中承式提籃拱橋體系轉換加固技術研究

李剛，韓東

（武漢二航路橋特種工程有限責任公司，武漢430071）

1 引言

目前，橋梁加固技術主要有2 種方式：（1）直接加固薄弱區(qū)（如碳纖維加固、體外預應力加固等）從而達到提高局部構件承載力的目的；（2）改變原有結構受力體系，目前僅在小跨度橋梁中采用簡支變連續(xù)梁的加固方法。由于大跨橋梁結構病害復雜，目前，大跨結構改變結構體系的施工案例中，僅有寧夏風陵渡大橋、山東東明黃河大橋是由連續(xù)剛構橋改為矮塔斜拉橋，但未見有吊桿拱橋改變體系的加固方法，中承式吊桿拱橋體系轉換更是未見任何文獻記載。隨著國內大型施工設備發(fā)展和大型橋梁結構施工經驗積累、橋梁大規(guī)模維養(yǎng)期的臨近，有必要加快研究采用改變結構體系這一方式進行吊桿拱橋的加固，以延長橋梁的使用壽命，繼續(xù)發(fā)揮作用[1]。

本文的研究依托成渝高速公路內江提籃拱橋改造工程，對該改造項目進行研究，有利于探索吊桿拱橋的體系加固方法，為吊桿拱橋體系轉換提供案例及依據，同時，為其他類型橋梁體系轉換加固提供指導。

2 工程概況

成渝高速公路新龍坳立交橋主橋為凈跨117.80m 的中承式混凝土提籃拱橋，橋梁全長178.40m，跨徑組合為2伊10m+102m+4伊10m。主橋吊桿布置為每一吊點（橋道橫梁）設2 根夾角的45毅交叉吊桿體系。

該橋在多次專項檢測中發(fā)現鋼拉桿和吊桿之間存在較大的偏心，在活荷載作用下，鋼拉桿產生反復的彎折變形，此類鋼拉桿彎折受力體系在日常養(yǎng)護中難以檢測，通過更換吊桿等維修加固方式難以徹底解決橋梁長期疲勞荷載作用下的安全隱患。為徹底解決橋梁吊桿及拱圈病害，保證橋梁安全運營及耐久性，決定將該橋由提籃拱橋結構轉換成連續(xù)梁橋結構。

體系轉換加固總體思路：拆除新增鋼縱梁處人行道板、部分縱梁，在跨中及1/4 跨的中橫梁下增設樁柱式橋墩，橋墩上增設2 道鋼縱梁，原橫梁擱置在鋼縱梁的下弦桿上。將102m的主跨橋面系結構分為21.3m+2伊25.5m+21.3m 的4 跨連續(xù)梁結構（見圖1）。原吊桿不進行轉換，鋼縱梁通過橋下頂升與原橫梁密貼。重建拆除的人行道板、縱梁。

圖1 提籃拱橋體系轉換立面圖

3 體系轉換施工技術

3.1 下部結構施工

新增樁基采用人工挖孔成樁，主要包括6#～10#墩共5 排樁基，其中，9#～10#樁基為涉鐵施工。樁基完成后進行承臺、墩柱及蓋梁施工。

3.2 鋼縱梁加工廠預制

新增2 道鋼縱梁采用鋼板拼接而成的剛架單元。下弦桿采用箱型截面，高35cm，寬100cm，上下翼緣壁厚22mm，腹板厚22mm，內設22mm 厚縱向和橫向加勁肋。上弦桿采用箱型截面，高55cm，寬100cm，上下翼緣壁厚22mm，腹板厚22mm，內設22mm 厚縱向和橫向加勁肋。斜桿及豎桿采用截面形式為由鋼板焊接而成的工字型截面，截面外輪廓尺寸為860mm伊350mm，壁厚22mm。弦桿與斜桿通過節(jié)點板采用焊接。鋼桁架由A 節(jié)段、B 節(jié)段上、B 節(jié)段下、C 節(jié)段上、C 節(jié)段下、D 節(jié)段上和D 節(jié)段下7 種節(jié)段構成，節(jié)段與節(jié)段之間采用二氧化碳氣體保護焊連接，鋼材選取Q345qDNH 型鋼[2]。

3.3 鋼縱梁上方檢修道橋面板及護欄拆除

為了不影響鋼縱梁吊裝就位，新增橋墩施工完畢，鋼縱梁預制完成后，可拆除護欄及鋼縱梁上方2 片檢修道空心板。護欄及空心板拆除用繩鋸整體切割，再采用汽車吊起吊運至場外。

