拱桥吊杆更换施工技术(唐赐明)

1、拱桥吊杆更换施工技术唐赐明（重庆桥都桥梁技术有限公司）摘要：结合工程实例，利用精轧螺纹钢及工字钢作为临时吊杆系统，将原吊杆的力转换至临时吊杆系统，再转换至更换的新吊杆，完成中下承式拱桥吊杆更换。关键词：拱桥；吊杆；更换；施工工艺前言自上世纪90年代开始，我国修建了大量中、下承式拱桥，该类桥梁主要是通过吊杆将桥面系的恒载及活载传递至拱肋，因此吊杆是关键的承重构件。当时旧吊杆体系采用的基本上是平行钢丝+镦头锚的方式。由于受当时技术水平、材料质量及施工质量等因素影响，桥梁竣工10多年后，吊杆便开始出现病害，随着时间的推移逐渐成为桥梁结构的安全隐患，甚至出现吊杆断裂致使桥梁垮塌的事件。吊杆的使用寿命一

2、般为20年，从上世纪90年代拱桥竣工至今，将有大量的吊杆达到其使用寿命，需要更换。笔者结合四川省绵阳市安昌二桥拱桥吊杆更换施工实践，对吊杆的更换进行探讨。1、工程概况 四川省绵阳市永安北路安昌二桥位于永兴至安县县道上，跨越安昌河，是变截面悬链线钢筋混凝土箱型中承式双肋吊杆拱桥，于1995年建成通车。桥梁上部结构主拱圈为变截面悬链线钢筋混凝土箱型双肋拱，肋间在桥面以下设有横撑与K型横撑；原桥吊杆采用热挤PE防护钢丝，每根吊杆共139根5高强平行钢丝，标准强度为1670Mpa，锚具为墩头锚；吊杆横联采用钢筋混凝土空心梁结构；拱及墩上立柱（横梁）采用钢筋混凝土框架结构。2008年汶川“512”地震时

3、，该桥损毁较严重。为消除隐患，在处治完其他病害后，决定将其吊杆全部予以更换。2、吊杆更换施工方法21施工措施2.1.1 施工支架及平台支架用钢管搭设，搭设前进行荷载验算，符合安全要求后才能施工。在拱肋下搭设满堂支架，施工支架需作为吊杆换索的平台，故脚手架的刚度和整体稳定性也要控制；支架搭设好后在其上满铺竹跳板即可使用。全桥采用扣件式钢管支架，钢管规格为48mm×3.5mm。横梁处用钢管、扣件搭设吊架，拱肋处用钢丝绳固定，中间在泄水孔位置采用钢丝绳拉住纵向钢绳，以保证钢丝绳的受力稳定、安全。2.1.2仪器设备 本项目使用的机械设备及仪器主要有：吊车2台，钻孔机2台，卷扬机2台，电焊机5

4、台，气割5套，混凝土裂缝观测仪1台，钢筋位置测定仪1台，空压机2台。 2.2 施工方法 在拟更换吊杆的拱顶下方和横梁吊点下部分别安装脚手架和施工挂篮，再安装临时吊杆 ，逐步顶升临时吊杆，将横梁顶升约1cm，待原吊杆放松后，逐根截断原吊索的钢丝以释放拟替换吊杆力，钢丝的切割与临时吊杆的预加力交替进行，以控制纵横梁竖向位移在允许范围内微小变化；解除旧索后及时安装新索，并逐步对新索施加预应力和放松临时吊杆。在换索全过程中，需跟踪检测索力和更换吊杆所在处(纵横梁相交处)的挠度变化情况，同时还应测量邻近点桥面标高，以决定是否需要调整索力。全桥换索结束后，需检测全桥的索力，测量吊索下锚固区标高，并进行循环

5、调整，直至索力和桥面线型与初值基本一致。2.2.1、 施工前的准备1）为使吊杆更换施工安全、顺利，换索前，需对拱肋、纵横梁部分裂缝进行必要的加固处理；同时建立导线点控制网，测量原吊杆上下锚垫板间距以确定新索长度；制作、安装工作平台及吊车牵引系统；对有关专用设备、仪器进行试验标定。新索长度确定方法：首先在该桥梁岸侧附近建立起导线点(网)，利用高精度全站仪测量吊杆上下锚固钢板中心点的空间坐标，计算其实际索长(L0)。本项测量误差要求为±5mm。根据设计单位及生产厂家的综合计算，为保证施工时调索安全，实际新索设计(下料)长度L取值为L0+2cm。由于安昌二桥从方案确定到开始制作吊杆的时间较

