拱橋吊桿更換施工技術(shù)唐賜明;田世清【摘要】結(jié)合工程實(shí)例，介紹一種中承式拱橋吊桿更換新技術(shù)利用精軋螺紋鋼及組合工字鋼分配梁作為臨時吊桿系統(tǒng),將原吊桿的力轉(zhuǎn)換至臨時吊桿系統(tǒng)，再轉(zhuǎn)換至更換的新吊桿.該技術(shù)已經(jīng)安昌二橋工程驗(yàn)證，具備安全可靠，施工簡便的特點(diǎn)，值得推廣.【期刊名稱】《公路交通技術(shù)》【年(卷)，期】2013(000)002【總頁數(shù)】5頁(P97-101)【關(guān)鍵詞】拱橋;吊桿;更換;施工工藝【作者】唐賜明;田世清【作者單位】重慶橋都橋梁技術(shù)有限公司，重慶400015【正文語種】中文【中圖分類】U448.22自上世紀(jì)90年代始，我國修建了大量中、下承式拱橋。這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(guān)鍵的承重構(gòu)件。由于受當(dāng)時技術(shù)水平、材料質(zhì)量及施工質(zhì)量等因素的影響，有的橋梁在竣工10多年后，吊桿便因腐蝕等原因開始出現(xiàn)病害。隨著時間的推移，拱橋吊桿逐漸成為橋梁結(jié)構(gòu)的安全隱患，甚至出現(xiàn)了吊桿斷裂致使橋梁垮塌的悲劇。實(shí)際上，即使正常使用，吊桿的使用壽命一般也僅為20年，因此，從上世紀(jì)90年代大量拱橋竣工算起，將有大量的吊桿陸續(xù)達(dá)到其使用壽命，需要更換。筆者結(jié)合四川省綿陽市安昌二橋拱橋吊桿更換施工實(shí)踐，對吊桿的更換施工技術(shù)進(jìn)行探討。1工程概況四川省綿陽市安昌二橋位于永興至安縣縣道上，跨越安昌河，是中承式雙肋吊桿拱橋，于1995年建成通車。該橋上部結(jié)構(gòu)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(shè)有橫撐與K型橫撐。吊桿采用熱擠PE防護(hù)鋼絲，每根吊桿共139根①5mm高強(qiáng)平行鋼絲，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(jié)構(gòu)，拱及墩上立柱（橫梁）采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。2008年汶川“5?12”地震時，該橋損毀較嚴(yán)重。為消除隱患，處治完其他病害后，決定將吊桿全部更換。2吊桿更換施工方法2.1施工措施2.1.1施工支架及平臺安昌二橋支架用鋼管搭設(shè)，搭設(shè)前進(jìn)行荷載驗(yàn)算，符合安全要求后開始施工。在拱肋下搭設(shè)滿堂支架，作為吊桿換索的平臺，故也要控制腳手架的剛度和整體穩(wěn)定性。全橋采用扣件式鋼管支架，鋼管規(guī)格①48mmx3.5mm。橫梁處用鋼管、扣件搭設(shè)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，以保證鋼絲繩受力穩(wěn)定、安全。2.1.2設(shè)備和儀器本項(xiàng)目使用的機(jī)械設(shè)備及儀器主要有:吊車2臺，鉆孔機(jī)2臺，卷揚(yáng)機(jī)2臺，電焊機(jī)5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(jī)2臺。2.2施工方法在擬更換吊桿的拱頂下方和橫梁吊點(diǎn)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?cái)嘣跛鞯匿摻z以釋放擬替換吊桿的力。鋼絲的切割與臨時吊桿的預(yù)加力交替進(jìn)行，以控制縱橫梁豎向位移在允許范圍內(nèi)的微小變化。解除舊索后及時安裝新索，并逐步對新索施加預(yù)應(yīng)力和放松臨時吊桿。2.2.1施工前準(zhǔn)備為使吊桿更換施工安全、順利，換索前，需對拱肋、縱橫梁裂縫進(jìn)行必要的加固處理;制作、安裝工作平臺及吊車牽引系統(tǒng);對有關(guān)專用設(shè)備、儀器進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定。