顧淦龍 盧威武

（長(zhǎng)興縣公路管理段）

104國(guó)道長(zhǎng)興段長(zhǎng)興港大橋吊桿更換技術(shù)研究

顧淦龍 盧威武

（長(zhǎng)興縣公路管理段）

吊桿是拱橋重要構(gòu)件，在橋梁長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中，會(huì)造成吊桿索力變化及外觀損毀等一系列病害，吊桿更換是延續(xù)此類橋梁使用壽命的有效技術(shù)方案。本文針對(duì)長(zhǎng)興港大橋的吊桿病害及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了拱橋吊桿更換技術(shù)方案，通過詳細(xì)的施工設(shè)計(jì)成功地施于吊桿更換施工。施工監(jiān)測(cè)表明，吊桿更換后索力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)控制值吻合，兩者差值符合設(shè)計(jì)要求，吊桿更換過程中梁體受力狀態(tài)安全。

下承式拱橋；吊桿更換；臨時(shí)吊桿；錨索計(jì)；施工監(jiān)控

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及、設(shè)計(jì)理論的不斷完善和發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算變得相對(duì)簡(jiǎn)單。我國(guó)下承式系桿拱橋的建設(shè)起步較晚，對(duì)吊桿存在的問題重視不夠，研究相對(duì)滯后，而由于對(duì)吊桿的預(yù)期壽命估計(jì)較高，當(dāng)前的設(shè)計(jì)幾乎都沒有考慮吊桿的檢測(cè)與更換，這給已建成的系桿拱埋下了隱患。近年來我國(guó)系桿拱橋吊桿更換也有不少實(shí)例，所采用的方法基本都是設(shè)置臨時(shí)替代，具體分為三種方法，即臨時(shí)支架法，臨時(shí)吊桿法，臨時(shí)兜吊法。其中應(yīng)用最多的是臨時(shí)吊桿法，本文中長(zhǎng)興港大橋吊桿更換也采用臨時(shí)吊桿法。

臨時(shí)吊桿法是在拱肋上設(shè)置調(diào)平墊塊，上面放置臨時(shí)鋼橫梁，通過4根臨時(shí)吊桿穿過臨時(shí)鋼橫梁，在吊桿更換時(shí)，通過對(duì)臨時(shí)吊桿進(jìn)行分級(jí)張拉，張拉完成之后，割斷原吊桿鋼絲，然后安裝新吊桿。對(duì)新吊桿進(jìn)行張拉，同時(shí)對(duì)臨時(shí)吊桿卸載，去掉臨時(shí)吊桿完成吊桿更換。該法不僅可以保證橋梁各部的內(nèi)力和應(yīng)力不發(fā)生過大的變化，而且可以基本保持橋梁的線形。

1 工程項(xiàng)目概況

長(zhǎng)興港大橋位于長(zhǎng)興縣境內(nèi)G104國(guó)道（北京至福州）上，全長(zhǎng)425.76m，于2000年建成通車。該橋主橋?yàn)橄鲁惺筋A(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋，跨徑52m，分左右兩幅，全橋共計(jì)44根吊桿。本次施工將舊吊桿全部更換為GJ鋼絞線整束擠壓拉索體系，型號(hào)為OVM．GJ15-25，破斷力6510KN,錨具采用與型號(hào)配套錨具。

本項(xiàng)目施工過程涉及到拱橋吊桿內(nèi)力多次轉(zhuǎn)換，施工難點(diǎn)在于如何保證吊桿更換過程及更換前后內(nèi)力一致，以及如何保證施工過程橋面線形及標(biāo)高等不發(fā)生變化，施工重點(diǎn)在于保證調(diào)索后吊桿索力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)控制值之差不超過設(shè)計(jì)要求。

