拱桥吊杆的更换施工及维修加固.doc

拱桥吊杆的更换施工及维修加固摘要：G105线从化段彩虹桥为主拱90m跨的中承式砼肋拱，根据检测的结果，对该桥吊杆进行更换，并对桥面进行重新铺装和横梁的维修加固，以提高桥梁整体承载力。重点介绍快捷更换吊杆的成功经验和施工控制。关键词：中承式砼拱桥；吊杆更换；施工控制Replacement of Hangers and the Rehabilitation of the Mid-supported Concrete Arch Slab BridgeAbstract: Caihong Bridge in Conghua segment of G105 line is a mid-supported concrete arch slab bridge which has a span of 90 m. According to the checking result, hangers are replaced, diaphragm are reinforced and cross beams are reinforced in order to improve the load-carrying capacity. The successful experiences and construction control methods in the replacement of hangers are introduced particularly.Key words: mid-supported concrete arch bridge, the replacement of hangers, construction control1、工程概况1.1 原桥总体概况：彩虹桥于G105线从化段跨流溪河水库，桥跨径组合为3X5m(简支梁)+90m（中承式砼肋拱）+2X30m（板拱），桥面宽12m，肋拱为矢跨1:4.5的变截面悬链线无铰拱，设12对高强钢丝冷铸墩头锚吊杆，吊杆由61根5平行钢丝组成，外包PE护套，钢筋砼吊杆横梁，吊杆间距5米，桥面为预制钢筋砼空心板加现浇湿接头，桥面纵向水平，横向双向2%横坡（见图1）。设计荷载：汽20级、挂100、人群3KN/m2。该桥于1990年建成通车，经过十几年的繁重交通运行，该桥已表现出不同程度的病害，有关单位结合该段道路的改造，根据委托检测中心对该桥现状的检验结果，对该桥进行维修加固，以适应新的道路交通要求。1.2 病害情况：根据重庆公路工程检测中心于2002年10月份的检验报造，大桥主要存在的病害情况如下：吊杆横梁跨中下缘有大量坚向裂缝；吊杆PE套老化，下锚头外部锈蚀，安全系数不足；两板拱圈两侧均有纵向裂缝，均有水渗出；桥面有多条横向裂缝，靠近拱脚段稍多，主拱桥桥面纵向高程不一，最大相差5cm。在进行工程的加固维修施工前，凿开吊杆周围人行道水泥板，发现吊杆受腐蚀的情况比预测的还要严重，由于该中承式砼肋拱结构当时在全国的桥梁中并不多，吊杆结构设置自身防腐蚀措施能力不足，锚头没有热挤压防护罩；而且施工时也没有经过很好的防水防锈处理，吊杆在桥面面层砼联接处，只是简单的用竹片或水泥纸包裹，经过长期的桥面雨水渗透腐蚀，吊杆根部外层PE护套几乎全部腐烂，有部份吊杆钢丝已裸露在外面，并有部份已腐蚀（见图2）；在凿开吊杆周边砼时还发现，穿吊杆的横梁端部预埋钢管原施工设计图纸为130mm，而实际的管径要小一点，最小的只有为123mm，而且管内已填满的水泥。1.3 工程加固维修目标根据桥梁检测的结果及现场发现的情况，经过有关单位的加固维修设计，在保证原桥的整体性的前提下，全部更换吊杆，而且把吊杆加粗，每根吊杆更换为73根5镀锌高强平行钢丝，外包PE护套，并在桥面处锚头设置防水罩 ；凿除原桥面板，通过张拉调整各吊杆的索力，达到桥面的水平线形，在更换施工时吊杆张拉力不超出设计范围；吊杆横梁底部加钢板，提高搞弯能力；裂缝灌环氧树脂密封浆液，并通过重新铺装桥面砼来防止桥面水渗漏和改善桥面线形和路况。