新索長度確定方法:采用測量拱肋底到人行道頂面的長度，兩端錨固未見部分用理論計(jì)算來確定其長度。并按照橋面高程調(diào)整的數(shù)據(jù)，計(jì)算出原橋吊桿長度。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(cè)架設(shè)滿堂鋼管架的方式。為保證通車安全，在車行道邊緣用彩鋼瓦將操作位置與行車道分隔開。臨時吊桿在換索過程中承擔(dān)著吊索的任務(wù)。按照設(shè)計(jì)圖要求，驗(yàn)算臨時吊桿的可靠性。施工中采用8根d=32mm的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋作為臨時吊桿。原吊桿拉索最大張力T=1160kN，則替代索的拉應(yīng)力按下式計(jì)算：每根精軋螺紋鋼承受的張力為T1=T-8=1160-8=145kN;螺紋鋼的截面積為A=n(d/2)2=3.14x(32-2)2=804mm2;每根精軋螺紋鋼承受的拉應(yīng)力Rg=145x103-(804x106)=180MPa<[a]=700MPa，滿足強(qiáng)度要求；安全系數(shù)K=700-180=3.9。反力架用3cm厚鋼板焊接而成(圖1)。使用前，臨時吊桿、螺母及連接器均需進(jìn)行探傷檢測，對螺母連接器要逐個進(jìn)行洛氏硬度檢驗(yàn)，同時還需進(jìn)行千斤頂與壓力表的配套校驗(yàn)，以及進(jìn)行引出桿、連接器、反力架的超張拉試驗(yàn)和壓力表與傳感器的對照標(biāo)定試驗(yàn)。2.2.2臨時吊桿安裝施工準(zhǔn)備階段需完成臨時吊桿的制作。安昌二橋新吊桿安裝使用了2套臨時吊桿系統(tǒng)。臨時吊桿系統(tǒng)由上分配梁、中分配梁、下分配梁、精軋螺紋鋼、精軋螺紋管螺帽等組成（圖2）。圖1反力架1） 安昌二橋在拱肋下部兩旁架設(shè)了滿堂鋼管架（圖3）。2） 上分配梁分別設(shè)置于原吊桿上下兩側(cè)附近，下面采用三角形鋼板楔塊調(diào)平（圖4）。楔塊尺寸為:寬30cm，上、下楔塊長度均為350cm。楔塊中心點(diǎn)所在處拱肋曲線斜率，采用現(xiàn)場量測的方式確定。楔塊安裝時需保證水平，水平度不夠時可采用薄形鋼板塞墊。3） 臨時吊桿精軋螺紋鋼需穿過橋面，其對應(yīng)的位置在人行道板上，用鉆孔機(jī)在臨時吊桿需穿過的位置處鉆孔，以使其穿過人行道板，將吊桿處的橫梁兜吊起來。圖2臨時吊桿分配梁圖3鋼管腳手架圖4鋼板鍥形塊4） 橫梁下設(shè)移動式工作吊籃。5） 用葫蘆等工具將臨時吊桿吊起，安裝就位，并調(diào)平緊固。6） 更換原橋吊桿時，每個吊點(diǎn)下各設(shè)置1個50t液壓千斤頂，用于頂升臨時吊桿以抬升橫梁1cm。2.2.3舊吊桿拆除1）臨時吊桿系統(tǒng)安裝就位后，原橋吊桿采用多級放松的方式逐步拆除。千斤頂?shù)目傢斏吭诤雎詼囟扔绊懴拢山朴?jì)算，即崩=?10/仕入_］）。式中，AH為千斤頂頂升量;P為中斷交通時吊桿的拉力;L0為吊桿兩端錨墊板之間的長度;E、Aj分別為吊桿鋼材料的彈性模量及總截面積。分3次卸載，即每次頂升量為Ah=AH/3,每次割斷的鋼絲面積為Aj/n，或鋼絲根數(shù)m=A/(na)。式中洪為單根鋼絲截面積;n為卸載次數(shù)。鋼絲總根數(shù)為139根，即每次截?cái)?6根，而每次的頂升力Pi=AhEAj/L0(1-(i-1)/3)(i=1,2,3)o采用頂升力和頂升高度控制千斤頂?shù)牟僮?，但以頂升高度為主，頂升力作為參考。放松的判斷方式有?1)用精密水準(zhǔn)儀隨時觀測橋面的相對高差，達(dá)到AH值即可;(2)用細(xì)鐵絲的尖端看錨墊板處是否有縫隙；(3)用錘子、鋼管等敲擊舊吊桿，用手感覺吊桿是否松弛。在橋面往上1.5m處切開30cm長原橋吊桿護(hù)套，清除鋼絲表面油脂，利用間距100cm的2個索夾分別夾住兩端吊桿外側(cè)。切割舊索時需防鋼絲向夕卜射出傷人，要求上下游吊桿索切割轉(zhuǎn)換受力過程同步進(jìn)行。