6、短，无法打开上下锚固区来测量上下锚板之间的距离，所以采用测量拱肋底到人行道顶面的长度，上下锚固区处采取理论计算来确定其长度。按照桥面高程调整的数据，计算出吊杆长度。为了克服因吊杆长度测量不准、理论计算造成的偏差，经各方协商，本项目将吊杆的两端可调部分适当加长，以保证安装时就位准确。2）换索施工的工作平台包括拱肋工作平台及桥下梁底更换钢吊杆的施工挂篮。拱肋工作平台采用在拱肋两侧架设满堂钢管架的方式，为保证通车安全，在车行道边缘采用彩钢瓦将操作位置与车道分隔开。桥面上的牵引系统主要是吊车、卷扬机、3t及5t葫芦，用于牵引拉索就位。换索施工的专用机具主要有临时吊杆、张拉连接器、挂索引出杆、千斤顶、油

7、泵、反力架、压力传感器及夹具、葫芦等。3）按设计图的要求，验算临时吊杆的可靠性。临时吊杆在换索过程中承担着吊索的任务，施工中采用8根 32mm预应力高强精轧螺纹粗钢筋作为临时吊杆。原吊杆拉索最大张力T=1160kN，则替代索拉应力可计算如下：每根精轧螺纹钢承受的张力为T÷8=1160÷8=145 kN螺纹钢的截面积为(d/2)2=3.14×（32÷2）2=804mm2每根精轧螺纹钢承受的拉应力Rg=145×103÷（804×106）=180MPa< =700MPa满足条件强度。安全系数K=700÷180=3.

8、9。4）张拉连接器采用45号钢加工；反力架用3cm厚钢板焊接而成（见图1）。使用前，临时吊杆、螺母及连接器均要进行探伤检测，对螺母连接器要逐个进行洛氏硬度检验，同时还需进行千斤顶与压力表的配套校验，以及引出杆、连接器、反力架的超张拉试验以及压力表与传感器的对照标定试验。图1 反力架具体做法如下。（1）利用标定好的传感器校正油泵压力表读数(MPa)与千斤顶压力(kN)之间的相关数据，拟合出千斤顶与压力表读数的回归方程。（2）利用压力机压力(kN)与油泵压力表读数(MPa)，得出相关数据，计算校核千斤顶的压力与压力表读数的回归方程及精确度。(3)根据吊索生产商提供的钢索P-S曲线，按张拉程序对所有

9、连接器、引出杆做超张拉试验。试验荷载取值为设计荷载的150。5）剥除吊杆上端拱肋处的锚固区混凝土。因拱肋是主要受力位置，不能扰动太大，剥除混凝土时一般采用錾子、手锤等工具。在特别困难的位置，实在不行可人工配合水钻、风镐等小型工具凿除，分别从锚固端顶面和拱底沿预埋钢管凿挖，用千斤顶将旧高强钢丝张拉拔出，清理干净方可采用小型工具逐步清除，施工时须注意扰动不要太大。2.2.2、临时吊杆安装及就位在施工准备阶段完成临时吊杆的制作，以便新吊杆到货后可及时安装。安昌二桥安装使用了2套临时吊杆系统。 （a） 上分配梁 （b）中分配梁 （c） 下分配梁图2分配梁安装时照片1）安昌二桥在拱肋下部两旁架设满堂钢管

10、架（图3），架设方式为：立杆纵向间距1.5m，横向间距为1.5m，横杆竖向间距1.3m。经施工验算后满足规范要求。 图3 钢管脚手架 图4 钢板锲形块2）上分配梁分别设置于原吊杆上下两侧附近，下面采用三角形钢板楔块调平（图4）。楔块尺寸为：宽度30cm，上、下楔块的长度均为350cm。由于主拱圈为变截面悬链线钢筋混凝土箱型中承式双拱，其拱轴系数为1.756，f0/l0=1/4。其拱肋截面高度为：拱顶为1.7m，拱脚为2.2m，截面宽度在桥面以上为1.5m，从桥面处至拱脚逐渐增至1.8m。可先通过求导得到楔块中心点所在处拱肋曲线斜率，再计算出其几何高度，其曲线斜率也可以采用现场量测的方式确定。楔

