東苕溪特大橋系桿拱吊桿索力調(diào)整施工技術(shù)

褚繼榮 曹鵬

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州工務(wù)段，杭州310000

1 工程概況

宣杭（宣城—杭州）鐵路東苕溪特大橋全橋孔跨采用21～32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+112 m提籃式系桿拱橋+2×32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+24 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+8×32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁［1-2］，如圖1所示。

圖1 東苕溪特大橋主橋

宣城側(cè)21號墩位于德清縣東苕溪防洪大堤上，杭州側(cè)22號墩位于杭州市西險(xiǎn)大塘防汛通道上。主橋?yàn)?12 m下承式尼爾森體系鋼管混凝土提籃式系桿拱橋，梁全長116 m，其中計(jì)算跨徑為112 m，矢跨比為1∶5［3-4］。吊桿采用尼爾森體系布置，吊桿在拱肋平面內(nèi)水平夾角在52.1°～68.67°，橫橋向水平夾角為77°［3-6］。吊桿間距為8 m，交叉的兩根吊桿中心距為341 mm。除邊吊桿采用139根φ7的平行鋼絲束外，其余吊桿采用127根φ7的平行鋼絲束，吊桿外設(shè)防護(hù)［7-8］。

2 病害情況

該橋于2005年竣工并投入運(yùn)營。2011年檢測全橋吊桿力未發(fā)現(xiàn)異常。2017年檢測發(fā)現(xiàn)全橋吊桿力的分布發(fā)生較大變化［9］，見表1。

表1 各吊桿實(shí)測索力

2017年下行線4號吊桿索力損失嚴(yán)重，其索力與2011年偏差31%，已超過規(guī)范值（±10%）［10］。須調(diào)整全橋吊桿索力，調(diào)索時(shí)控制單次單根吊桿索力與設(shè)計(jì)索力的差值在±5%內(nèi)，使橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到相對理想受力狀態(tài)，線形更接近設(shè)計(jì)線形。

3 吊桿索力調(diào)整數(shù)值模擬

3.1 有限元模型

采用MIDAS/Civil 2017建立了東苕溪特大橋主橋模型（圖2），模型全長116.0 m，計(jì)算跨徑112.0 m，寬15.0 m，高22.4 m。上行線吊桿編號如圖3所示。下行線編號與上行線相對應(yīng)。

圖2 東苕溪特大橋主橋模型

圖3 上行線吊桿編號

3.2 吊桿索力調(diào)整方案

在成橋狀態(tài)下由系桿拱橋的兩端向跨中分8批，按設(shè)計(jì)值對11根吊桿索力進(jìn)行調(diào)整，見表2。

表2 吊桿索力調(diào)整批次及設(shè)計(jì)值

3.3 模擬結(jié)果

調(diào)整11根吊桿的索力后，測試了全橋上下行共48根吊桿的索力。各吊桿索力調(diào)整前實(shí)測值、數(shù)值模擬值和原設(shè)計(jì)值對比見圖4?？梢?，按擬定方案調(diào)整吊桿索力，可以使上行線2、5、6、7、8、11、12、2'、3'、4'、8'、10'號，下行線1、2、4、8、2'、3'、5'、10'、11'號吊桿索力恢復(fù)至接近設(shè)計(jì)值。與調(diào)整前相比，調(diào)整后全橋吊桿索力分布相對均勻，但與設(shè)計(jì)值還有一定的差距，吊桿索力突然增大的問題沒有得到解決，上行線9號、下行線9'號吊桿索力分別比設(shè)計(jì)值增大了27.9%、30.1%，同時(shí)上行線10號和下行線的6、10號吊桿索力偏低。

圖4 各吊桿索力調(diào)整前實(shí)測值、數(shù)值模擬值和原設(shè)計(jì)值對比

4 吊桿索力調(diào)整現(xiàn)場施工

4.1 調(diào)整順序和基本要求

按數(shù)值模擬的調(diào)整順序和原設(shè)計(jì)值進(jìn)行現(xiàn)場施工，吊桿索力調(diào)整期間必須停電，橋面上無列車活載。