2 吊桿病害及成因分析

吊桿病害：全橋吊桿錨頭均有滲水鈣化現(xiàn)象；吊桿外保護(hù)套均有不同程度的開裂；部分吊桿錨杯混凝土破損，部分吊桿上鋼板銹蝕；剝開下端封錨混凝土發(fā)現(xiàn)吊桿下端銹蝕較為嚴(yán)重。

吊桿病害成因分析：錨頭有滲水鈣化主要由于錨頭內(nèi)部密封性不好或被破壞導(dǎo)致雨水順著吊桿滲入錨頭內(nèi)部導(dǎo)致滲水鈣化。吊桿外保護(hù)套開裂，長(zhǎng)期戶外環(huán)境的風(fēng)吹日曬導(dǎo)致吊桿保護(hù)套老化開裂。拱座、錨頭等多處鋼構(gòu)件銹蝕，主要是由于保護(hù)層材料破損，雨水腐蝕造成的。

圖1 全橋吊桿編號(hào)

3 吊桿更換方案及施工要點(diǎn)

根據(jù)長(zhǎng)興港大橋橋型組成特點(diǎn)，吊桿更換施工工序如下：搭設(shè)施工平臺(tái)→澆筑混凝土調(diào)平墊塊→臨時(shí)吊桿孔道放樣、鉆孔→安裝組合橫梁和臨時(shí)吊桿→張拉臨時(shí)吊桿→拆除舊吊桿→安裝新吊桿→新吊桿張拉、拆除臨時(shí)吊桿→調(diào)索→新吊桿防護(hù)。施工過程應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

更換吊桿遵循橫、縱橋向?qū)ΨQ原則。即：吊桿6→吊桿5（7）→吊桿4（8）→吊桿3（9）→吊桿2（10）→吊桿1（11）

臨時(shí)錨固裝置主要由上錨固塊、臨時(shí)吊桿構(gòu)成，上錨固塊為鋼筋混凝土調(diào)平塊，臨時(shí)吊桿采用4根Φ32精軋螺紋鋼。

臨時(shí)吊桿和新吊桿張拉時(shí)均采用逐級(jí)加載，每次加載為設(shè)計(jì)張拉力的20%→40%→60%→80%→100%。每加載一次均需對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，確保橋面標(biāo)高變化范圍在5mm內(nèi)。

圖2 安裝組合橫梁及切除原吊桿施工圖

4 吊桿索力測(cè)定

系桿拱橋的吊桿索力是極其重要的參數(shù)，對(duì)吊桿索力測(cè)定的精確與否直接關(guān)系到施工控制的順利實(shí)施和橋梁在運(yùn)營(yíng)期間的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，因此索力測(cè)定也越來越被重視。大多數(shù)帶拉索橋梁索力的測(cè)定為頻率法，此方法是在吊索上設(shè)置拾震器，外力給索初始震動(dòng)，以測(cè)定其自振頻率，通過計(jì)算得出索力。該方法往往受到索的計(jì)算長(zhǎng)度，剛度等因素影響，從而使測(cè)得結(jié)果具有一定誤差。

本項(xiàng)目采用一種簡(jiǎn)便易行且具有較高精度的方法進(jìn)行拱橋吊桿拱橋測(cè)定。即將錨索計(jì)置于球形墊板下部，使錨固端力通過錨索計(jì)傳遞給拱肋（圖3所示），直接由錨索計(jì)讀出一個(gè)頻率值，經(jīng)過簡(jiǎn)單的換算即可得到吊桿拉力（見公式N-1）。既操作簡(jiǎn)單又保證了精度。缺點(diǎn)是一旦錨索計(jì)損壞，就無法更換。