2 、更换吊杆施工工艺该中承砼拱共有12对吊杆，最长的9#吊杆长为10.37m，最短的4#吊杆长为4m，新吊杆型号为OVMDM5-73CH，73根5平行钢丝强度为1670Mpa，组合式墩头锚吊杆，为了保证吊杆的质量，两端锚头钢丝在工厂镦头加工，并用热挤塑包裹，到现场直接安装。按设计方提供建议的更换吊杆施工方案，采用拱背上设置三角块，组成一个工作平台，在拱背的平台上设四根一组临时吊杆穿过桥面兜吊横梁，将原吊杆力转到临时吊杆上，再割除旧吊杆装上新吊杆。但经过仔细考虑，中承拱桥的吊杆上锚头为下埋式，拱圈面呈圆弧状，每根吊杆上锚头位置的拱背斜度都不同，三角块不能通用，三角块也不好固定，而且在高处作业也不方便，如采用此方案，施工困难而且无法满足工期紧的要求。经过认真的计算桥面系重量和吊杆的受力情况，决定采用桥面纵梁分担法，直接在桥面两侧各放一组贝雷梁，利用贝雷梁做肩担梁，在贝雷梁中间设一组四根精轧螺纹钢筋作临时吊杆，穿过桥面，兜吊下横梁，将旧吊杆力通过临时吊杆和肩担梁传递到两侧的相临两根吊杆上，再割除旧吊杆，装上新吊杆。全桥共24根吊杆全部进行更换，每次同时更换一对（两根）吊杆，更换吊杆按以下施工流程进行（图3）：2.1 施工平台由于该桥桥底为流溪河水库，净空约有12米，水又深，从桥底搭设施工平台是不太可能的，因此采用可移动吊篮作施工平台，移动小车放在人行道上，用水泥块作配重，经过倾覆计算，保证配重在1.5倍安全系数以上。移动小车的挑梁跨过人行道栏杆伸出桥外，吊篮挂在移动小车的挑梁上，吊篮平台宽2米，长14米，吊篮在施工作业时固定在桥面的横梁上，保证施工作业的安全。前移吊篮时，作业人员全部撤出吊篮，牵引移动小车即可移动整个施工平台。2.2 设置临时吊杆由于该拱桥桥面板为预制吊装板梁，板梁放在5米一条的横梁上，先简支后连续，桥面系无纵梁，因此整个桥梁体系受力明确，每对吊杆的永久荷载即为一条横梁重量加上一孔桥面系的重量，单根吊杆的承载约为420KN。在桥面两侧靠近行车道位置，安装两组贝雷梁长12米，贝雷梁上下桁杆加强以减少挠度，贝雷梁两端用枕木垫在相临两条横梁的上方，在紧挨横梁的两侧桥面各凿开两个约80的孔洞，以穿临时吊杆，一组临时吊杆由四根32精扎螺纹钢筋组成，临时吊杆下端设横梁平台，在平台上放一台DZ100油压千斤顶，油压千斤顶通过放在桥面上的油泵机控制，为了能够准确撑握数据，千斤顶经过标定后再使用。2.3 拆除旧吊杆更换旧吊杆从中间最长束向两边依次进行，以拆除第一对吊杆9#吊杆为例。同步起升横梁两侧的油压千斤顶，将旧吊杆荷载部分卸载，注意观察桥面标高变化、下横梁和横梁上的桥面情况，防止顶升过程中出现新的裂缝，认真检查临时吊杆和横梁的受力情况，确认临时系统没问题再进行旧吊杆的割除；第一次施加旧吊杆荷载的25%力约100KN，发现桥面只起升2-3mm，用切割机切断旧吊杆10根钢丝，切割后桥面又下沉了1-2mm。完成第一次切割后，按同样的方法和流程分六次切断旧吊杆的全部钢丝，拆除旧吊杆。最后一次千斤顶施加了500KN力，桥面下游侧升高9mm，上游侧升高1.2cm。在切断旧吊杆的过程中，还需记录每次桥面的标高变化、千斤顶的顶升量和顶升力、贝雷梁的挠度，以便为拆除下一根吊杆提供参考。2.4 新吊杆的安装旧吊杆拆除后，由于锚孔在原来施工时已用砼堵塞，因此必需先将孔内清理干净，确保新吊杆锚头能够穿过，并将孔内预埋钢管和上下锚垫板除锈涮漆。 新吊杆在工厂整体加工制作完成，可以保证吊杆质量。新吊杆的安装通过桥面上的QY8汽车起重机配合完成：将吊绳从拱圈上端锚孔穿下，绑住新吊杆的一端，通过汽车卷扬作业，将新吊杆沿锚孔由下往上提升，垂直吊起新吊杆后，再将吊杆的下锚头沿桥面锚孔往下穿，先用螺母固定上锚头，再扭紧下锚头螺母。穿新吊杆时应注意以下几点：1）、吊点绑扎牢固，防止脱落损伤吊杆或轧伤人。