移过大的原因主要是横向主梁变形过大引起的。横向主梁受两侧翼板荷载作用，在每侧翼板仅有一个桥面支点，横向主梁中间部位无约束。因此改变约束条件，在横向主梁中部设置一个抗竖向拉力的支点，支点下端锚固至旧桥桥面，以限制横向主梁上拱。对有限元模型进行重新设计验算，同样提取浇筑翼板混凝土最不利工况计算结果，最不利工况下结构杆件最大的应力为158.3 MPa(见图5)，小于Q235钢容许应力(215 MPa)，应力满足要求；
最大结构变形为9.62 mm(见图6)，结构位移变形大幅减少，最大位移9 mm位于底模托架跨中处，可通过调节竖向精轧螺纹钢长度设置预拱度，以调整标高。
图5 悬挑支架应力云图(优化后)
图6 悬挑支架位移云图(优化后)
综上分析，设计的悬挑支架结构应力变形均满足要求，可按照设计图加工悬挑支架结构。
4.1 悬挑支架法工艺流程
悬挑支架法工艺加宽旧石拱桥施工工艺流程见图7。
4.2 施工要点
4.2.1 现场勘查
在改造施工前，对旧石拱桥上部结构及下部结构再次进行观测检查，并做好观测记录。
4.2.2 拆除旧桥面结构物
在拆除施工中按均衡对称原则进行，先左右对称同步拆除两侧护栏，然后挖除旧桥面铺装和拱顶填料。挖除顺序是从桥梁中部往两端桥台同时进行，采用两台轻型设备从桥中心往桥台方向同时挖除拱上填料，以保证旧桥主拱圈均衡对称受力。
4.2.3 回填轻质混凝土施工
从两端桥台同时往桥中心进行回填，以保证石拱桥主拱圈均衡对称受力。
4.2.4 悬挑支架法施工
(1)悬挑支架架设。在回填轻质混凝土完成后，进行悬挑支架安装，按桥长平均分段进行施工(如清水桥全长48 m，分为4段进行施工)。施工顺序为：从桥梁中部往两端桥台方向左右同步进行。现浇支架经验算审核通过后方进行支架安装，充分考虑了悬挑支架受力满足规范要求的同时，尽量采用轻型材料以减轻旧桥面荷载，达到保护旧桥结构的目的。
(2)悬挑模板安装。在支架安装完成后进行模板安装，模板安装左右对称同时进行，以保证支架和旧桥结构受力均衡。
(3)悬挑板钢筋安装及混凝土施工。钢筋安装左右对称同时进行，以保证支架和旧桥结构的受力均衡。在钢筋验收合格后进行悬挑板混凝土浇筑施工，同样是左右对称同步进行。
(4)桥面系附属系统施工。桥面铺装及防撞墙施工同样按左右对称原则同步进行施工，以保证旧桥结构的受力均衡。
5.1 质量控制
整个悬挑支架法施工过程必须遵循均衡对称的原则，以保证石拱桥主拱圈均衡受力，确保旧桥和改造后的工程质量。
5.2 安全控制
在施工时封闭桥面，进行交通管制。在全桥的加宽改造施工过程中，需进行施工监控。在加宽施工进场之日起，必须由专人负责主拱圈L/2(拱顶)、3L/8、L/4、L/8处截面及拱脚、桥台等处的竖向位移和水平位移的观测，直至桥梁加宽施工竣工验收为止。如发现异常情况，应立即停工，并尽快分析原因并及时采取措施。
旧石拱桥加宽改造施工完成后，桥梁外观效果佳，行车舒适度好，故对悬挑支架法加宽旧石拱桥施工技术进行效益分析。
6.1 经济效益分析
关于满堂支架与悬挑板现场安装施工的各项比较如表1所示。由表1可见，采用悬挑现场安装施工比传统的满堂支架铺设施工节约了工料机各项的投入。以清水桥加宽施工为例，节约费用约2.5万元，且在节约场地、节约工期方面更有优势，产生的经济效益更明显。
6.2 社会效益
悬挑支架法加宽旧石拱桥施工技术能高效安全地进行旧桥加宽施工，减少施工安全风险、提高工程质量、符合环保要求，社会效益和经济效益良好，且具有广阔的市场发展空间和应用前景。
表1 满堂支架法施工与悬挑支架法施工经济效益
悬挑支架法成功应用于清水桥，该桥改造加宽工程工期仅用时2.5个月，施工过程运用均衡对称原则，从拆除旧桥结构物到改造加宽施工完成，严格按工艺流程和设计规范进行施工，将原设计的预制悬挑板现场安装工艺变为悬挑支架法施工，该方法操作简单，易于控制，施工紧凑，对交通影响小。在施工完成后，根据本项目对原桥的跟踪检测结果显示，旧石拱桥主拱圈顶面仅沉降了1 mm，整桥无水平位移现象。该方法的成功运用可为今后同类型的旧桥改造加宽工程提供经验借鉴。
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