104國道長興段長興港大橋吊桿更換技術(shù)研究

顧淦龍 盧威武

（長興縣公路管理段）

104國道長興段長興港大橋吊桿更換技術(shù)研究

顧淦龍 盧威武

（長興縣公路管理段）

吊桿是拱橋重要構(gòu)件，在橋梁長期運營中，會造成吊桿索力變化及外觀損毀等一系列病害，吊桿更換是延續(xù)此類橋梁使用壽命的有效技術(shù)方案。本文針對長興港大橋的吊桿病害及其結(jié)構(gòu)特點，提出了拱橋吊桿更換技術(shù)方案，通過詳細的施工設(shè)計成功地施于吊桿更換施工。施工監(jiān)測表明，吊桿更換后索力實測值與設(shè)計控制值吻合，兩者差值符合設(shè)計要求，吊桿更換過程中梁體受力狀態(tài)安全。

下承式拱橋；吊桿更換；臨時吊桿；錨索計；施工監(jiān)控

隨著計算機技術(shù)的普及、設(shè)計理論的不斷完善和發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的分析計算變得相對簡單。我國下承式系桿拱橋的建設(shè)起步較晚，對吊桿存在的問題重視不夠，研究相對滯后，而由于對吊桿的預(yù)期壽命估計較高，當前的設(shè)計幾乎都沒有考慮吊桿的檢測與更換，這給已建成的系桿拱埋下了隱患。近年來我國系桿拱橋吊桿更換也有不少實例，所采用的方法基本都是設(shè)置臨時替代，具體分為三種方法，即臨時支架法，臨時吊桿法，臨時兜吊法。其中應(yīng)用最多的是臨時吊桿法，本文中長興港大橋吊桿更換也采用臨時吊桿法。

臨時吊桿法是在拱肋上設(shè)置調(diào)平墊塊，上面放置臨時鋼橫梁，通過4根臨時吊桿穿過臨時鋼橫梁，在吊桿更換時，通過對臨時吊桿進行分級張拉，張拉完成之后，割斷原吊桿鋼絲，然后安裝新吊桿。對新吊桿進行張拉，同時對臨時吊桿卸載，去掉臨時吊桿完成吊桿更換。該法不僅可以保證橋梁各部的內(nèi)力和應(yīng)力不發(fā)生過大的變化，而且可以基本保持橋梁的線形。

1 工程項目概況

長興港大橋位于長興縣境內(nèi)G104國道（北京至福州）上，全長425.76m，于2000年建成通車。該橋主橋為下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋，跨徑52m，分左右兩幅，全橋共計44根吊桿。本次施工將舊吊桿全部更換為GJ鋼絞線整束擠壓拉索體系，型號為OVM．GJ15-25，破斷力6510KN,錨具采用與型號配套錨具。

本項目施工過程涉及到拱橋吊桿內(nèi)力多次轉(zhuǎn)換，施工難點在于如何保證吊桿更換過程及更換前后內(nèi)力一致，以及如何保證施工過程橋面線形及標高等不發(fā)生變化，施工重點在于保證調(diào)索后吊桿索力實測值與設(shè)計控制值之差不超過設(shè)計要求。

2 吊桿病害及成因分析

吊桿病害：全橋吊桿錨頭均有滲水鈣化現(xiàn)象；吊桿外保護套均有不同程度的開裂；部分吊桿錨杯混凝土破損，部分吊桿上鋼板銹蝕；剝開下端封錨混凝土發(fā)現(xiàn)吊桿下端銹蝕較為嚴重。

吊桿病害成因分析：錨頭有滲水鈣化主要由于錨頭內(nèi)部密封性不好或被破壞導(dǎo)致雨水順著吊桿滲入錨頭內(nèi)部導(dǎo)致滲水鈣化。吊桿外保護套開裂，長期戶外環(huán)境的風吹日曬導(dǎo)致吊桿保護套老化開裂。拱座、錨頭等多處鋼構(gòu)件銹蝕，主要是由于保護層材料破損，雨水腐蝕造成的。

圖1 全橋吊桿編號

3 吊桿更換方案及施工要點

根據(jù)長興港大橋橋型組成特點，吊桿更換施工工序如下：搭設(shè)施工平臺→澆筑混凝土調(diào)平墊塊→臨時吊桿孔道放樣、鉆孔→安裝組合橫梁和臨時吊桿→張拉臨時吊桿→拆除舊吊桿→安裝新吊桿→新吊桿張拉、拆除臨時吊桿→調(diào)索→新吊桿防護。施工過程應(yīng)注意以下幾點。

更換吊桿遵循橫、縱橋向?qū)ΨQ原則。即：吊桿6→吊桿5（7）→吊桿4（8）→吊桿3（9）→吊桿2（10）→吊桿1（11）

臨時錨固裝置主要由上錨固塊、臨時吊桿構(gòu)成，上錨固塊為鋼筋混凝土調(diào)平塊，臨時吊桿采用4根Φ32精軋螺紋鋼。

臨時吊桿和新吊桿張拉時均采用逐級加載，每次加載為設(shè)計張拉力的20%→40%→60%→80%→100%。每加載一次均需對橋面標高進行測量，確保橋面標高變化范圍在5mm內(nèi)。

