拱橋吊桿更換施工技術(唐賜明)

1、拱橋吊桿更換施工技術唐賜明（重慶橋都橋梁技術有限公司）摘要：結合工程實例，利用精軋螺紋鋼及工字鋼作為臨時吊桿系統(tǒng)，將原吊桿的力轉換至臨時吊桿系統(tǒng)，再轉換至更換的新吊桿，完成中下承式拱橋吊桿更換。關鍵詞：拱橋；吊桿；更換；施工工藝前言自上世紀90年代開始，我國修建了大量中、下承式拱橋，該類橋梁主要是通過吊桿將橋面系的恒載及活載傳遞至拱肋，因此吊桿是關鍵的承重構件。當時舊吊桿體系采用的基本上是平行鋼絲+鐓頭錨的方式。由于受當時技術水平、材料質量及施工質量等因素影響，橋梁竣工10多年后，吊桿便開始出現(xiàn)病害，隨著時間的推移逐漸成為橋梁結構的安全隱患，甚至出現(xiàn)吊桿斷裂致使橋梁垮塌的事件。吊桿的使用壽命一

2、般為20年，從上世紀90年代拱橋竣工至今，將有大量的吊桿達到其使用壽命，需要更換。筆者結合四川省綿陽市安昌二橋拱橋吊桿更換施工實踐，對吊桿的更換進行探討。1、工程概況 四川省綿陽市永安北路安昌二橋位于永興至安縣縣道上，跨越安昌河，是變截面懸鏈線鋼筋混凝土箱型中承式雙肋吊桿拱橋，于1995年建成通車。橋梁上部結構主拱圈為變截面懸鏈線鋼筋混凝土箱型雙肋拱，肋間在橋面以下設有橫撐與K型橫撐；原橋吊桿采用熱擠PE防護鋼絲，每根吊桿共139根5高強平行鋼絲，標準強度為1670Mpa，錨具為墩頭錨；吊桿橫聯(lián)采用鋼筋混凝土空心梁結構；拱及墩上立柱（橫梁）采用鋼筋混凝土框架結構。2008年汶川“512”地震時

3、，該橋損毀較嚴重。為消除隱患，在處治完其他病害后，決定將其吊桿全部予以更換。2、吊桿更換施工方法21施工措施2.1.1 施工支架及平臺支架用鋼管搭設，搭設前進行荷載驗算，符合安全要求后才能施工。在拱肋下搭設滿堂支架，施工支架需作為吊桿換索的平臺，故腳手架的剛度和整體穩(wěn)定性也要控制；支架搭設好后在其上滿鋪竹跳板即可使用。全橋采用扣件式鋼管支架，鋼管規(guī)格為48mm×3.5mm。橫梁處用鋼管、扣件搭設吊架，拱肋處用鋼絲繩固定，中間在泄水孔位置采用鋼絲繩拉住縱向鋼繩，以保證鋼絲繩的受力穩(wěn)定、安全。2.1.2儀器設備 本項目使用的機械設備及儀器主要有：吊車2臺，鉆孔機2臺，卷揚機2臺，電焊機5

4、臺，氣割5套，混凝土裂縫觀測儀1臺，鋼筋位置測定儀1臺，空壓機2臺。 2.2 施工方法 在擬更換吊桿的拱頂下方和橫梁吊點下部分別安裝腳手架和施工掛籃，再安裝臨時吊桿 ，逐步頂升臨時吊桿，將橫梁頂升約1cm，待原吊桿放松后，逐根截斷原吊索的鋼絲以釋放擬替換吊桿力，鋼絲的切割與臨時吊桿的預加力交替進行，以控制縱橫梁豎向位移在允許范圍內微小變化；解除舊索后及時安裝新索，并逐步對新索施加預應力和放松臨時吊桿。在換索全過程中，需跟蹤檢測索力和更換吊桿所在處(縱橫梁相交處)的撓度變化情況，同時還應測量鄰近點橋面標高，以決定是否需要調整索力。全橋換索結束后，需檢測全橋的索力，測量吊索下錨固區(qū)標高，并進行循環(huán)