圖3 錨索計(jì)及錨墊板

實(shí)測(cè)吊桿索力計(jì)算公式如下：

其中，F(xiàn)為吊桿拉力；K0為錨索計(jì)的靈敏度系數(shù)（已知）；f0、f1分別為錨索計(jì)的初始及最終頻率（其中f0為已知）

5 全橋索力調(diào)整

系桿拱橋外部為靜定結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為高次超靜定結(jié)構(gòu)，由于施工誤差及橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)影響，全橋吊桿更換完畢后，吊桿內(nèi)力與設(shè)計(jì)控制力必定存在偏差，故需要重新調(diào)索。由于本橋剛度較大，在索力調(diào)整過程中，對(duì)全橋22根吊桿分作兩次來調(diào)整，即一次調(diào)整一邊拱肋上的吊桿，以減少工作量。因此調(diào)索的總數(shù)量為N=11，為方便記錄，將拱橋西側(cè)吊桿用1表示，東側(cè)吊桿用2表示，如西側(cè)第三根吊桿表示為1-3。

表1 全橋吊桿索力實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)值比較結(jié)果

全橋索力調(diào)整后檢測(cè)結(jié)果列于下表。

實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值比較情況，從實(shí)測(cè)的22根吊桿的索力及其設(shè)計(jì)值的比較分析可知，實(shí)測(cè)索力相對(duì)設(shè)計(jì)差值均不超過10%，符合設(shè)計(jì)要求。

6 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

施工前對(duì)施工方案多次修訂與優(yōu)化，經(jīng)反復(fù)研究在以下幾個(gè)方面做出了較為優(yōu)化的方案，項(xiàng)目實(shí)施驗(yàn)證表明，長(zhǎng)興港大橋所采用方案安全性好，精確度高。

為了保持臨時(shí)吊桿張拉力的同步性，將原方案每根臨時(shí)吊桿用一臺(tái)千斤頂張拉控制，改為兩根臨時(shí)吊桿用一臺(tái)千斤頂張拉控制，并在每根臨時(shí)吊桿上安裝鋼弦式應(yīng)力傳感器，實(shí)時(shí)讀取臨時(shí)吊桿內(nèi)力值，以保證結(jié)構(gòu)安全。

拱橋吊桿內(nèi)力傳統(tǒng)的測(cè)定方法通常根據(jù)吊桿的震動(dòng)特性，采用頻率法測(cè)試索力，設(shè)備復(fù)雜，間接得到吊桿的自振頻率經(jīng)過計(jì)算得出索力，計(jì)算方法也較為復(fù)雜，在本次施工中，采用了簡(jiǎn)便精準(zhǔn)的方法，無需其他設(shè)備，只需經(jīng)過簡(jiǎn)單換算，同時(shí)保證了精度。并方便橋梁在今后運(yùn)營(yíng)中實(shí)時(shí)測(cè)定吊桿內(nèi)力。

在吊桿更換施工過程中對(duì)張力設(shè)計(jì)索力值和橋面標(biāo)高變化值進(jìn)行了雙控，做到了兩者兼顧。更換吊桿前、中、后均對(duì)橋面標(biāo)高，吊桿上錨墊板頂?shù)臉?biāo)高、下錨墊板底的標(biāo)高進(jìn)行了精確的測(cè)量，并與設(shè)計(jì)控制值進(jìn)行對(duì)比，以上數(shù)據(jù)均無超出設(shè)計(jì)控制值。

7 結(jié)語

吊桿上端預(yù)埋管中部分用穿心式千斤頂直接拔除，施工快速便捷，又不破壞原拱肋；下端因無著力點(diǎn)，經(jīng)反復(fù)商定，采用鉆孔取芯將其取出，但因橋梁新建施工時(shí)吊桿兩端預(yù)埋管中心線未嚴(yán)格對(duì)中，部分下端預(yù)埋管中的吊桿取出較為困難。

吊桿更換完畢經(jīng)調(diào)索后，全部索力與設(shè)計(jì)控制力相吻合。

實(shí)踐證明，吊桿更換設(shè)計(jì)思路正確，實(shí)際吊桿張拉力與張拉控制力結(jié)果吻合，采取的施工措施安全可靠。這一成功經(jīng)驗(yàn)，為今后此類工程的設(shè)計(jì)施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。