圖2 安裝組合橫梁及切除原吊桿施工圖

4 吊桿索力測定

系桿拱橋的吊桿索力是極其重要的參數(shù)，對吊桿索力測定的精確與否直接關(guān)系到施工控制的順利實施和橋梁在運營期間的準確監(jiān)測，因此索力測定也越來越被重視。大多數(shù)帶拉索橋梁索力的測定為頻率法，此方法是在吊索上設(shè)置拾震器，外力給索初始震動，以測定其自振頻率，通過計算得出索力。該方法往往受到索的計算長度，剛度等因素影響，從而使測得結(jié)果具有一定誤差。

本項目采用一種簡便易行且具有較高精度的方法進行拱橋吊桿拱橋測定。即將錨索計置于球形墊板下部，使錨固端力通過錨索計傳遞給拱肋（圖3所示），直接由錨索計讀出一個頻率值，經(jīng)過簡單的換算即可得到吊桿拉力（見公式N-1）。既操作簡單又保證了精度。缺點是一旦錨索計損壞，就無法更換。

圖3 錨索計及錨墊板

實測吊桿索力計算公式如下：

其中，F(xiàn)為吊桿拉力；K0為錨索計的靈敏度系數(shù)（已知）；f0、f1分別為錨索計的初始及最終頻率（其中f0為已知）

5 全橋索力調(diào)整

系桿拱橋外部為靜定結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為高次超靜定結(jié)構(gòu)，由于施工誤差及橋梁運營狀態(tài)影響，全橋吊桿更換完畢后，吊桿內(nèi)力與設(shè)計控制力必定存在偏差，故需要重新調(diào)索。由于本橋剛度較大，在索力調(diào)整過程中，對全橋22根吊桿分作兩次來調(diào)整，即一次調(diào)整一邊拱肋上的吊桿，以減少工作量。因此調(diào)索的總數(shù)量為N=11，為方便記錄，將拱橋西側(cè)吊桿用1表示，東側(cè)吊桿用2表示，如西側(cè)第三根吊桿表示為1-3。

表1 全橋吊桿索力實測與設(shè)計值比較結(jié)果

全橋索力調(diào)整后檢測結(jié)果列于下表。

實測值與設(shè)計值比較情況，從實測的22根吊桿的索力及其設(shè)計值的比較分析可知，實測索力相對設(shè)計差值均不超過10%，符合設(shè)計要求。

6 施工經(jīng)驗總結(jié)

施工前對施工方案多次修訂與優(yōu)化，經(jīng)反復(fù)研究在以下幾個方面做出了較為優(yōu)化的方案，項目實施驗證表明，長興港大橋所采用方案安全性好，精確度高。

為了保持臨時吊桿張拉力的同步性，將原方案每根臨時吊桿用一臺千斤頂張拉控制，改為兩根臨時吊桿用一臺千斤頂張拉控制，并在每根臨時吊桿上安裝鋼弦式應(yīng)力傳感器，實時讀取臨時吊桿內(nèi)力值，以保證結(jié)構(gòu)安全。

拱橋吊桿內(nèi)力傳統(tǒng)的測定方法通常根據(jù)吊桿的震動特性，采用頻率法測試索力，設(shè)備復(fù)雜，間接得到吊桿的自振頻率經(jīng)過計算得出索力，計算方法也較為復(fù)雜，在本次施工中，采用了簡便精準的方法，無需其他設(shè)備，只需經(jīng)過簡單換算，同時保證了精度。并方便橋梁在今后運營中實時測定吊桿內(nèi)力。

在吊桿更換施工過程中對張力設(shè)計索力值和橋面標高變化值進行了雙控，做到了兩者兼顧。更換吊桿前、中、后均對橋面標高，吊桿上錨墊板頂?shù)臉烁?、下錨墊板底的標高進行了精確的測量，并與設(shè)計控制值進行對比，以上數(shù)據(jù)均無超出設(shè)計控制值。

7 結(jié)語

吊桿上端預(yù)埋管中部分用穿心式千斤頂直接拔除，施工快速便捷，又不破壞原拱肋；下端因無著力點，經(jīng)反復(fù)商定，采用鉆孔取芯將其取出，但因橋梁新建施工時吊桿兩端預(yù)埋管中心線未嚴格對中，部分下端預(yù)埋管中的吊桿取出較為困難。

吊桿更換完畢經(jīng)調(diào)索后，全部索力與設(shè)計控制力相吻合。

實踐證明，吊桿更換設(shè)計思路正確，實際吊桿張拉力與張拉控制力結(jié)果吻合，采取的施工措施安全可靠。這一成功經(jīng)驗，為今后此類工程的設(shè)計施工提供了寶貴經(jīng)驗。