人行鋼箱斜拉橋換索施工控制理論的分析與研究

徐慶軍

(黑龍江省牡丹江高速公路管理處，黑龍江 牡丹江 157006)

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人行鋼箱斜拉橋換索施工控制理論的分析與研究

徐慶軍

(黑龍江省牡丹江高速公路管理處，黑龍江 牡丹江 157006)

基于實(shí)際工程對(duì)人行斜拉橋的換索理論進(jìn)行分析與研究，工程所采用的施工控制系統(tǒng)及換索施工過程中所采取的施工工藝，在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，實(shí)踐證明工程所采用的控制理論是正確的具有指導(dǎo)意義的，這對(duì)同類人行鋼箱斜拉橋的施工控制提供了技術(shù)支持與理論依據(jù)。

斜拉橋；換鎖；施工控制

1 工程背景

彩虹橋位于哈爾濱市一機(jī)路上，南直路東側(cè)，跨越鐵路線，該橋?yàn)槿诵袖撓湫崩鞓?，僅供行人和非機(jī)動(dòng)車通行。

該橋?yàn)橐蛔珫|西走向單塔斜拉人行天橋，共由8跨組成，其中主橋?yàn)?跨單塔斜拉橋，兩端各3跨簡支矩形梁梯道橋，橋梁總長為169.6 m，跨徑組合自東向西依次為：3×12.5 m(東端3跨簡支矩形梁梯道橋)+2×47.0 m(主橋，2跨單塔斜拉橋)+3×12.5 m(西端3跨簡支矩形梁梯道橋)。

由于受建造時(shí)技術(shù)條件的限制，鋼絲拉索采用外套PE管，近年來，斜拉索的保護(hù)層已出現(xiàn)老化現(xiàn)象，鋼索、錨具也有不同程度的損壞和銹蝕，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG-TF50-2011、“哈爾濱市一機(jī)路彩虹橋的加固工程施工圖設(shè)計(jì)”的要求，為保證橋的質(zhì)量和安全，哈爾濱市一機(jī)路彩虹橋須進(jìn)行換索加固。新索采用規(guī)格為37φ5的平行鋼絲，鋼絲強(qiáng)度為1 770 MPa進(jìn)行換索設(shè)計(jì)。

2 施工控制內(nèi)容

斜拉橋換索施工控制的內(nèi)容主要包括。

(1)依據(jù)確定好的換索施工方案，按照一定的換索先后順序，借助大型有限元軟件，對(duì)整個(gè)要換索的橋梁進(jìn)行實(shí)際模擬，對(duì)每一施工階段結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)力及變形進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，從而得到各個(gè)施工階段下的不同施工控制參數(shù)的理論數(shù)據(jù)，并形成可行的控制文件。

(2)在換索施工過程中，容易出現(xiàn)很多因素影響換索過程中的索力控制，施工因素及環(huán)境條件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)值與理論值的差別影響很大，所以在換索施工過程中要采取一定的方法加以控制。

(3)在換索施工過程中，一定要按照預(yù)先的方案，指定的順序進(jìn)行施工，同時(shí)通過仿真模擬分析在完成一個(gè)階段的施工后，給出下一個(gè)施工階段的預(yù)測(cè)值，包括斜拉索的索力、主梁標(biāo)高等，使換索施工順利進(jìn)行。

3 人行斜拉橋換索施工控制系統(tǒng)

在斜拉橋換索施工控制的過程中，由于斜拉橋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及施工技術(shù)難度大，因此需要對(duì)換索施工控制的過程建立一個(gè)比較完善的控制系統(tǒng)，因?yàn)樵趽Q索工程結(jié)束后，橋梁要求達(dá)到合理的成橋狀態(tài)，使橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力受力均勻，橋梁施工結(jié)束后，結(jié)構(gòu)體系更加安全，所以有必要建立這樣一個(gè)施工控制系統(tǒng)，施工控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成。

