拱桥吊杆更换施工技术

拱桥吊杆更换施工技术唐赐明;田世清【摘要】结合工程实例，介绍一种中承式拱桥吊杆更换新技术利用精轧螺纹钢及组合工字钢分配梁作为临时吊杆系统,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.该技术已经安昌二桥工程验证，具备安全可靠，施工简便的特点，值得推广.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷)，期】2013(000)002【总页数】5页(P97-101)【关键词】拱桥;吊杆;更换;施工工艺【作者】唐赐明;田世清【作者单位】重庆桥都桥梁技术有限公司，重庆400015【正文语种】中文【中图分类】U448.22自上世纪90年代始，我国修建了大量中、下承式拱桥。这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。由于受当时技术水平、材料质量及施工质量等因素的影响，有的桥梁在竣工10多年后，吊杆便因腐蚀等原因开始出现病害。随着时间的推移，拱桥吊杆逐渐成为桥梁结构的安全隐患，甚至出现了吊杆断裂致使桥梁垮塌的悲剧。实际上，即使正常使用，吊杆的使用寿命一般也仅为20年，因此，从上世纪90年代大量拱桥竣工算起，将有大量的吊杆陆续达到其使用寿命，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，对吊杆的更换施工技术进行探讨。1工程概况四川省绵阳市安昌二桥位于永兴至安县县道上，跨越安昌河，是中承式双肋吊杆拱桥，于1995年建成通车。该桥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。吊杆采用热挤PE防护钢丝，每根吊杆共139根①5mm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“5・12”地震时，该桥损毁较严重。为消除隐患，处治完其他病害后，决定将吊杆全部更换。2吊杆更换施工方法2.1施工措施2.1.1施工支架及平台安昌二桥支架用钢管搭设，搭设前进行荷载验算，符合安全要求后开始施工。在拱肋下搭设满堂支架，作为吊杆换索的平台，故也要控制脚手架的刚度和整体稳定性。全桥采用扣件式钢管支架，钢管规格①48mmx3.5mm。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，以保证钢丝绳受力稳定、安全。2.1.2设备和仪器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的力。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的微小变化。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。2.2.1施工前准备为使吊杆更换施工安全、顺利，换索前，需对拱肋、纵横梁裂缝进行必要的加固处理;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:采用测量拱肋底到人行道顶面的长度，两端锚固未见部分用理论计算来确定其长度。并按照桥面高程调整的数据，计算出原桥吊杆长度。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，在车行道边缘用彩钢瓦将操作位置与行车道分隔开。临时吊杆在换索过程中承担着吊索的任务。按照设计图要求，验算临时吊杆的可靠性。施工中采用8根d=32mm的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，则替代索的拉应力按下式计算：每根精轧螺纹钢承受的张力为T1=T-8=1160-8=145kN;螺纹钢的截面积为A=n(d/2)2=3.14x(32-2)2=804mm2;每根精轧螺纹钢承受的拉应力Rg=145x103-(804x106)=180MPa<[a]=700MPa，满足强度要求；安全系数K=700-180=3.9。反力架用3cm厚钢板焊接而成(图1)。使用前，临时吊杆、螺母及连接器均需进行探伤检测，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，以及进行引出杆、连接器、反力架的超张拉试验和压力表与传感器的对照标定试验。2.2.2临时吊杆安装施工准备阶段需完成临时吊杆的制作。安昌二桥新吊杆安装使用了2套临时吊杆系统。临时吊杆系统由上分配梁、中分配梁、下分配梁、精轧螺纹钢、精轧螺纹管螺帽等组成（图2）。图1反力架1） 安昌二桥在拱肋下部两旁架设了满堂钢管架（图3）。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30cm，上、下楔块长度均为350cm。楔块中心点所在处拱肋曲线斜率，采用现场量测的方式确定。楔块安装时需保证水平，水平度不够时可采用薄形钢板塞垫。3） 临时吊杆精轧螺纹钢需穿过桥面，其对应的位置在人行道板上，用钻孔机在临时吊杆需穿过的位置处钻孔，以使其穿过人行道板，将吊杆处的横梁兜吊起来。图2临时吊杆分配梁图3钢管脚手架图4钢板锲形块4） 横梁下设移动式工作吊篮。5） 用葫芦等工具将临时吊杆吊起，安装就位，并调平紧固。6） 更换原桥吊杆时，每个吊点下各设置1个50t液压千斤顶，用于顶升临时吊杆以抬升横梁1cm。2.2.3旧吊杆拆除1）临时吊杆系统安装就位后，原桥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，即崩=?10/仕入_］）。式中，AH为千斤顶顶升量;P为中断交通时吊杆的拉力;L0为吊杆两端锚垫板之间的长度;E、Aj分别为吊杆钢材料的弹性模量及总截面积。