系桿拱橋更換吊桿施工技術和質量控制淺析

文／麗水市公路港航與運輸管理中心 曹發(fā)文

關鍵字:系桿拱橋；更換吊桿；質量控制

0 引言

吊桿作為系桿拱橋的重要承重構件，處于高拉應力狀態(tài)。吊桿內鋼絲雖然處于保護套內，但隨著服役時間增加，保護套出現(xiàn)破損、開裂時，外界腐蝕介質將會進入吊桿內部，對鋼絲產(chǎn)生腐蝕作用。處于高應力狀態(tài)下的鋼絲對腐蝕作用的抵抗能力尤為脆弱，嚴重時將導致吊桿整體斷裂，并可能引發(fā)多米諾效應，導致橋梁的整體坍塌。目前國內垮塌的橋梁中，中下承式吊桿拱橋的數(shù)量居于前列，吊桿失效是垮塌的重要因素之一。

1 項目背景

麗水市塔下大橋主橋為柔性系桿拱結構，主橋長 93.4m。主橋結構為下承式系桿拱（二片拱肋），矢跨比為 f/l=1/5，跨徑90m。拱肋采用鋼管混凝土結構，啞鈴形截面，高 2.4m，由兩根直徑1100mm、厚16mmA3 鋼管和兩塊厚14mm 綴板組成，鋼管中及綴板間灌注C40 混凝土。該橋共有17 對吊桿，吊桿主要病害有：（1）吊桿下端錨箱內下錨杯、錨下鋼板及上導管銹蝕。（2）吊桿鋼管護套表面銹蝕約。（3）吊桿上導管減振填充物老化。（4）吊桿下錨杯鋼絲鐓頭銹蝕。（5）左6#吊桿下錨杯封閉混凝土鑿開后，有水滲出。（6）左7#、右15#吊桿吊桿下錨窩南側壁斜向裂縫。（7）右17#吊桿下防水罩缺失。

吊桿設計使用年限一般為 10 ～20 年，本橋建成約 13 年，且吊桿防護措施較落后，因此可考慮對其進行更換。

2 更換方案

2.1 新吊桿選擇

選擇時遵循以下原則：（1）在維持原設計荷載的前提下，保證新?lián)Q吊桿承載能力滿足現(xiàn)行《公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范》中吊索綜合系數(shù)（安全系數(shù)）的要求。（2）新?lián)Q吊桿承載能力不得小于原有吊桿承載能力。（3）新?lián)Q吊桿上下導管直徑盡量匹配，導管空島盡量不重新擴孔。

2.2 臨時兜吊系統(tǒng)

吊桿更換采用“臨時兜吊法”，該橋為簡單懸吊體系，施工完成后，橋面標高需保持與施工前標高一致。

3 施工方案

3.1 第一次體系轉換

臨時吊桿的張拉端放置在上吊點即拱背上，用四臺千斤頂同步張拉 4 根臨時吊桿，張拉過程中，必保持每根臨時吊桿受力相等，保證整個施工過程中，施工荷載在拱肋拱軸線上受力。同時為確保舊吊桿拆除時橋梁各部分的變形盡可能保持穩(wěn)定，以免變形過大造成橋面開裂，應采用分次張拉臨時吊桿，逐步卸載舊吊桿。

3.2 斷索

對臨時吊桿進行張拉的同時，要對橋面及拱肋標高進行實時監(jiān)測，橋面標高上下位移不能超過3mm。臨時吊桿達到設計拉力或者標高變化在規(guī)定范圍內后，用切割機在橋面處分絲割斷部分舊吊桿鋼絲。

3.3 拔索

吊桿護管在吊桿系桿、拱肋內的埋置長度為 2.5m 左右，在原施工時，吊桿與護管之間被水泥混凝土、砂漿填滿。施工時要安排人員采用高壓水槍一邊沖洗一邊用長鋼釬鑿除，最后用千斤頂加墊塊直接抽出。