5、調整，直至索力和橋面線型與初值基本一致。2.2.1、 施工前的準備1）為使吊桿更換施工安全、順利，換索前，需對拱肋、縱橫梁部分裂縫進行必要的加固處理；同時建立導線點控制網，測量原吊桿上下錨墊板間距以確定新索長度；制作、安裝工作平臺及吊車牽引系統(tǒng)；對有關專用設備、儀器進行試驗標定。新索長度確定方法：首先在該橋梁岸側附近建立起導線點(網)，利用高精度全站儀測量吊桿上下錨固鋼板中心點的空間坐標，計算其實際索長(L0)。本項測量誤差要求為±5mm。根據(jù)設計單位及生產廠家的綜合計算，為保證施工時調索安全，實際新索設計(下料)長度L取值為L0+2cm。由于安昌二橋從方案確定到開始制作吊桿的時間較

6、短，無法打開上下錨固區(qū)來測量上下錨板之間的距離，所以采用測量拱肋底到人行道頂面的長度，上下錨固區(qū)處采取理論計算來確定其長度。按照橋面高程調整的數(shù)據(jù)，計算出吊桿長度。為了克服因吊桿長度測量不準、理論計算造成的偏差，經各方協(xié)商，本項目將吊桿的兩端可調部分適當加長，以保證安裝時就位準確。2）換索施工的工作平臺包括拱肋工作平臺及橋下梁底更換鋼吊桿的施工掛籃。拱肋工作平臺采用在拱肋兩側架設滿堂鋼管架的方式，為保證通車安全，在車行道邊緣采用彩鋼瓦將操作位置與車道分隔開。橋面上的牽引系統(tǒng)主要是吊車、卷揚機、3t及5t葫蘆，用于牽引拉索就位。換索施工的專用機具主要有臨時吊桿、張拉連接器、掛索引出桿、千斤頂、油

7、泵、反力架、壓力傳感器及夾具、葫蘆等。3）按設計圖的要求，驗算臨時吊桿的可靠性。臨時吊桿在換索過程中承擔著吊索的任務，施工中采用8根 32mm預應力高強精軋螺紋粗鋼筋作為臨時吊桿。原吊桿拉索最大張力T=1160kN，則替代索拉應力可計算如下：每根精軋螺紋鋼承受的張力為T÷8=1160÷8=145 kN螺紋鋼的截面積為(d/2)2=3.14×（32÷2）2=804mm2每根精軋螺紋鋼承受的拉應力Rg=145×103÷（804×106）=180MPa< =700MPa滿足條件強度。安全系數(shù)K=700÷180=3.

8、9。4）張拉連接器采用45號鋼加工；反力架用3cm厚鋼板焊接而成（見圖1）。使用前，臨時吊桿、螺母及連接器均要進行探傷檢測，對螺母連接器要逐個進行洛氏硬度檢驗，同時還需進行千斤頂與壓力表的配套校驗，以及引出桿、連接器、反力架的超張拉試驗以及壓力表與傳感器的對照標定試驗。圖1 反力架具體做法如下。（1）利用標定好的傳感器校正油泵壓力表讀數(shù)(MPa)與千斤頂壓力(kN)之間的相關數(shù)據(jù)，擬合出千斤頂與壓力表讀數(shù)的回歸方程。（2）利用壓力機壓力(kN)與油泵壓力表讀數(shù)(MPa)，得出相關數(shù)據(jù)，計算校核千斤頂?shù)膲毫εc壓力表讀數(shù)的回歸方程及精確度。(3)根據(jù)吊索生產商提供的鋼索P-S曲線，按張拉程序對所有