分3次卸载，即每次顶升量为Ah=AH/3,每次割断的钢丝面积为Aj/n，或钢丝根数m=A/(na)。式中洪为单根钢丝截面积;n为卸载次数。钢丝总根数为139根，即每次截断46根，而每次的顶升力Pi=AhEAj/L0(1-(i-1)/3)(i=1,2,3)o采用顶升力和顶升高度控制千斤顶的操作，但以顶升高度为主，顶升力作为参考。放松的判断方式有：(1)用精密水准仪随时观测桥面的相对高差，达到AH值即可;(2)用细铁丝的尖端看锚垫板处是否有缝隙；(3)用锤子、钢管等敲击旧吊杆，用手感觉吊杆是否松弛。在桥面往上1.5m处切开30cm长原桥吊杆护套，清除钢丝表面油脂，利用间距100cm的2个索夹分别夹住两端吊杆外侧。切割旧索时需防钢丝向夕卜射出伤人，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。清理上锚头位置混凝土，割除上下锚头。主要采用人工凿除，特殊情况可人工配合冲击钻、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，再将锚头处清理干净。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，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吊杆更换将验收并编好号的吊索按设计位置穿上吊杆，用手拉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，安装引出杆。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，待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，并分级解除临时吊杆的索力。新索索力达到设计要求时拧紧大螺母，并解除临时吊杆（图5）。2） 新吊杆安装时应注意以下几点:（1）吊点绑扎牢固，防止脱落损伤吊杆或轧伤人。（2）安装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、缓慢，防止锚头螺纹磨伤。3） 由于新吊杆采用成品索，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。运输至现场后，应将其展开，且应远离焊接或其他产生火种的地方，避免发生火灾。4） 新吊杆安装完成后，应进行张拉，从而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。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。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并完成力的传递。张拉调整速度一般应小于10MPa/min，达到要求时停止张拉，然后拧紧螺母（可一边张拉一边旋紧螺母）（图6）。图5旧吊杆割除及新吊杆安装图6采用顶端张拉吊杆5） 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，拆除临时吊杆。采用3t手拉葫芦配合，将临时吊杆拆除至下一个吊杆更换位置。2.2.6新吊杆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） 上下锚头应防水、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，夕卜盖封端盖板。2） 在上下锚管内安装高阻尼橡胶减震器，以减轻索的振颤。3） 在拉索下端距桥面1.5m范围内外裹钢管护套。2.2.7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，最后更换拱脚短索。换索施工过程主要分为临时吊杆张拉与旧索卸除，新索就位、张拉、调试与临时吊杆拆除2大步骤（图7）。测定拟换索的初始索力，用精密水准仪测量拟换索横梁下吊点挠度以及桥面标高的初始值。安装、固定临时吊杆。用4台油压千斤顶分别对8根临时吊杆施加初应力（50kN），同时用砂轮机切割（或乙炔氧割）46根旧索钢丝。用同样方法再施加50kN张拉力，再切断46根旧索钢丝。如此循环，逐根张拉替代索和放松旧索，直至完全解除旧索。图7换索施工工艺流程施工工艺要点如下。1） 换索施工时，拱轴线的受力状况不能因施工而改变。2） 保证施工荷载在拱轴上受力，不能产生偏心而影响拱肋。3） 施工过程中旧索与新索之间的荷载转移要平稳，解除和张拉索力均分级进行，一般每级为50kN。4） 卸索和张拉过程中，始终需跟踪监测桥面标高以及横梁下吊点挠度变化情况，并以此作为索力是否需要调整的依据。3结语四川省绵阳市安昌二桥吊杆的更换做到了有序、及时，施工过程可控，达到了预期效果。实践表明，笔者提出的利用精轧螺纹钢及工字钢分配梁作为临时吊杆系统，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的方式是可行的，值得借鉴和推广。参考文献【相关文献】单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].北京:人民交通出版社，2007.中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG/TJ22—2008公路桥梁加固设计规范[S].北京:人民交通出版社，2008.中交第一公路工程局有限公司.JTJ041—2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG/TJ23—2008