(1)檢測(cè)系統(tǒng)：一般包括橋梁的標(biāo)高檢測(cè)、索力檢測(cè)、主塔變形檢測(cè)、應(yīng)力檢測(cè)等，施工現(xiàn)場(chǎng)通過使用相應(yīng)的檢測(cè)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，將所測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)處理，與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

(2)施工計(jì)算系統(tǒng)：本系統(tǒng)所需要計(jì)算的內(nèi)容應(yīng)準(zhǔn)確以控制橋梁的正常施工，計(jì)算前需對(duì)整個(gè)換索工程的施工方案進(jìn)行深入了解，通過模擬不同的施工階段，確定各施工參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，方便對(duì)施工過程進(jìn)行控制。

(3)誤差因素分析系統(tǒng)：在斜拉橋換索施工過程中，不可避免的會(huì)因?yàn)楦鞣N因素出現(xiàn)各種各樣的誤差，因此通過誤差因素分析系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)整。

(4)修正控制預(yù)報(bào)系統(tǒng)：本系統(tǒng)為斜拉橋換索施工控制系統(tǒng)中的核心部分，通過本系統(tǒng)調(diào)整每一施工階段所產(chǎn)生的誤差，以避免本階段的誤差累積到下一施工階段上，并對(duì)下一施工階段的參數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)，以方便換索施工順利進(jìn)行。

4 換索施工控制的影響因素

(1)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響：在斜拉橋換索施工過程中，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其施工的影響是最重要的，結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確程度直接影響到橋梁成橋運(yùn)營的安全性，往往在橋梁施工過程中，實(shí)測(cè)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)與理論計(jì)算產(chǎn)生的施工控制結(jié)構(gòu)參數(shù)是存在一定誤差的，因此，要保證結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論計(jì)算盡可能準(zhǔn)確，使實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與理論的數(shù)值相接近。

(2)施工荷載的影響：在斜拉橋換索施工過程中，施工荷載的影響是不可忽略的，它對(duì)換索過程中的索力、主梁標(biāo)高等的影響很大，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，必須要考慮施工荷載的作用，以保證結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性。

(3)施工工藝的影響：在斜拉橋換索施工過程中，由于換索工程的施工工藝有很多，而在換索施工控制的過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)施工操作的原因也會(huì)導(dǎo)致成橋內(nèi)力狀態(tài)與目標(biāo)成橋狀態(tài)不一致，因此要嚴(yán)格按照施工工藝流程進(jìn)行施工。

(4)施工監(jiān)測(cè)的影響：在斜拉橋換索施工的同時(shí)，也會(huì)有施工監(jiān)測(cè)部門對(duì)施工過程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括索力監(jiān)測(cè)、標(biāo)高監(jiān)測(cè)等，在施工監(jiān)測(cè)過程中，容易因監(jiān)測(cè)儀器的精準(zhǔn)程度、操作人員的操作技能、現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境等因素而使對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的監(jiān)測(cè)造成一定的誤差，因此，在施工監(jiān)測(cè)過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都要做到細(xì)致入微，盡可能的使換索后的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)與目標(biāo)的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)相一致。

(5)結(jié)構(gòu)分析模型的影響：在斜拉橋換索工程開始前，需要對(duì)整個(gè)換索過程進(jìn)行實(shí)際模擬，以保證橋梁換索的正常施工，提供有效的施工參數(shù)，但實(shí)際進(jìn)行模擬時(shí)，往往不能完全的真實(shí)模擬出所有內(nèi)容，都會(huì)在一些假定的條件下進(jìn)行簡化模擬，因此，在建立模型的過程中，應(yīng)通過反復(fù)試驗(yàn)并通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)M出實(shí)際工作狀態(tài)。

(6)環(huán)境溫度的影響：溫度的變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響是不容忽視的，尤其是主梁采用鋼箱梁的情況，因此，在橋梁換索施工過程中一定要重視溫度的變化的影響，考慮溫度變化會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生怎樣的變化，因此要求在建立結(jié)構(gòu)分析模型的同時(shí)也要考慮溫度的影響，這樣才能使模擬的橋梁狀態(tài)與實(shí)際的橋梁狀態(tài)相接近。