3.4 鋼縱梁吊裝與安裝

鋼縱梁各節(jié)段中，C 節(jié)段下為最大節(jié)段，長度為8.5m，起吊重量約為18t，吊裝采用2 臺5t 卷揚機在橋面上進行，在主拱圈上各節(jié)段對應位置設置吊環(huán)，吊環(huán)采用26mm 的鋼絲繩（破斷拉力不小于352kN）固定在主拱圈上，并種植高強錨栓防止鋼絲繩滑動。吊裝采用22mm 的鋼絲繩（破斷拉力不小于252kN），滑輪組采用6 股繩的動滑輪，吊裝鋼絲繩受力約為：F=1/2伊1/6伊18伊10=15kN，安全系數躍8。

預先拆除鋼縱梁上方檢修道橋面板形成施工空間，通過滑輪組實現鋼縱梁節(jié)段的垂直起吊，先吊裝6#墩側A 節(jié)段，再吊裝B 節(jié)段、C 節(jié)段、D 節(jié)段，依次完成6#～9#墩非涉鐵部分鋼縱梁的全部節(jié)段吊裝。

鋼縱梁各節(jié)段吊裝到指定位置后，移動活動支架，將鋼縱梁下放到支架上，并對鋼縱梁整體線形進行調整，保證鋼縱梁拼接平順，然后采用二氧化碳氣體保護焊將鋼縱梁連成整體。

3.5 同步頂升體系轉換

鋼縱梁焊接形成整體后進行體系轉換，利用同步頂升系統(tǒng)整體頂升。全橋控制頂升力為橋面系及鋼縱梁恒載之和的30%，頂升完成后，橫梁位移理論計算值分別為：6#、10#墩橫梁上移3mm，7#、9#墩墩橫梁上移9mm，跨中8#墩橫梁上移11mm。

全橋控制頂升力為1510t，在6#、10#墩蓋梁上各布設1 臺千斤頂，7#～9#墩蓋梁上各布設3 臺千斤頂，千斤頂型號為100t。頂起鋼縱梁時，采用并聯單動式千斤頂，每個頂升點由同1 臺電動油泵供給動力，通過電腦控制每臺千斤頂的頂升位移，完成同步頂升。頂升分為橋梁及鋼縱梁恒載之和的10%、15%、20%、25%、30%五級同步頂升，每級頂升完成由施工監(jiān)控單位測量各項數據，隨時整理分析，如有異常，及時處理。

3.6 安裝支座及落梁

鋼縱梁頂升到設計位置后，使用臨時鋼墊塊支撐鋼縱梁，安裝新支座，然后在支座及蓋梁之間填充高強灌漿料，保證無間隙落梁。支座安裝位置確保無誤后，使支座上表面與鋼縱梁底充分接觸。高強灌漿料填充完成并達到設計強度要求后，即放下鋼縱梁，鋼縱梁放置施工步驟與頂升施工步驟相反。落梁過程要保持整體平穩(wěn)，由計算機控制同步下降液壓系統(tǒng)完成，直到梁體落實為止。

4 體系轉換結果

通過第三方監(jiān)控單位對內江提籃拱橋體系轉換前后施工監(jiān)控表明：（1）橋面高程變化控制在設計容許的范圍內，與理論計算基本一致，結構變形監(jiān)控表現良好。（2）由本橋拱腳及橋墩處應力監(jiān)測結果可知，各控制截面受力狀態(tài)均和理論計算值接近，誤差均在可控范圍內，可驗證理論計算和實際結構受力一致，橋梁結構安全。各測點應變隨測量日期的變化情況整體平穩(wěn)，無太大差值。（3）體系轉換前后采用頻率法測試索力，從吊桿測試結果可知，上下游對稱吊桿及跨中兩側對稱吊桿自振頻率基本相同，偏差均在可控范圍10%之內，吊桿受力對稱性良好。（4）體系轉換后鋼縱梁承載反力總和為1580t，與體系轉換設b吧v計計算理論值較為接近，滿足體系轉換要求。

本次提籃拱橋改造效果達到了預期目標。將提籃拱橋結構轉換成連續(xù)梁橋的結構形式，在全國范圍內尚屬首例，系統(tǒng)化總結出中承式提籃拱橋體系轉換關鍵技術，可以極大地提高施工效益，對相關領域的設計施工問題具有很好的借鑒指導價值。