文／麗水市公路港航與運(yùn)輸管理中心 曹發(fā)文

關(guān)鍵字:系桿拱橋；更換吊桿；質(zhì)量控制

0 引言

吊桿作為系桿拱橋的重要承重構(gòu)件，處于高拉應(yīng)力狀態(tài)。吊桿內(nèi)鋼絲雖然處于保護(hù)套內(nèi)，但隨著服役時間增加，保護(hù)套出現(xiàn)破損、開裂時，外界腐蝕介質(zhì)將會進(jìn)入吊桿內(nèi)部，對鋼絲產(chǎn)生腐蝕作用。處于高應(yīng)力狀態(tài)下的鋼絲對腐蝕作用的抵抗能力尤為脆弱，嚴(yán)重時將導(dǎo)致吊桿整體斷裂，并可能引發(fā)多米諾效應(yīng)，導(dǎo)致橋梁的整體坍塌。目前國內(nèi)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(jié)構(gòu)，主橋長 93.4m。主橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(nèi)下錨杯、錨下鋼板及上導(dǎo)管銹蝕。（2）吊桿鋼管護(hù)套表面銹蝕約。（3）吊桿上導(dǎo)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(cè)壁斜向裂縫。（7）右17#吊桿下防水罩缺失。

吊桿設(shè)計使用年限一般為 10 ～20 年，本橋建成約 13 年，且吊桿防護(hù)措施較落后，因此可考慮對其進(jìn)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(shè)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(shè)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(dǎo)管直徑盡量匹配，導(dǎo)管空島盡量不重新擴(kuò)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(biāo)高需保持與施工前標(biāo)高一致。

3 施工方案

3.1 第一次體系轉(zhuǎn)換

臨時吊桿的張拉端放置在上吊點(diǎn)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(yīng)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(jìn)行張拉的同時，要對橋面及拱肋標(biāo)高進(jìn)行實時監(jiān)測，橋面標(biāo)高上下位移不能超過3mm。臨時吊桿達(dá)到設(shè)計拉力或者標(biāo)高變化在規(guī)定范圍內(nèi)后，用切割機(jī)在橋面處分絲割斷部分舊吊桿鋼絲。

3.3 拔索

吊桿護(hù)管在吊桿系桿、拱肋內(nèi)的埋置長度為 2.5m 左右，在原施工時，吊桿與護(hù)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(yù)埋管管壁的防腐，吊桿拆除后，應(yīng)先將錨箱與套管內(nèi)的混凝土殘渣清理干凈，并對預(yù)埋鋼管和上下錨墊板進(jìn)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(hù)罩的厚墊板焊接在下端預(yù)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(nèi)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(gòu)件，通過吊桿索力的監(jiān)測能夠為運(yùn)營期間的安全性提供直接的預(yù)警信息和狀態(tài)評估信息。在對應(yīng)吊桿設(shè)置錨索計對吊桿索力進(jìn)行監(jiān)測。

3.7 第二次體系轉(zhuǎn)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(dān)的吊桿力轉(zhuǎn)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(nèi)的雨水能夠順利排出，吊桿下錨具設(shè)帶排水槽的3cm 厚不銹鋼墊板。

4 質(zhì)量和安全保障措施

4.1 交通管制及維護(hù)

為確保施工期間施工區(qū)域及周邊道路的通暢運(yùn)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(cè)車道，第一車道保持小型車輛通行，期間非機(jī)動車和行人正常通行，沿線公交車輛提前進(jìn)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(biāo)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(biāo)高、吊桿的伸長量，并記錄油壓表的讀數(shù)。

4.3 調(diào)節(jié)索力

吊桿更換后，要再次測量橋面標(biāo)高并與橋面初始位置進(jìn)行比較；測試新吊桿索力與設(shè)計值進(jìn)行對照；測定吊桿下吊點(diǎn)撓度的變化情況，并把這些作為索力是否需要調(diào)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(jié)構(gòu)，通過測定橋跨結(jié)構(gòu)主要控制截面測點(diǎn)的動應(yīng)變時間歷程響應(yīng)曲線可以得到橋梁的沖擊系數(shù)。測點(diǎn)位置位于右側(cè)拱頂測點(diǎn)處應(yīng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)相符，結(jié)構(gòu)整體剛度與計算相當(dāng)。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(nèi)。

（2）振型：通過模態(tài)測試試驗實測結(jié)構(gòu)第一至七階豎向振型與計算相符，僅是第四、五階的扭轉(zhuǎn)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(jié)論實測拱肋應(yīng)變沖擊系數(shù)與《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范》（GB50923-2013）較接近，小于《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》（JTG/T D65-06-2015），大于《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）。實測結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)相符；實測阻尼比在常值范圍。

6 結(jié)語

系桿拱結(jié)構(gòu)，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(yīng)按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004），做好橋梁的定期檢查和維護(hù)工作，并加強(qiáng)橋梁的日常養(yǎng)護(hù)管理工作；并注意嚴(yán)禁超載車輛通行，確保橋梁安全。