11、块安装时需保证水平，水平度不够时可采用其他薄形钢板塞垫。3）临时吊杆需穿过桥面。临时吊杆对应的位置在人行道上，用钻孔机在8根临时吊杆位置钻孔，以使其穿过桥面，将吊杆横梁兜吊起来。安昌二桥采用水钻钻孔，孔径为8.3cm。4）横梁下设移动式工作吊篮，每个吊篮的尺寸为长2m，宽1m，最少采用3个。5）用葫芦等工具将临时吊杆吊起，并安装就位，再调平紧固。6）更换吊杆时，每个吊点下各设1个50t液压千斤顶，用于顶升临时吊杆以抬升横梁1cm。副千斤顶为持力较稳定的机械型千斤顶。为使两端吊点能同时、同大小顶升，4个主千斤顶的液压油路要串通。安昌二桥千斤顶为4个单独的千斤顶，协同一致顶升,实现同步上升。顶升位

12、移为放松旧吊杆时，吊杆回缩的应变值，其随吊杆长度变化，略有增大。2.2.3、旧吊杆拆除1）临时吊杆安装就位后，旧吊杆采用多级放松的方式逐步拆除。千斤顶的总顶升量在忽略温度影响下，可近似计算：H=PL/(EA) 式中：P为中断交通时吊杆的拉力；L为吊杆两端锚垫板的之间的长度；E、A分别为吊杆钢材料的弹性模量及总截面积。一般分3次卸载，即每次顶升量为h=H/3,每次割断的钢丝面积为A/n,或钢丝根数m=A/(na)，a为单根钢丝截面积，n为卸载次数，钢丝总根数为139根，即每次截断46根。即每次的顶升力Pi=hEA/L(1-(i-1)/3)(i=1,2,3)。采用顶升力和顶升高度控制千斤顶的操作，

13、但以顶升高度为主，顶升力作为参考。放松的判断方式有：（1）通过理论计算，原高强钢丝的伸长量即H；（2）用精密水准仪随时观测桥面的相对高差，达到H值即可；（3）用细铁丝的尖端看锚垫板处是否有缝隙；（4）用锤子、钢管等敲击旧吊杆，用手感感觉吊杆拉力。2）在桥面往上一米五处截取30cm长的原吊杆HDFE护套,清除钢丝表面油脂，利用间距100 cm的2个索夹分别夹持住两端吊杆外侧，2个索夹用2根16的钢筋相连接，需防切割旧索时钢丝向外射出伤人，要求上下游吊杆索切割转换受力过程同步进行。用氧割逐根断丝，观测应力是否转移到兜吊系统上，被切割的吊杆与相邻跨监测点的高程变动差不超过±5mm 。3）清

14、理上锚头位置混凝土，割除上下锚头。主要采用人工凿除，实在不行可人工配合冲击钻、水钻、风镐等小型工具凿除。分别从锚固端顶面和拱底沿预埋钢管凿挖，用千斤顶将旧高强钢丝张拉拔出，再清理干净。4）旧吊杆完全割断后才可以开始凿除吊杆下锚头部分的封锚混凝土，下端封锚混凝土如无法用风镐清除。可采用手持冲击电钻垂直钻孔，人工凿除，避免梁体遭受破坏。本项目下端没有封锚混凝土，不需要处理。5）上端锚头部件、旧吊杆体清除上、下锚头用3t葫芦整体拔出吊梁（拱顶）外且达到足以安装单孔连接器的长度后，用气割割断钢丝,取掉锚杯及螺母。上下锚头部件取出后，用3t葫芦把预埋管内的旧吊杆抽出，且对原锚垫板进行打磨除锈处理。另外，