2）、穿吊杆时锚孔入口用麻布围垫，防止吊杆进入锚孔时刮伤PE护套。3）、吊杆锚头穿进锚孔时一定要垂直慢慢穿，防止锚头螺纹磨伤。2.5 新吊杆的张拉吊杆安装完成后，应对吊杆进行张拉，使其替换临时吊杆承载桥面重量，以便解除临时吊杆系统。新吊杆采用60吨千斤顶配精密油表在拱肋上端进行张拉，千斤顶与吊杆上锚头通过张拉杆连接，在千斤顶提升张紧吊杆过程中，同步放松桥面横梁下的千斤顶，使临时吊杆的承载力逐步转移到新吊上，在这力的转移过程中，由桥面标高来作为控制依据，尽量保持桥面标高在最小范围内变动的情况下完成力的传递。新吊杆在完成全桥的吊杆更换后，根据桥面标高情况，部分吊杆还需进行二次调索张拉。由于吊杆锚头螺纹长度有限，吊杆在张拉施工过程中，吊杆下锚端与横梁底面间用3030cm，厚度20mm和10mm的钢板垫 ，张拉完后对桥面锚孔周围用环氧砂浆砼设围栏，并在锚头上安装防水罩，防止雨水或桥面水渗入锚孔，腐蚀吊杆。3、 更换吊杆的施工控制更换吊杆工程是为了在保持桥梁整体性的情况下，用新的吊杆置换原吊杆上的承载力，力求更换后新吊杆的承载力达到吊杆的原设计拉力，并使桥面标高能够达到设计值。在更换过程中要注意保持桥梁的整体稳定性，要避免桥面和横梁变形过大而开裂，因此在更换过程中要除了控制张拉力不超出设计允许范围，同时还要进行标高的监测。为了不使拆除旧吊杆和张拉新吊时，桥面标高变化过大而引起桥面或横梁开裂，在更换吊杆的施工过程中，通过张拉力和标高双控原则进行施工监控。考虑到旧桥面已有多处开裂，更换全部吊杆后再凿除旧桥面，进行二次调索后再进行新桥面铺装。在施工测量监控过程中发现，由于肩担纵梁的作用及桥面整连续的影响，割除旧吊杆、张拉新吊杆、拆除兜吊系统时，每对吊杆的更换张拉施工都影响到相临两根吊杆处桥面标高的变化，这使得新吊杆的张拉力和桥面标高控制与预定值会产生一定变化。根据桥面结构和吊杆材料特性，用平面杆系进行电算，通过数据分析，得出张拉调索过程中，相临吊索之间的影响关系，对吊杆进行二次张拉调索。使张拉值和桥面标高达到预期目标。而且由于旧桥面标高不一（凿除旧桥面后），考虑到新桥面铺装重量也会影响到桥面标高的变化，因此在计算张拉力和标高之间的变化关系时，考虑了重新铺装桥面层重量的影响因素。经过认真计算及对桥面铺装前和铺装后标高的整合，在桥面铺装后的标高测量中，桥面标高值也较接近预期值。考虑对桥面标高的调整幅度会使后连续的桥面产生内力，对相临吊杆的索力也会产生影响，因此新桥面标高在设计值与原实际值的基础上进行整合，使其线形比原桥面水平度有了较大的改善，桥面线形比较示意如图4所示：4、 横梁加固处理由于发现部分桥面横梁有细微裂纹，同时为了提高桥梁的承载力，增加横梁的抗弯能力，对横梁进行底部粘贴钢板的加固处理，横梁总长为11米，宽70cm，粘贴长6米,宽66cm,厚为6mm的Q345钢板，为能够使钢板更好地与横梁砼连接，采用灌浆法，在对钢板表面和砼表面进行处理后，先将钢板用锚栓固定在横梁底，并使钢板与砼面间留有35mm的空隙，以便函灌胶，用环氧密封胶对钢板四进行封边，并预留注浆嘴和排气管，再用压浆泵将灌注结构胶GROUT通过压浆嘴注入，待固结后，钢板与横梁共同承载。5、 结束语更换旧吊杆作为彩虹桥维修加固项目的控制性工序，能在一个多月的时间内成功地更换全桥的24根吊杆，对整个工程按期按质完成施工任会务起到了关键作用，这与在施工前选用合理快捷的施工工艺、施工过程中的施工监控和认真的分析计算是分不开的，在换索施工过程中总结以下几点经验和建议：1） 导致该桥吊杆的腐蚀，影响吊索寿命的主要原因是防护不到位。由于结构或施工时对吊索的保护措施不足或不当，常年累月的雨水渗漏，以致辞PE护套腐烂开裂，没有得到及时的维修，使钢丝暴露在空气中而产生锈蚀。在今后的修建或维护施工过程中，吊索特别是锚头的保护应加以重视，尽量在工厂里整装，保证吊索质量，并在调索后，及时设置防水罩，防止雨水渗漏。2） 通过在桥面行车道两侧设置纵梁