宁波市灵桥毗邻市中心天一广场, 东接江东区百丈东街、西衔海曙区药行街, 是市区跨越奉化江的主要交通干道。该桥为文物桥, 建成不久即逢战乱, 饱受战火洗礼及船只撞击, 受损严重, 历史上曾多次进行维修加固。

灵桥为单跨中承式三铰拱结构钢桥, 跨长97.536m、桥宽25m (见图1) 。该桥主拱圈采用帽形断面, 矢跨比为1/6.5, 拱轴线为半径88.201m的圆弧线。全桥等间距布置H形截面吊杆12对, 吊杆中心距为7.925m。下部结构采用空箱式桥台和松木斜桩, 桥台基础由102根松木桩组成, 桩向桥梁外侧下方斜插入地面, 与平面夹角分别为75°, 50°, 17°。

灵桥于2011年11月7日再次受到船只严重撞击, 经特殊检测^[1], 该桥结构安全风险较大, 已不满足使用要求, 属于危桥, 需进行大修, 主要病害^[2]如下。

1) 拱肋横桥向上游侧拱轴线进一步向上偏斜32mm。百丈东街侧下游拱脚钢结构锈蚀严重, 板厚损失近1mm, 且拱脚存在大量积水 (见图2) 。

2) 吊杆主要病害为各类创伤和局部锈蚀, 弹孔处焊接修补大多存在缺陷, 甚至发展为裂纹。吊杆与拱肋连接处铆钉经超声波探伤未发现明显裂纹。

3) 纵、横梁病害为船撞变形、弹痕、锈蚀及开裂 (见图3) 。船撞变形在跨中几片横梁上最为突出, 甚至导致横梁下翼缘板撕裂脱落。

4) 桥面板开口肋与顶板间断式焊缝存在大量开焊情况, 且进一步加剧, 顶板非焊缝位置新出现21条纵桥向裂纹。桥面铺装严重损坏, 不但出现大量纵向裂纹, 甚至露出钢桥面板。

大修过程中, 按“修旧如旧”原则对灵桥结构进行维修加固^[3], 使其继续承担地面交通, 同时能保持风貌, 发挥历史文化功能, 维修加固方案^[4]如下。

1) 拱铰维修对拱肋进行支撑并凿除拱脚外包混凝土, 对拱铰进行检测, 如拱铰承载力不足, 则按原貌重新制造新拱铰予以替换。

2) 拱肋加固桥位搭设临时施工平台, 采用钢管支撑架固定拱肋, 沿纵向分为6段实施无应力拆除。拆下拱肋节段, 放在矫正台座和胎架上进行1+1模式维修。修好后在支架上重新拼接成整体, 恢复三铰拱结构。

3) 吊杆、风撑及桥门架加固拆除及安装均采用50t门式起重机, 拆除后在桥头厂房内进行维修加固。对吊杆角钢使用新角钢予以替换, 吊杆腹板按原样保留。拆除的风撑、桥门架经变形矫正和除锈涂装后再利用。

4) 桥面板与纵、横梁加固拆除后运至工厂进行维修加固, 其中纵、横梁经变形矫正和除锈涂装后再利用;对悬臂托架和钢桥面板采用新制的焊接结构予以替换;新托架与横梁采用高强螺栓连接;新桥面板与纵、横梁采用高强螺栓连接。拱肋维修完成后, 运至桥下重新安装就位。

5) 下部结构加固保留原桥台和木桩基础, 在原桥台两侧增加钻孔桩和承台, 通过植筋和施加横向预应力使新基础与原桥台紧密结合、共同受力, 对原空箱结构和拱脚处铰接结构予以拆除重建。

1) 改迁施工涉及的水、电、气等管线, 拆除灯柱、栏杆等附属设施, 保管栏杆以备重新利用。

2) 在桥位两侧搭建栈桥, 并安装1台50t门式起重机, 在百丈东街侧安装活动维修厂房。

3) 将桥面自跨中向两端分块整节段拆除后, 运至工厂进行维修加固。

4) 桥面拆除完毕后, 安装施工平台和拱肋支架;用支架将拱肋支撑牢固后, 拆除风撑和桥门架, 然后分段拆除拱肋, 每次吊装2段拱肋至活动厂房进行维修加固。拱肋施工的同时在岸上进行药行街侧基础加固施工。