9、連接器、引出桿做超張拉試驗。試驗荷載取值為設計荷載的150。5）剝除吊桿上端拱肋處的錨固區(qū)混凝土。因拱肋是主要受力位置，不能擾動太大，剝除混凝土時一般采用鏨子、手錘等工具。在特別困難的位置，實在不行可人工配合水鉆、風鎬等小型工具鑿除，分別從錨固端頂面和拱底沿預埋鋼管鑿挖，用千斤頂將舊高強鋼絲張拉拔出，清理干凈方可采用小型工具逐步清除，施工時須注意擾動不要太大。2.2.2、臨時吊桿安裝及就位在施工準備階段完成臨時吊桿的制作，以便新吊桿到貨后可及時安裝。安昌二橋安裝使用了2套臨時吊桿系統(tǒng)。 （a） 上分配梁 （b）中分配梁 （c） 下分配梁圖2分配梁安裝時照片1）安昌二橋在拱肋下部兩旁架設滿堂鋼管

10、架（圖3），架設方式為：立桿縱向間距1.5m，橫向間距為1.5m，橫桿豎向間距1.3m。經施工驗算后滿足規(guī)范要求。 圖3 鋼管腳手架 圖4 鋼板鍥形塊2）上分配梁分別設置于原吊桿上下兩側附近，下面采用三角形鋼板楔塊調平（圖4）。楔塊尺寸為：寬度30cm，上、下楔塊的長度均為350cm。由于主拱圈為變截面懸鏈線鋼筋混凝土箱型中承式雙拱，其拱軸系數(shù)為1.756，f0/l0=1/4。其拱肋截面高度為：拱頂為1.7m，拱腳為2.2m，截面寬度在橋面以上為1.5m，從橋面處至拱腳逐漸增至1.8m?？上韧ㄟ^求導得到楔塊中心點所在處拱肋曲線斜率，再計算出其幾何高度，其曲線斜率也可以采用現(xiàn)場量測的方式確定。楔

11、塊安裝時需保證水平，水平度不夠時可采用其他薄形鋼板塞墊。3）臨時吊桿需穿過橋面。臨時吊桿對應的位置在人行道上，用鉆孔機在8根臨時吊桿位置鉆孔，以使其穿過橋面，將吊桿橫梁兜吊起來。安昌二橋采用水鉆鉆孔，孔徑為8.3cm。4）橫梁下設移動式工作吊籃，每個吊籃的尺寸為長2m，寬1m，最少采用3個。5）用葫蘆等工具將臨時吊桿吊起，并安裝就位，再調平緊固。6）更換吊桿時，每個吊點下各設1個50t液壓千斤頂，用于頂升臨時吊桿以抬升橫梁1cm。副千斤頂為持力較穩(wěn)定的機械型千斤頂。為使兩端吊點能同時、同大小頂升，4個主千斤頂?shù)囊簤河吐芬?。安昌二橋千斤頂?個單獨的千斤頂，協(xié)同一致頂升,實現(xiàn)同步上升。頂升位

12、移為放松舊吊桿時，吊桿回縮的應變值，其隨吊桿長度變化，略有增大。2.2.3、舊吊桿拆除1）臨時吊桿安裝就位后，舊吊桿采用多級放松的方式逐步拆除。千斤頂?shù)目傢斏吭诤雎詼囟扔绊懴?，可近似計算：H=PL/(EA) 式中：P為中斷交通時吊桿的拉力；L為吊桿兩端錨墊板的之間的長度；E、A分別為吊桿鋼材料的彈性模量及總截面積。一般分3次卸載，即每次頂升量為h=H/3,每次割斷的鋼絲面積為A/n,或鋼絲根數(shù)m=A/(na)，a為單根鋼絲截面積，n為卸載次數(shù)，鋼絲總根數(shù)為139根，即每次截斷46根。即每次的頂升力Pi=hEA/L(1-(i-1)/3)(i=1,2,3)。采用頂升力和頂升高度控制千斤頂?shù)牟僮鳎?/p>