15、由于原设计中的预埋管低于桥面铺装层，雨水容易顺着管口流进管内，进而腐蚀锚头部分，因此，为了加强防水效果，需将铺装层凿开，并按设计要求，将下接长钢管埋置于铺装层内10cm。2.2.4、更换吊杆1）将验收并编好号的吊索按设计位置穿上吊杆，用葫芦将钢吊杆分别穿入上下预埋钢管内。钢吊杆安装就位后用卷扬机或葫芦将中间吊索吊起，通过连接器将吊索与钢吊杆连接起来。按设计要求将螺母安装到指定位置，上好引出杆。上端张拉引出杆按顺序安装大螺帽、连接器、反力架、千斤顶、张拉端大螺帽等。开动油泵，稍稍供油，千斤顶张拉缸保持适量的油压(约1MPa)后，调整千斤顶及反力架，使之与锚筒在同一轴线上。分级张拉新索，并分级解除

16、临时吊杆的索力，方法与卸索基本相同。唯一差别是临时吊杆的索力是用千斤顶逐级放松的。新索索力达到设计要求时拧紧大螺母，并解除临时吊杆（见图5）。 图5 割除旧吊杆及安装新吊杆2）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。3）新吊杆采用成品索，在生产、运输过程中可能发生碰撞，进场及安装后应对吊杆进行检查，对破损PE索套进行修复；在吊装及调索过程中，为避免钢丝绳或其他机具在PE护套上出现划痕，吊杆表面需用麻布或棉筋保护；运输到现场后，应将其展开，

17、以便于吊装；在现场应注意保护，远离焊接或其他产生火种的地方，防止火星飞溅到PE护套上，避免发生火灾。4）新吊杆张拉新吊杆安装完成后，应进行张拉，替换临时吊杆并承载桥面重量，以解除临时吊杆系统。新吊杆采用200t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临时吊杆的千斤顶，使临时吊杆的承载力逐步转移到新吊杆上。在承载力转移过程中，将桥面标高作为控制依据，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。张拉调整速度一般应小于10 MPa/ min ,直至张拉达到要求时停止,然后拧紧螺母（可一边张拉一边旋紧螺母）。全桥吊杆

18、更换完后，根据桥面标高情况，部分新吊杆还需进行2次调索张拉（见图6）。 图6采用顶端张拉吊杆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。吊杆更换过程中要注意保持桥梁的整体稳定性，避免桥面和横梁因变形过大而开裂，因此在更换过程中除了要控制张拉力不超出设计允许范围外，还要进行标高监测。为了不使拆除旧吊杆和张拉新吊杆时因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，需通过张拉力大小和标高双控原则进行施工监控。5）由于吊杆肩担纵梁的作用及受桥面系连续的影响，割除旧吊杆、张拉新吊杆、拆除兜吊系统时，吊杆的更

19、换张拉施工都影响到相临2根吊杆处桥面标高的变化，致使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。因此，需根据桥面结构和吊杆材料特性，通过数据分析，找到张拉调索过程中相临吊索之间的影响关系，对吊杆进行2次张拉调索，使张拉值和桥面标高达到预期目标。6)全部吊杆更换完成后,根据联测数据确定是否进行吊杆索力调整。调整时按1/ 2 ,1/ 4 ,1/ 8 的程序进行,且4点同步.为了减少调整步骤和次数,全桥调整之前应准确测出该工况下的确切索力和标高值。2.2.5拆除临时吊杆待临时吊杆的承载力逐步转移到新吊杆后，可拆除临时吊杆。采用3t葫芦配合，将临时吊杆拆除至下一个更换吊杆位置。2.2.6新吊杆

20、防腐在上下两端安装锚头保护罩,保护罩内灌注防腐油脂。下端防水罩安装时，必须使防水罩内圆面密封圈密贴于吊杆索外圆面,同时防水罩内圆面先涂刷胶水,胶水除有一定粘结力外,不会与密封圈产生化学反应。1)上下锚头防水防锈、防腐。上锚头采用防腐聚氨酯防腐，顶面采用钢板补强；下锚头采用防腐聚氨酯防腐，外盖封端盖板。2)减震装置。在上下锚管内安装高阻尼橡胶减震器，以减轻索的振颤。 3)钢管护套。在拉索下端距桥面15m范围内外裹钢管护套。 2.2.6、换索施工工艺 由于安昌二桥已运行14年，主体已处于稳定和均衡状态。本次换索的原则是尽量不改变结构大的受力状况，适度调整索力，以保持现有桥梁结构工作状态的连续性。为此，施工关键工序、工艺方法的确定至关重要。为保证换索过程中纵横梁和拱肋受力均衡，换索顺序确定为：两侧对称进行，最后更换