5) 拱肋维修加固完成后, 安装药行街侧拱肋节段。同时拆除百丈东街侧引道上栈桥, 并施工该侧主桥基础, 基础施工完成后, 安装该侧拱肋节段。

6) 安装剩余拱肋节段, 恢复百丈东街侧引道上栈桥, 拆除施工平台和拱肋支架, 安装桥门架及吊杆。

7) 将修好的桥面板运至桥位处, 从两端向跨中逐块安装 (整节段安装) 。

8) 铺装沥青路面, 安装灯柱、栏杆等附属设施;回迁水、电、气等管线;拆除维修厂房和栈桥。

由于拱肋需进行矫正及加固施工, 且高空矫正及加固操作不便、矫正时对反力架刚度要求较大, 难以实施, 故考虑将拱肋按原设计分段位置进行拆分, 并搭设拱肋无应力拆除支架, 拆分步骤为: (1) 搭设拱肋拆除、安装支架, 用千斤顶顶紧拱肋, 解除中间拱铰; (2) 利用50t门式起重机分节段将拱肋进行拆分并吊至维修加固平台上; (3) 凿除拱脚处混凝土, 拆除拱脚节段。

将拆分的拱肋节段按施工顺序放在平台上, 根据拱肋节段扭曲程度、位置及变形数据确定最终矫正方案, 明确施加外力值及矫正次数。结合本桥特点, 由于拱肋钢材磷含量偏高, 高温作用下其金相组织和机械性能发生变化, 某些部位材质变脆, 因此拱肋变形矫正采用冷矫法施工。

由于箱形拱肋刚度较大, 矫正工作须在刚度较大的反力工装台座上进行, 工装台座与地垄进行可靠连接。根据拱肋形状设计可移动式矫正反力工装, 选择合适参数的油压千斤顶施加外力。为保证拱肋在矫正过程中不产生新的变形, 油压千斤顶必须施力均衡, 故采用PLC同步液压控制系统对千斤顶进行精确控制^[6] (见图4, 5) 。

为保持灵桥原有外观, 拱肋加固采用铆钉连接内衬钢板方式进行^[7]。内侧贴板由拱肋腹板顶、底及中轴线处的3块板组成。采用1+1节段模式试拼装, 加固步骤为: (1) 将矫正好的拱肋腹板上中间铆钉拆除、内侧除锈涂装; (2) 新增构件下料、制作; (3) 拱肋腹板顶端加强构件安装定位、与腹板连接孔群配钻孔、铆接; (4) 拱肋腹板中间纵、横加强构件安装定位、与腹板连接孔群配钻孔、铆接; (5) 拱肋腹板下端加强构件安装定位、与腹板连接孔群配钻孔、铆接; (6) 拱肋底板及加强构件安装定位、铆接; (7) 拱肋加固后进行1+1节段试拼装, 配钻接头连接孔群。拱肋加固涂装后, 将1/2拱肋分3段进行安装, 步骤如下。

1) 在施工平台上测量、放线, 定出拱肋支撑架安装位置, 利用50t门式起重机进行安装。在支撑架顶面焊接安装限位装置, 安装纵、横移动装置及顶升千斤顶。

2) 利用50t门式起重机安装药行街侧拱肋节段1, 上、下游各1节段。安装时, 拱肋起吊需安装角铁护角及橡胶皮, 起防滑、保护拱肋表面的作用;对接时, 临时连接拱肋端拱铰与预埋锚栓, 利用门式起重机转动拱肋节段1, 调整至设计角度, 在拱肋支撑架处抄垫, 稳定拱肋节段1。

3) 起吊拱肋, 对接安装拱肋节段2, 上、下游各1节段。对接时与拱肋节段1连接处用螺栓、冲钉固定;在拱肋支撑架处抄垫, 确保拱肋稳定;安装节段2上吊杆, 利用螺栓、冲钉临时连接。

4) 对接安装拱肋节段3, 上、下游各1节段。安装时与节段2连接处利用螺栓、冲钉固定;对接中铰轴, 竖、纵向通过千斤顶调整, 当横向需调整时, 安装横向千斤顶进行横移。

5) 利用50t门式起重机安装拱肋节段6 (百丈东街侧) , 上、下游各1节段, 安装方法及注意事项同步骤2) 。

6) 安装拱肋节段5 (百丈东街侧) , 上、下游各1节段, 安装方法及注意事项同步骤3) 。

7) 安装拱肋节段4 (百丈东街侧) , 上、下游各1节段。此时节段3, 4合龙对接, 拱肋安装完成 (见图6) 。

为遵循“修旧如旧”原则, 经工艺试验研究, 采用碳弧气刨+磁力钻钻芯技术拆除原有铆钉, 待桥梁加固及维修完成后, 利用全固态电磁感应加热铆钉技术和热铆铆接成型技术进行新制铆钉施工, 恢复原桥梁铆钉结构^[8]。

宁波市灵桥原设计寿命仅为70年, 现已超期服役。根据病害情况, 采用相应技术手段对该桥进行维修加固, 加固后该桥基本恢复原有历史文物风貌, 提高通行功能。