13、但以頂升高度為主，頂升力作為參考。放松的判斷方式有：（1）通過理論計算，原高強鋼絲的伸長量即H；（2）用精密水準儀隨時觀測橋面的相對高差，達到H值即可；（3）用細鐵絲的尖端看錨墊板處是否有縫隙；（4）用錘子、鋼管等敲擊舊吊桿，用手感感覺吊桿拉力。2）在橋面往上一米五處截取30cm長的原吊桿HDFE護套,清除鋼絲表面油脂，利用間距100 cm的2個索夾分別夾持住兩端吊桿外側，2個索夾用2根16的鋼筋相連接，需防切割舊索時鋼絲向外射出傷人，要求上下游吊桿索切割轉換受力過程同步進行。用氧割逐根斷絲，觀測應力是否轉移到兜吊系統(tǒng)上，被切割的吊桿與相鄰跨監(jiān)測點的高程變動差不超過±5mm 。3）清

14、理上錨頭位置混凝土，割除上下錨頭。主要采用人工鑿除，實在不行可人工配合沖擊鉆、水鉆、風鎬等小型工具鑿除。分別從錨固端頂面和拱底沿預埋鋼管鑿挖，用千斤頂將舊高強鋼絲張拉拔出，再清理干凈。4）舊吊桿完全割斷后才可以開始鑿除吊桿下錨頭部分的封錨混凝土，下端封錨混凝土如無法用風鎬清除。可采用手持沖擊電鉆垂直鉆孔，人工鑿除，避免梁體遭受破壞。本項目下端沒有封錨混凝土，不需要處理。5）上端錨頭部件、舊吊桿體清除上、下錨頭用3t葫蘆整體拔出吊梁（拱頂）外且達到足以安裝單孔連接器的長度后，用氣割割斷鋼絲,取掉錨杯及螺母。上下錨頭部件取出后，用3t葫蘆把預埋管內的舊吊桿抽出，且對原錨墊板進行打磨除銹處理。另外，

15、由于原設計中的預埋管低于橋面鋪裝層，雨水容易順著管口流進管內，進而腐蝕錨頭部分，因此，為了加強防水效果，需將鋪裝層鑿開，并按設計要求，將下接長鋼管埋置于鋪裝層內10cm。2.2.4、更換吊桿1）將驗收并編好號的吊索按設計位置穿上吊桿，用葫蘆將鋼吊桿分別穿入上下預埋鋼管內。鋼吊桿安裝就位后用卷揚機或葫蘆將中間吊索吊起，通過連接器將吊索與鋼吊桿連接起來。按設計要求將螺母安裝到指定位置，上好引出桿。上端張拉引出桿按順序安裝大螺帽、連接器、反力架、千斤頂、張拉端大螺帽等。開動油泵，稍稍供油，千斤頂張拉缸保持適量的油壓(約1MPa)后，調整千斤頂及反力架，使之與錨筒在同一軸線上。分級張拉新索，并分級解除

16、臨時吊桿的索力，方法與卸索基本相同。唯一差別是臨時吊桿的索力是用千斤頂逐級放松的。新索索力達到設計要求時擰緊大螺母，并解除臨時吊桿（見圖5）。 圖5 割除舊吊桿及安裝新吊桿2）穿新吊桿時應注意以下幾點。（1）吊點綁扎牢固，防止脫落損傷吊桿或軋傷人。（2）穿吊桿時錨孔入口用麻布圍墊，防止吊桿進入錨孔時刮傷PE護套。（3）吊桿錨頭穿進錨孔時一定要垂直慢慢穿，防止錨頭螺紋磨傷。3）新吊桿采用成品索，在生產、運輸過程中可能發(fā)生碰撞，進場及安裝后應對吊桿進行檢查，對破損PE索套進行修復；在吊裝及調索過程中，為避免鋼絲繩或其他機具在PE護套上出現(xiàn)劃痕，吊桿表面需用麻布或棉筋保護；運輸?shù)浆F(xiàn)場后，應將其展開，