3.4 清孔

為確保新吊桿安裝和原預埋管管壁的防腐，吊桿拆除后，應先將錨箱與套管內的混凝土殘渣清理干凈，并對預埋鋼管和上下錨墊板進行除銹處理。

3.5 新索安裝

將吊桿兩端錨頭拆開包裝，檢查螺紋是否旋入自如。索體部分的外包裝可待施工完成后再拆除。將吊桿橫梁端的螺母旋出，待用。將保護罩的厚墊板焊接在下端預埋墊板上，注意與墊板孔對中。拱端連接頭與新吊桿上端錨頭內螺紋連接。

3.6 安裝錨索計

吊桿索力是下承式拱橋重要的受力構件，通過吊桿索力的監(jiān)測能夠為運營期間的安全性提供直接的預警信息和狀態(tài)評估信息。在對應吊桿設置錨索計對吊桿索力進行監(jiān)測。

3.7 第二次體系轉換

通過交替對新吊桿的張拉和卸載臨時吊桿，將臨時吊桿承擔的吊桿力轉移到新的吊桿上，由新吊桿取代臨時吊桿。

3.8 安裝防水罩

為使?jié)B入吊桿內的雨水能夠順利排出，吊桿下錨具設帶排水槽的3cm 厚不銹鋼墊板。

4 質量和安全保障措施

4.1 交通管制及維護

為確保施工期間施工區(qū)域及周邊道路的通暢運行，保證施工對車輛通行的影響最小，采取作業(yè)期間24 小時雙向封閉第二側車道，第一車道保持小型車輛通行，期間非機動車和行人正常通行，沿線公交車輛提前進行告示繞道通行。

4.2 測量及施工監(jiān)控

在吊桿更換過程中，需要跟蹤測量的是橋面標高、被更換吊桿的伸長量和對臨時吊桿加載的油壓表讀數(shù)等。對臨時吊桿每級加載后、每次割斷鋼絲后和新吊桿各級張拉后，均需要測量橋面標高、吊桿的伸長量，并記錄油壓表的讀數(shù)。

4.3 調節(jié)索力

吊桿更換后，要再次測量橋面標高并與橋面初始位置進行比較；測試新吊桿索力與設計值進行對照；測定吊桿下吊點撓度的變化情況，并把這些作為索力是否需要調整的依據(jù)。

5 更換后效果

各吊桿實測頻率基本符合理論規(guī)律，吊桿力分布基本符合理論規(guī)律，吊桿力基本無異常。橋面線形無突變、折線情況，線形平順。左右拱拱肋拱軸線與理論線形重合性較好，未發(fā)現(xiàn)異常變形。

跑車試驗時，讓兩輛載重汽車以不同車速勻速通過橋跨結構，通過測定橋跨結構主要控制截面測點的動應變時間歷程響應曲線可以得到橋梁的沖擊系數(shù)。測點位置位于右側拱頂測點處應變時程曲線圖。模態(tài)測試試驗得到橋梁第一至五階豎向振型(包括扭轉振型)、頻率及阻尼比。

（1）頻率與阻尼：實測橋梁縱向、橫向一階，豎向第一至七階振動頻率與阻尼，實測頻率與計算值接近，且一般略大于計算值。表明計算模型與實測結構相符，結構整體剛度與計算相當。實測各階振型阻尼比分別為 1.26%～4.11%之間，均在一般常值范圍內。

（2）振型：通過模態(tài)測試試驗實測結構第一至七階豎向振型與計算相符，僅是第四、五階的扭轉振型出現(xiàn)次序相反。

（3）沖擊系數(shù)：拱肋沖擊系數(shù)在 1.028 ～1.057 之間，且一般車速較大時，沖擊系數(shù)也較大。

（4）動載試驗結論實測拱肋應變沖擊系數(shù)與《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)范》（GB50923-2013）較接近，小于《公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范》（JTG/T D65-06-2015），大于《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）。實測結構一至七階豎向振型與計算基本一致；各階實測頻率及縱橫向頻率接近計算值，表明計算模型剛度與實際結構相符；實測阻尼比在常值范圍。

6 結語

系桿拱結構，主梁采用斜桿與主拱圈相連，形成尼爾森體系。一旦吊桿斷裂將會造成整座橋坍塌。橋梁應按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11-2004），做好橋梁的定期檢查和維護工作，并加強橋梁的日常養(yǎng)護管理工作；并注意嚴禁超載車輛通行，確保橋梁安全。