4.2 索力調(diào)整張拉裝置

張拉裝置由下墊板、張拉螺母、張拉桿、張拉反力架、壓力傳感器、張拉桿螺母、組合千斤頂組成，見圖5。

圖5 索力調(diào)整張拉裝置

4.3 工藝流程

1）施工準(zhǔn)備

查閱相關(guān)竣工圖紙，核實(shí)吊索規(guī)格、錨具尺寸等參數(shù)，為調(diào)整裝置設(shè)計(jì)以及傳感器的選擇提供依據(jù)。每天施工時(shí)間短，應(yīng)配備足夠的施工人員及備用的設(shè)備，并仔細(xì)檢查設(shè)備狀態(tài)，減少故障的發(fā)生，提高天窗內(nèi)的工作效率。

2）拆除護(hù)欄、吊桿錨頭防護(hù)罩和清理油脂

臨時(shí)拆除對調(diào)整有影響的爬梯及護(hù)欄，拆除吊桿錨頭防護(hù)罩，清理錨頭上的油脂。

3）張拉裝置安裝、調(diào)試

依次放置下墊板、旋入張拉連接頭和張拉桿，安裝張拉反力架、壓力傳感器、張拉桿螺母和組合千斤頂，接好油泵以及傳感器顯示器（圖6），完成張拉前的準(zhǔn)備工作。

圖6 現(xiàn)場安裝張拉裝置

啟動(dòng)油泵，緩慢進(jìn)油，觀察吊桿錨固螺母與錨墊板的結(jié)合情況，待螺母剛剛脫離錨墊板時(shí)記錄傳感器數(shù)據(jù)，此值即為該吊桿的錨固索力。

4）正式調(diào)整吊桿索力

先將吊桿索力放松為0，然后分三級重新張拉至設(shè)計(jì)值，每級張拉值不應(yīng)超過設(shè)計(jì)值的40%。根據(jù)傳感器讀數(shù)，記錄索力值。由監(jiān)測單位復(fù)核索力，檢驗(yàn)合格后，方可固定吊索錨具螺母，拆除張拉裝置，完成單根吊桿的張拉。

分8批（參見表2）對上行線2、2'、3、3'、4'、5、7號，下行線2、2'、3'、4號共11根吊桿的索力進(jìn)行調(diào)整。

5）恢復(fù)吊桿錨頭防護(hù)罩和護(hù)欄

對11根吊桿索力全部調(diào)整完畢后拆除張拉裝置，給錨頭重新填充防腐油脂，恢復(fù)錨頭防護(hù)罩，并用封錨密封膠密封。將拆除的護(hù)欄恢復(fù)，清理現(xiàn)場雜物。

4.4 吊桿索力調(diào)整效果

分批調(diào)整11根吊桿索力后，現(xiàn)場實(shí)測了全橋48根吊桿的索力。實(shí)測值與數(shù)值模擬值對比見圖7。可知：①調(diào)整后上行線1、4號吊桿索力實(shí)測值分別比數(shù)值模擬值低6.6%、7.5%，其余吊桿索力相差不大；②調(diào)整后下行線1號吊桿索力實(shí)測值比數(shù)值模擬值大11.6%，下行線2、4、2'號吊桿索力實(shí)測值分別比數(shù)值模擬值低5.9%、5.1%、5.8%，其余吊桿索力相差不大。

圖7 調(diào)整后吊桿索力實(shí)測值與數(shù)值模擬值對比

5 結(jié)語

東苕溪特大橋下行線4號吊桿索力損失嚴(yán)重，制定了由系桿拱橋兩端向跨中分8批對11根吊桿索力進(jìn)行調(diào)整的方案。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，采用該方案可以將下行線4號吊桿索力恢復(fù)至接近設(shè)計(jì)值，全橋48根吊桿索力分布也比調(diào)整前均勻?，F(xiàn)場調(diào)索完成后，全橋索力與有限元模擬值比較吻合。