拱橋吊桿施工方法與控制技術(shù)

張 喆

(安徽省高速公路總公司阜陽管理處,安徽阜陽 236000)

拱橋吊桿施工方法與控制技術(shù)

張 喆

(安徽省高速公路總公司阜陽管理處,安徽阜陽 236000)

針對大量拱橋更換吊桿的工程實際,綜合論述了拱橋吊桿的各類病害及病因,討論了各種更換拱橋吊桿的施工方法及關(guān)鍵控制技術(shù)。

橋梁工程;吊桿病害;更換吊桿;施工控制

0 引言

中、下承式拱橋,都是通過吊桿將橋面系的恒、活載傳遞給拱肋的,再由拱肋傳遞給拱座或下部結(jié)構(gòu)。橋梁建成投入使用后,會因吊桿或錨頭銹蝕、松動或意外受損等原因,造成吊桿安全系數(shù)偏低,存在嚴重的安全隱患。近年來,大量的中、下承式拱橋進行了吊桿檢測和更換,是一個工程熱點和難點問題。

1 吊桿病害分析

吊桿暴露在大氣環(huán)境中,雨水的侵蝕和車輛尾氣將導(dǎo)致吊桿銹蝕。疲勞累積損傷和銹蝕是吊桿最普遍的兩種損傷。吊桿損傷發(fā)生的部位包括吊桿桿身和錨頭,一般錨頭比吊桿桿身損傷嚴重,下錨頭比上錨頭嚴重。損傷的形式包括吊桿滑絲、斷絲、銹蝕、斷裂、錨頭銹蝕、錨箱混凝土開裂和碳化,局部承壓板銹蝕等。

1.1 吊桿PE保護層斷裂

由于吊桿處在露天工作狀態(tài),與大氣直接接觸的吊桿PE防護套最容易發(fā)生破損現(xiàn)象。例如:重慶武隆縣峽門口烏江二橋吊桿的不銹鋼和纏包出現(xiàn)了不同程度的破損現(xiàn)象;在廣西三岸邕江大橋的養(yǎng)護施工中發(fā)現(xiàn),由于PE保護層塑料原材料的質(zhì)量問題而導(dǎo)致吊桿的PE保護層出現(xiàn)不同程度的開裂和環(huán)狀斷裂,這將直接影響吊桿的防水能力;在宜賓市小南門金沙江大橋事故中發(fā)現(xiàn),吊桿的鋼護套已經(jīng)銹蝕剝落,這是導(dǎo)致吊桿橫斷面腐蝕的重要原因;浙江新安江大橋吊桿外層的PE防護套也于1999年發(fā)生了嚴重損壞。新昌縣城西大橋吊桿外包的PVC管和瀝青油麻破損嚴重,露出鋼絞線,鋼絞線和錨具發(fā)生不同程度的銹蝕。

1.2 吊桿的應(yīng)力腐蝕

吊桿不僅承受橋面?zhèn)鱽淼能囕v反復(fù)沖擊荷載,還承受風荷載和溫度變化的作用,在疲勞受力狀態(tài)下吊桿發(fā)生的腐蝕屬于應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕對高強預(yù)應(yīng)力鋼筋危害很大,這是一種腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下鋼筋產(chǎn)生晶間或穿晶斷裂的現(xiàn)象。腐蝕介質(zhì)、鋼材應(yīng)力水平和鋼材材質(zhì)情況是影響鋼材應(yīng)力腐蝕嚴重程度的主要因素。

銹蝕主要導(dǎo)致吊桿的截面積減小和氯脆現(xiàn)象,前者是由于銹蝕產(chǎn)物的生成而造成吊桿實際受力面積的縮小;銹蝕產(chǎn)生的坑點作為—個氫原子源,有利于后者的發(fā)生。在銹蝕凹坑內(nèi),水分子分解產(chǎn)生氫原子,由于氫原子的原子半徑小,所以具有滲透金屬的能力,可以很容易擴散到鋼的孔隙中,在那里結(jié)合形成氣體,產(chǎn)生的壓力使鐵原子受到很大的內(nèi)拉應(yīng)力,結(jié)合預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力,當超過鋼的抗拉強度時就會發(fā)生鋼絞線的脆性斷裂破壞,氫脆降低吊桿的疲勞強度和延性,從而減小吊桿的安全性。

1.3 吊桿錨頭積水與鑄蝕

吊桿上部為錨固端,錨具埋入鋼管拱內(nèi),有蓋板蓋住。是否產(chǎn)生滲水、銹蝕,是由蓋板周邊的焊接質(zhì)量決定的,只要焊縫質(zhì)量達到要求,是不會發(fā)生滲水、銹蝕等病害的。吊桿下端為張拉端,錨具外部的保護盒內(nèi)填入防腐油脂,只要油脂不滲漏,錨具就不會銹蝕。

一旦吊桿錨端的防水裝置被破壞,就會發(fā)生滲水現(xiàn)象。例如:合肥壽春路橋上就出現(xiàn)了由于雨水滲入吊桿內(nèi)部造成鋼絲大量銹蝕,其銹蝕形態(tài)為坑飾,容易引起鋼絲應(yīng)力集中,脆性增加,存在突然拉斷的隱患;重慶武隆縣峽門口烏江二橋上同樣出現(xiàn)了吊桿的下錨具嚴重銹蝕且錨孔內(nèi)充填的混凝土不密實,造成吊桿端部鋼筋銹蝕的現(xiàn)象;金華武義溫泉橋、金華雙龍大橋的吊桿均發(fā)現(xiàn)同樣問題,正在更換吊桿。

