達(dá)渝高速公路州河大橋吊桿更換施工方案

段 偉

(四川交投建設(shè)工程股份有限公司，四川成都 610041)

達(dá)渝高速公路州河大橋吊桿更換施工方案

段 偉

(四川交投建設(shè)工程股份有限公司，四川成都 610041)

文章結(jié)合州河大橋維修加固治理項(xiàng)目，分析了該橋結(jié)構(gòu)中的典型病害和解決方案，并針對柔性新吊桿索體更換施工，提出了采用臨時吊桿托換法更換吊桿的施工方案，介紹了施工的主要程序和關(guān)鍵問題，并設(shè)計(jì)制作了臨時吊桿體系和兜吊系統(tǒng)。結(jié)果表明，該方案傳力明確、安全可靠、施工簡單。

公路橋梁； 中承式鋼管混凝土桁架拱； 吊桿更換； 施工

近年來，國內(nèi)多座鋼管混凝土拱橋由于吊桿銹蝕、傾斜、斷絲等原因而出現(xiàn)了嚴(yán)重病害甚至垮塌[1-3]。吊桿作為中(下)承式拱橋結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，長期處于高應(yīng)力工作狀態(tài)，因此其合理設(shè)計(jì)、定期檢測和維護(hù)及修繕加固對于保證結(jié)構(gòu)安全性、提高耐久性等具有重要意義。

由于早期的拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未考慮運(yùn)營期間的吊桿更換問題，一般按永久吊桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，而由于防腐、設(shè)計(jì)、施工或超載等原因，吊桿往往容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷或耐久性問題而必須進(jìn)行更換，使得吊桿更換的設(shè)計(jì)和施工具有重要性和特殊性。本文結(jié)合達(dá)渝高速公路州河大橋維修處治項(xiàng)目，介紹采用臨時吊桿托換法進(jìn)行吊桿更換施工的主要工作程序和施工要點(diǎn)。

1 工程概況

州河大橋位于達(dá)渝高速公路達(dá)州市通川區(qū)內(nèi)，主體結(jié)構(gòu)采用中承式鋼管混凝土桁架拱，凈跨160 m，圓弧形拱軸半徑94.607 m，計(jì)算跨徑163.015 m，矢跨比1/3.5，桁高3.5 m。邊肋、中肋的主鋼管規(guī)格均為φ351×8，數(shù)量分別為4根和6根，鋼管內(nèi)充填C40混凝土。設(shè)計(jì)荷載為汽超-20級，掛-120，人群荷載3.5 kN/m2。鋼管拱肋分5段現(xiàn)場拼裝完成后采用纜索吊裝施工，每段平均重量18 t(邊肋)至32 t(中肋)。橋面結(jié)構(gòu)采用無粘結(jié)預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板，板梁直接置于橫梁上，橋面系為先簡支后連續(xù)。州河大橋總體風(fēng)貌如圖1所示。

圖1 州河大橋?qū)嵕?/p>

吊桿由高強(qiáng)平行鋼絲束和外套鋼管組成，橫向間距10 m，每根吊桿的鋼絲束包含91根φ7鋼絲，外套鋼管內(nèi)灌砂漿、細(xì)石混凝土和彈性膩?zhàn)?，鋼管表面噴涂鎂合金進(jìn)行防腐。錨具采用DM7-91型鐓頭錨，錨下預(yù)埋鋼筋網(wǎng)、墊板、鋼管，拱肋上設(shè)置B型錨具，橫梁上設(shè)置A型錨具，上下錨頭均設(shè)置φ6.5鋼筋網(wǎng)(5 mm×5 mm)，并用C50混凝土包封。

2 質(zhì)量現(xiàn)狀及評估

州河大橋于2000年6月竣工，2010年業(yè)主委托檢測機(jī)構(gòu)對整橋進(jìn)行了全面檢測，根據(jù)檢測報告結(jié)果，州河大橋存在以下幾方面病害。

2.1 主拱圈及橫撐

由于節(jié)點(diǎn)混凝土及鋼管外包混凝土與鋼管變形不協(xié)調(diào)，混凝土表面出現(xiàn)大量網(wǎng)狀裂縫，部分橫撐與主拱連接的節(jié)點(diǎn)、拱肋腹桿出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。

實(shí)測拱軸線位置與設(shè)計(jì)軸線偏差較大，主要原因是橋梁施工中鋼管勁性骨架發(fā)生了較大變形。

2.2 吊桿及錨頭

外套鋼管接頭部位發(fā)生較嚴(yán)重銹蝕(圖2)，導(dǎo)致永久吊桿出現(xiàn)不同程度的受損。個別吊桿傾斜造成鋼絲磨損，部分錨頭未完全封閉，局部銹蝕。為防止銹蝕擴(kuò)展至內(nèi)部鋼絲，有必要采取防腐措施、更換吊桿或改變吊桿形式等手段消除安全隱患。