用氧割逐根斷絲，觀測應(yīng)力是否轉(zhuǎn)移到兜吊系統(tǒng)上，被切割的吊桿與相鄰跨監(jiān)測點(diǎn)的高程變動差不超過±5mm。清理上錨頭位置混凝土，割除上下錨頭。主要采用人工鑿除，特殊情況可人工配合沖擊鉆、水鉆、風(fēng)鎬等小型工具鑿除。分別從錨固端頂面和拱底沿預(yù)埋鋼管鑿?fù)?，用千斤頂將舊高強(qiáng)鋼絲張拉拔出，再將錨頭處清理干凈。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(dá)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(yù)埋管內(nèi)的舊吊桿抽出，且對原錨墊板進(jìn)行打磨除銹處理。另外，由于原設(shè)計(jì)中的預(yù)埋管低于橋面鋪裝層，雨水容易順著管口流進(jìn)管內(nèi)，進(jìn)而腐蝕錨頭部分，因此，為了加強(qiáng)防水效果，需將鋪裝層鑿開，并按設(shè)計(jì)要求，將下接長鋼管埋置于鋪裝層內(nèi)10cm。2.2.4吊桿更換將驗(yàn)收并編好號的吊索按設(shè)計(jì)位置穿上吊桿，用手拉葫蘆將鋼吊桿分別穿入上下預(yù)埋鋼管內(nèi)。鋼吊桿安裝就位后用卷揚(yáng)機(jī)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(shè)計(jì)要求將螺母安裝到指定位置，安裝引出桿。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，待千斤頂張拉缸保持適量的油壓（約1MPa）后，調(diào)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，并分級解除臨時吊桿的索力。新索索力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時擰緊大螺母，并解除臨時吊桿（圖5）。2） 新吊桿安裝時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):（1）吊點(diǎn)綁扎牢固，防止脫落損傷吊桿或軋傷人。（2）安裝吊桿時錨孔入口用麻布圍墊，防止吊桿進(jìn)入錨孔時刮傷PE護(hù)套。（3）吊桿錨頭穿進(jìn)錨孔時一定要垂直、緩慢，防止錨頭螺紋磨傷。3） 由于新吊桿采用成品索，在生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中可能發(fā)生碰撞，進(jìn)場及安裝后應(yīng)對吊桿進(jìn)行檢查，對破損PE索套進(jìn)行修復(fù)。在吊裝及調(diào)索過程中，為避免鋼絲繩或其他機(jī)具在PE護(hù)套上出現(xiàn)劃痕，吊桿表面需用麻布或棉筋保護(hù)。運(yùn)輸至現(xiàn)場后，應(yīng)將其展開，且應(yīng)遠(yuǎn)離焊接或其他產(chǎn)生火種的地方，避免發(fā)生火災(zāi)。4） 新吊桿安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行張拉，從而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(jìn)行張拉，千斤頂與吊桿上錨頭通過張拉桿連接。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(zhuǎn)移到新吊桿上。承載力轉(zhuǎn)移過程中，將橋面標(biāo)高作為控制依據(jù)，盡量保持橋面標(biāo)高在最小范圍內(nèi)變動并完成力的傳遞。張拉調(diào)整速度一般應(yīng)小于10MPa/min，達(dá)到要求時停止張拉，然后擰緊螺母（可一邊張拉一邊旋緊螺母）（圖6）。圖5舊吊桿割除及新吊桿安裝圖6采用頂端張拉吊桿5） 全部吊桿更換完成后，根據(jù)聯(lián)測數(shù)據(jù)確定是否進(jìn)行吊桿索力調(diào)整。調(diào)整時按1/2、1/4、1/8的程序進(jìn)行，且4點(diǎn)同步。