17、以便于吊裝；在現(xiàn)場應注意保護，遠離焊接或其他產生火種的地方，防止火星飛濺到PE護套上，避免發(fā)生火災。4）新吊桿張拉新吊桿安裝完成后，應進行張拉，替換臨時吊桿并承載橋面重量，以解除臨時吊桿系統(tǒng)。新吊桿采用200t千斤頂配精密油表在拱肋上端進行張拉，千斤頂與吊桿上錨頭通過張拉桿連接，在千斤頂提升張緊吊桿過程中，同步放松橋面橫梁下臨時吊桿的千斤頂，使臨時吊桿的承載力逐步轉移到新吊桿上。在承載力轉移過程中，將橋面標高作為控制依據(jù)，盡量保持橋面標高在最小范圍內變動的情況下完成力的傳遞。張拉調整速度一般應小于10 MPa/ min ,直至張拉達到要求時停止,然后擰緊螺母（可一邊張拉一邊旋緊螺母）。全橋吊桿

18、更換完后，根據(jù)橋面標高情況，部分新吊桿還需進行2次調索張拉（見圖6）。 圖6采用頂端張拉吊桿在保持橋梁整體性的情況下，用新的吊桿置換原吊桿上的承載力，力求新吊桿的承載力達到吊桿的原設計拉力，并使橋面標高能夠達到設計值。吊桿更換過程中要注意保持橋梁的整體穩(wěn)定性，避免橋面和橫梁因變形過大而開裂，因此在更換過程中除了要控制張拉力不超出設計允許范圍外，還要進行標高監(jiān)測。為了不使拆除舊吊桿和張拉新吊桿時因橋面標高變化過大而引起橋面或橫梁開裂，在更換吊桿的施工過程中，需通過張拉力大小和標高雙控原則進行施工監(jiān)控。5）由于吊桿肩擔縱梁的作用及受橋面系連續(xù)的影響，割除舊吊桿、張拉新吊桿、拆除兜吊系統(tǒng)時，吊桿的更

19、換張拉施工都影響到相臨2根吊桿處橋面標高的變化，致使新吊桿的張拉力和橋面標高控制與預定值會產生一定變化。因此，需根據(jù)橋面結構和吊桿材料特性，通過數(shù)據(jù)分析，找到張拉調索過程中相臨吊索之間的影響關系，對吊桿進行2次張拉調索，使張拉值和橋面標高達到預期目標。6)全部吊桿更換完成后,根據(jù)聯(lián)測數(shù)據(jù)確定是否進行吊桿索力調整。調整時按1/ 2 ,1/ 4 ,1/ 8 的程序進行,且4點同步.為了減少調整步驟和次數(shù),全橋調整之前應準確測出該工況下的確切索力和標高值。2.2.5拆除臨時吊桿待臨時吊桿的承載力逐步轉移到新吊桿后，可拆除臨時吊桿。采用3t葫蘆配合，將臨時吊桿拆除至下一個更換吊桿位置。2.2.6新吊桿

20、防腐在上下兩端安裝錨頭保護罩,保護罩內灌注防腐油脂。下端防水罩安裝時，必須使防水罩內圓面密封圈密貼于吊桿索外圓面,同時防水罩內圓面先涂刷膠水,膠水除有一定粘結力外,不會與密封圈產生化學反應。1)上下錨頭防水防銹、防腐。上錨頭采用防腐聚氨酯防腐，頂面采用鋼板補強；下錨頭采用防腐聚氨酯防腐，外蓋封端蓋板。2)減震裝置。在上下錨管內安裝高阻尼橡膠減震器，以減輕索的振顫。 3)鋼管護套。在拉索下端距橋面15m范圍內外裹鋼管護套。 2.2.6、換索施工工藝 由于安昌二橋已運行14年，主體已處于穩(wěn)定和均衡狀態(tài)。本次換索的原則是盡量不改變結構大的受力狀況，適度調整索力，以保持現(xiàn)有橋梁結構工作狀態(tài)的連續(xù)性。為此，施工關鍵工序、工藝方法的確定至關重要。為保證換索過程中縱橫梁和拱肋受力均衡，換索順序確定為：兩側對稱進行，最后更換