1.4 短吊桿問題

短吊桿自由長度太短,受溫度變化影響大。橋面反復(fù)縱向位移時,短吊桿不能自由擺動,且頻頻交替出現(xiàn)較大的附加應(yīng)力,致使短吊桿及結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。在廣西三岸邕江大橋的養(yǎng)護施工中還發(fā)現(xiàn),雖然設(shè)計已經(jīng)考慮了短吊桿設(shè)置偏轉(zhuǎn)矯正裝置,但未考慮到通車后拱軸線的變形,拱肋預(yù)留的鋼管直徑偏小,造成短吊桿與拱肋相剪。

2 拱橋吊桿更換工藝

更換吊桿的施工,主要以橋梁自重下各吊點的標高為控制目標,也要避免橋面開裂,施工中須有嚴格的監(jiān)控措施?；舅悸肥?在原吊桿處安裝工具吊桿(替代索),通過油壓泵對工具吊桿勻速施加應(yīng)力,同時釋放原吊桿應(yīng)力,只要做到兩者同步進行,全橋的受力狀態(tài)就不會改變,從而對全橋也不會造成損傷。吊桿更換施工工藝為:施工準備→安裝工作平臺→安裝臨時兜吊系統(tǒng)→割除舊吊桿→安裝張拉新吊桿調(diào)索。具體施工過程如下:

(1)橋面標高原始數(shù)據(jù)的收集

根據(jù)設(shè)計要求,工程完工后,橋面線形保持現(xiàn)有狀態(tài)。據(jù)此,施工過程中,包括臨時兜吊、新吊桿張拉都是以現(xiàn)有標高為標準。施工前,必須精確測量現(xiàn)有橋梁橋面標高。

(2)臨時兜吊系統(tǒng)的安裝

在舊吊桿割除、新吊桿安裝過程中,橫梁全靠臨時兜吊系統(tǒng)支承,關(guān)系到施工過程的安全。這就要求兜吊系統(tǒng)具有足夠的承載能力、穩(wěn)定性,并在受力后下沉量小。兜吊系統(tǒng)有兩種:

①鋼絲繩繞過拱肋,下兜橫梁,如柳州文惠橋的臨時兜吊系統(tǒng),見圖l。

②在吊桿上錨頭的拱肋頂端砌筑三角形墊塊,在墊塊上安裝型鋼支架,支架兩端各穿1根臨時吊桿,穿過橋面孔洞,吊住吊桿橫梁下的鋼反力架,如杭州葉青兜橋的臨時吊桿,見圖2和圖3。

圖1 文惠橋臨時兜吊系統(tǒng)示意圖

圖2 葉青兜橋臨時吊桿拱肋部分構(gòu)造示意圖

(3)舊吊桿的拆除

在確認臨時兜吊系統(tǒng)全部承受舊吊桿荷載后,氣割割除舊吊桿,考慮到兜吊系統(tǒng)的應(yīng)力松弛和彈性變形,舊吊桿分批次切割,以保證原吊桿內(nèi)力分批次均勻轉(zhuǎn)移到工具吊桿上。每切割一次,對上下游橋面標高進行一次測量,當下沉量累計達到一定值時,對兜吊系統(tǒng)進行一次提升補償,控制橋面標高變化值。有時為了確保舊吊桿割除后橫梁下沉量不超過允許值,可以將橫梁預(yù)抬高。

圖3 葉青兜橋臨時吊桿橫粱部分構(gòu)造示意圖

舊吊桿的拆除,要依據(jù)對稱的原則,從中間向兩岸或從兩端向跨中間隔逐對進行,每拆除一對舊吊桿,則相應(yīng)地換上一對新吊桿。

(4)安裝新吊桿

新吊桿采用卷揚機起吊,先穿過拱肋上預(yù)埋管,再穿過橫梁上預(yù)埋管,調(diào)整好長度并安裝螺母后,在下端安裝張拉設(shè)備進行張拉,張拉加載實行分級均勻加載,以橋面標高控制為主,設(shè)計索力和伸長量作為參考。采用邊張拉新吊桿邊放松臨時吊桿的措施進行控制。

對于上下錨頭不能拆除的吊桿,可以在拱肋端和梁端采用抱箍結(jié)構(gòu)形式的錨固系統(tǒng)。抱箍采用全焊鋼結(jié)構(gòu),如新昌縣城西大橋。

(5)調(diào)索

由于各種因素的影響,標高一次難以調(diào)整到位,并且前面調(diào)好的吊桿受后面施工的影響,部分吊桿需進行二次張拉,以調(diào)整標高和索力。

3 結(jié)語

更換吊桿的關(guān)鍵技術(shù)是:先將舊的永久吊桿承受的恒重分批卸載到臨時吊桿上,再將臨時吊桿所承受的重量分批加載到新的永久吊桿上。整個吊桿更換過程中,以各恒梁頂面恒定標高設(shè)計為目的,進行多次頂升和卸載,每次操作,采用同一根吊桿上下游同步進行。

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責任編輯:文 月

U445.7+1

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1671-8275(2010)03-0042-02

2009-02-21

張喆(1972-),男,安徽阜陽人,安徽省高速公路總公司阜陽管理處工程師。研究方向:路橋工程建設(shè)與管理。