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。
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。
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)
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
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)
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。
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。
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)。