圖2 吊桿根部鋼套管嚴(yán)重銹蝕

2.3 橫梁、T梁

橫梁和T梁側(cè)面豎向裂縫較普遍，部分橫梁豎向裂縫寬度超過0.2 mm。

3 維修治理方案

根據(jù)州河大橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評定結(jié)果，該橋以屬于二類橋梁，應(yīng)對吊桿、錨頭等部件進(jìn)行適當(dāng)維修。經(jīng)多方案比較，最終確定在對全橋裂縫進(jìn)行閉合處理基礎(chǔ)上對全部吊桿進(jìn)行更換，為更好地適應(yīng)受力和變形，并采用柔性成品吊桿——GJ15-25環(huán)氧噴涂鋼絞線整束擠壓拉索，以便于檢查和再次更換(《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定吊桿等可更換部件設(shè)計(jì)使用年限為20年)。

以下介紹吊桿更換施工的主要程序和要點(diǎn)。

3.1 工作程序

吊桿更換施工施工程序如下：

(1)確定吊桿橫梁中心線，并標(biāo)注于橋面；

(2)依據(jù)橋面蓋梁中心線位置放樣開孔，并留出吊帶空位；

(3)拱背臨時承重鋼橫梁支墊齒塊放樣；

(4)在齒塊大樣位置植筋、埋橫梁鎖緊預(yù)埋環(huán)、綁扎鋼筋、支模并澆筑C40混凝土；

(5)在齒塊上安裝支座、臨時承重鋼橫梁、定位并鎖緊；

(6)安裝液壓千斤頂、臨時吊桿系等；

(7)預(yù)收緊臨時吊桿，檢查各部位和部件是否正常、有效、可靠，填寫驗(yàn)收表并簽字明確檢查驗(yàn)收責(zé)任；

(8)將2根臨時吊桿千斤頂并聯(lián)，以保證2根吊桿在提升過程中與千斤頂行程同步；

(9)勻速頂升千斤頂直至完成吊桿更換。

3.2 吊桿更換施工要點(diǎn)

由于該拱橋橋面系為先簡支后連續(xù)，整個結(jié)構(gòu)傳力明確，每對吊桿的永久荷載即橫梁自重和一孔橋面系重量之和。經(jīng)計(jì)算，中肋、邊肋單根吊桿分擔(dān)的恒載分別約810 kN和700 kN。

為不改變原結(jié)構(gòu)傳力體系和保證吊桿更換期間結(jié)構(gòu)安全，在原吊桿移除前首先在待更換吊桿附近位置安裝臨時吊桿，即在拱頂相應(yīng)位置安裝由2根I56b工字鋼組成的鋼橫梁并在支座處鎖緊(圖3)，緊貼橋面蓋梁兩側(cè)各鉆一個φ100的孔洞用以穿8φS15.2的標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線，并通過專門的連接裝置與鋼支架兜吊系統(tǒng)連接后錨固于橋面橫梁底面形成臨時吊桿體系，上端為張拉端(圖4)，從而將1根永久吊桿的荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)換到2根臨時吊桿。每根鋼橫梁兩端吊桿同時進(jìn)行更換。

接下來進(jìn)行原吊桿移除(圖5)、新吊桿安裝等，施工時在橋面橫梁原吊桿位置鉆孔取芯，將舊吊桿取出并廢棄，并在拱肋上重新鉆孔安裝預(yù)埋鋼管、澆筑新錨座。

最后，安裝可調(diào)可換式新吊桿索體。同時為防止再次出現(xiàn)雨水侵蝕，除對桿身環(huán)氧噴涂并外擠HDPE外，在吊桿根部和錨頭處等橋面以上部分分別進(jìn)行了專門處理(圖6)。

施工期間對吊桿的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測，全部吊桿調(diào)節(jié)完成后檢測并記錄吊桿應(yīng)力，并對主拱肋的變形進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果表明，吊桿應(yīng)力和變形及主拱肋變形均在容許范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文針對州河大橋維修處治項(xiàng)目吊桿更換施工提出了采用臨時吊桿托換法更換吊桿施工方案，并設(shè)計(jì)制作了臨時吊桿體系和兜吊系統(tǒng)，結(jié)果表明，該施工方案具有傳力明確、安全可靠、施工簡單的特點(diǎn)，可為同類型拱橋結(jié)構(gòu)的吊桿更換施工方案制定等提供參考。

圖3 拱頂處安裝鋼橫梁

圖4 臨時吊桿體系

圖5 原吊桿拆除

(a) 桿身

(b)錨頭

[1] 黃國興. 中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換設(shè)計(jì)與施工[J]. 公路交通科技，2011(2)：95-99.

[2] 廖松山，李文獻(xiàn)，華劍平，等. 石潭溪大橋吊桿更換設(shè)計(jì)與施工[J]. 預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2013(3)：26-29.

[3] 余勇. 中承式鋼管混凝土拱橋維修加固技術(shù)[J]. 西南公路，2009(3)：51-56.

U445.7+4

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[定稿日期]2017-04-27

段偉(1983～)，男，本科，工程師，主要從事高速公路項(xiàng)目管理工作。