5 換索施工控制的施工工藝

5.1 安裝臨時(shí)索施工工藝

臨時(shí)索的安裝按照以下施工工藝進(jìn)行。

(1)在主塔原索索鞍旁設(shè)置臨時(shí)索的索鞍，方便臨時(shí)索的安放，在原索鋼錨箱位置，新增焊接鋼板，設(shè)置臨時(shí)錨箱，以保證臨時(shí)索的錨固。

(2)在橋梁兩端各安放一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，將臨時(shí)索運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，利用已經(jīng)安放好的卷揚(yáng)機(jī)將臨時(shí)索安放到位。

(3)張拉臨時(shí)索，按照設(shè)計(jì)索力的索力值，采用液壓千斤頂設(shè)備，由主塔側(cè)(內(nèi)側(cè))向梁端側(cè)(外側(cè))依次張拉。

(4)張拉過程中，通過千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)來控制目標(biāo)索力。

5.2 拆除原索施工工藝

(1)采用接力螺母將其與原索進(jìn)行連接，再將錨桿與接力螺母相連接，利用起重機(jī)將液壓千斤頂套進(jìn)錨桿，與反力架想靠近。

(2)進(jìn)行原索索力的松張，啟動(dòng)千斤頂，利用千斤頂將錨桿向外張拉，此時(shí)錨桿將帶動(dòng)原斜拉索伸長，斜拉索處于超張拉狀態(tài)，待伸長一定長度后，保持千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)，讓施工人員將原索的錨固裝置松動(dòng)，然后慢慢卸掉千斤頂上的力，使原索處于松弛狀態(tài)，索力為零。

(3)拆除原斜拉索，按照由梁端側(cè)(外側(cè))向主塔側(cè)(內(nèi)側(cè))依次進(jìn)行松張斜拉索索力，拆除原索。

5.3 安裝新索施工工藝

(1)在主塔原索索鞍處將原索索鞍做重新處理，換上新的弧形夾片，在原索鋼錨箱位置，切割掉原鋼錨箱，焊接上新的鋼錨箱，以利于新索的錨固。

(2)將新索運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，利用卷揚(yáng)機(jī)將新索安放到位。

(3)張拉新索，按照設(shè)計(jì)索力的索力值，采用液壓千斤頂設(shè)備，由主塔側(cè)(內(nèi)側(cè))向梁端側(cè)(外側(cè))依次張拉。

(4)張拉過程中，通過千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)來控制目標(biāo)索力。

5.4 拆除臨時(shí)索施工工藝

拆除臨時(shí)索按照以下施工工藝進(jìn)行。

(1)拆除臨時(shí)索的施工工藝與拆除原索的施工工藝大致相同。

(2)拆除臨時(shí)斜拉索，也是按照由梁端側(cè)(外側(cè))向主塔側(cè)(內(nèi)側(cè))依次進(jìn)行松張斜拉索索力，拆除臨時(shí)索。

(3)將主塔索鞍位置旁的臨時(shí)索鞍拆除掉，拆除原鋼錨箱位置的臨時(shí)錨箱及一些附屬安全措施，完成臨時(shí)索的拆除。

6 結(jié) 語

通過對(duì)彩虹橋換索施工控制理論的研究與分析，介紹了工程所采用的施工控制系統(tǒng)及換索施工過程中所采取的施工工藝，并在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，并證明了論理成果的正確性，這對(duì)同類人行鋼箱斜拉橋的施工控制提供了技術(shù)支持，對(duì)斜拉橋換索工程具有指導(dǎo)意義。

[1] 顧安邦,張永水.橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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[3] 吳春麗.斜拉橋換索施工控制[J].橋梁，2006，(1).

2016-03-11

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1008-3383(2016)07-0078-02