為了減少調(diào)整步驟和次數(shù)，全橋調(diào)整之前應(yīng)準(zhǔn)確測出該工況下的確切索力和標(biāo)高值。2.2.5拆除臨時吊桿待臨時吊桿的承載力逐步轉(zhuǎn)移到新吊桿后，拆除臨時吊桿。采用3t手拉葫蘆配合，將臨時吊桿拆除至下一個吊桿更換位置。2.2.6新吊桿防腐在上下兩端安裝錨頭保護(hù)罩，保護(hù)罩內(nèi)灌注防腐油脂。下端防水罩安裝時，必須使防水罩內(nèi)圓面密封圈密貼于吊桿索外圓面，同時防水罩內(nèi)圓面先涂刷膠水，膠水除有一定粘結(jié)力外，不會與密封圈產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。1） 上下錨頭應(yīng)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(bǔ)強(qiáng);下錨頭采用防腐聚氨酯防腐，夕卜蓋封端蓋板。2） 在上下錨管內(nèi)安裝高阻尼橡膠減震器，以減輕索的振顫。3） 在拉索下端距橋面1.5m范圍內(nèi)外裹鋼管護(hù)套。2.2.7換索施工工藝由于安昌二橋已運(yùn)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(jié)構(gòu)大的受力狀況，適度調(diào)整索力，以保持現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的連續(xù)性。為此，施工關(guān)鍵工序、工藝方法的確定至關(guān)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(cè)對稱進(jìn)行，最后更換拱腳短索。換索施工過程主要分為臨時吊桿張拉與舊索卸除，新索就位、張拉、調(diào)試與臨時吊桿拆除2大步驟（圖7）。測定擬換索的初始索力，用精密水準(zhǔn)儀測量擬換索橫梁下吊點(diǎn)撓度以及橋面標(biāo)高的初始值。安裝、固定臨時吊桿。用4臺油壓千斤頂分別對8根臨時吊桿施加初應(yīng)力（50kN），同時用砂輪機(jī)切割（或乙炔氧割）46根舊索鋼絲。用同樣方法再施加50kN張拉力，再切斷46根舊索鋼絲。如此循環(huán)，逐根張拉替代索和放松舊索，直至完全解除舊索。圖7換索施工工藝流程施工工藝要點(diǎn)如下。1） 換索施工時，拱軸線的受力狀況不能因施工而改變。2） 保證施工荷載在拱軸上受力，不能產(chǎn)生偏心而影響拱肋。3） 施工過程中舊索與新索之間的荷載轉(zhuǎn)移要平穩(wěn)，解除和張拉索力均分級進(jìn)行，一般每級為50kN。4） 卸索和張拉過程中，始終需跟蹤監(jiān)測橋面標(biāo)高以及橫梁下吊點(diǎn)撓度變化情況，并以此作為索力是否需要調(diào)整的依據(jù)。3結(jié)語四川省綿陽市安昌二橋吊桿的更換做到了有序、及時，施工過程可控，達(dá)到了預(yù)期效果。實(shí)踐表明，筆者提出的利用精軋螺紋鋼及工字鋼分配梁作為臨時吊桿系統(tǒng)，將原吊桿的力轉(zhuǎn)換至臨時吊桿系統(tǒng)，再轉(zhuǎn)換至更換的新吊桿的方式是可行的，值得借鑒和推廣。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】單成林.舊橋加固設(shè)計(jì)原理及計(jì)算示例[M].北京:人民交通出版社，2007.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.JTG/TJ22—2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)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公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2000.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.JTG/TJ23—2008