石光輝

（重慶萬橋交通科技發(fā)展有限公司，重慶 400000）

0 引言

西南地區(qū)某特大橋主橋為預應力混凝土單塔雙索面斜拉橋，全橋長1276.4m，主跨2×180.0m 布置。上部結(jié)構(gòu)為塔墩梁固結(jié)體系，全橋共112 根平行鋼絲斜拉索。主橋布置見圖1。

圖1 某特大橋主橋布置（單位：cm）

該橋已運營近20 年，斜拉索接近設計使用壽命年限。橋梁定檢發(fā)現(xiàn)，該橋112 根斜拉索中，1 處下錨頭鋼絲墩頭嚴重銹蝕，5 處下錨頭鋼絲墩頭中度銹蝕，106處下錨頭鋼絲墩頭輕微銹蝕。定性判定結(jié)果表明，1 根拉索評定標度為4，?PMCI?_l 為40.00；5 根拉索評定標度為3，?PMCI?_l 為55.00；106 根拉索評定標度為2，?PMCI?_l 為65.00。

綜上，大橋斜拉索系統(tǒng)部件技術(shù)狀況評分?PMCI?_i 為40.10，屬于4 類部件。

設計選取鋼絲墩頭嚴重銹蝕的1 根拉索和索力偏差最大1 根拉索進行更換。將更換的斜拉索送試驗檢測，評估斜拉索剩余使用壽命。

1 換索設計原則及目標

（1）綜合結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟造價、施工便捷、加固后結(jié)構(gòu)可靠性及耐久性等因素[1]，達到以下維修加固設計目標：拆除更換墩頭銹蝕嚴重的典型斜拉索及索力偏差最大的斜拉索，交由業(yè)主進行斜拉索安全性檢測專項評估工作。經(jīng)論證如有必要時，對全橋斜拉索進行更換，并進行索力調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)安全運營。

（2）新索設計維持原舊索結(jié)構(gòu)設計；新更換的拉索索力與舊索索力相等，并以橋面標高不變?yōu)榭刂颇繕?。全橋斜拉索不再調(diào)整索力。

（3）新更換的斜拉索型號及錨具型號均與原設計保持一致。

（4）新?lián)Q拉索最終張拉力以拆除拉索時的千斤頂實測啟動索力為準。

（5）新在更換拉索期間，主梁應力變化不得超過理論計算值的士20%，主梁變形不得超過理論變形土5mm，拉索索力不得超過理論索力的±5%。

2 拉索更換總體方案

在役斜拉橋一般都處于交通要道上，在不中斷交通條件下進行部分斜拉索的更換已是大勢所趨。本橋試驗索更換交通組織方式為占道施工。臨時措施在滿足占道施工條件下進行布置。

斜拉索的張拉端設置在塔端，錨固端設置在梁端?？傮w更換順序按照先拆除短索再拆除長索。

舊索拆除順序：塔端放張→梁端拆除→塔端拆除。

新索安裝順序：橋面展索→塔端掛索→梁端掛索錨固→塔端張拉。

塔端放張及新索塔端掛設，因塔端索導管長度較短，全部采用硬牽引。使用塔頂?shù)跫茏鳛槠鸬踉O備。

梁端舊索拆除及新索掛設，使用卷揚機反拉壓錨，并使用汽車吊配合作業(yè)。

斜拉索安拆主要臨時施工措施包括：塔頂?shù)跫堋⑺?nèi)張拉平臺，梁端安裝平臺、橋面防護平臺。

3 施工準備

3.1 拉索更換施工前應復核的內(nèi)容

拉索更換施工過程中應復核的內(nèi)容如下：①橋梁線形與設計值的偏差。②拉索索力及其長度與設計值的偏差。③拉索和錨固區(qū)域的實際構(gòu)造及病害情況。④斜拉橋相關(guān)構(gòu)件的病害情況。⑤新索與錨固構(gòu)造的匹配情況。⑥新舊索工具錨口的匹配情況。⑦拉索更換施工條件。⑧橋面通行交通狀況。

3.2 工裝設計與準備

（1）塔頂?shù)跫?。塔頂?shù)跫苁撬藪焖骷皬埨瓩C具設備材料進入塔內(nèi)的主要起吊設備。通常采用設置在橋面的卷揚機通過轉(zhuǎn)向輪做為塔頂?shù)跫艿钠鸬鮿恿2]。

塔頂?shù)跫芤话阍O計為桁架形式，除具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性外，還應重點保證塔頂?shù)跫芘c塔頂混凝土的錨固性能。圖2 為塔頂?shù)跫堋?/p>

圖2 塔頂?shù)跫?/p>

（2）塔外掛籃及橋面防護平臺。塔外掛籃主要為塔端掛索及塔端索導管中內(nèi)置減震器安裝提供作業(yè)平臺。為保證橋面作業(yè)人員及通行車輛安全，在橋面拉索塔端施工影響區(qū)域范圍內(nèi)搭設橋面防護平臺。

（3）張拉千斤頂。張拉千斤頂不小于設計張拉力的1.5 倍。千斤頂使用前應進行校驗[3]。

（4）張拉撐角、變徑螺母及張拉桿。張拉撐腳高度確定時，應滿足最大規(guī)格斜拉索張拉到最大錨杯外露量時的空間要求[3]。張拉桿長度選擇時應綜合考慮塔內(nèi)張拉空間和塔端錨杯下放距離。塔端錨杯下放距離滿足下放后拉索承受的張拉力小于梁端設備能提供的壓錨力。圖3 為硬牽引及張拉系統(tǒng)。

圖3 硬牽引及張拉系統(tǒng)

（5）其他主要機具設備：放索盤、展索小車、卷揚機、索夾、吊裝帶等。

4 斜拉索安拆工況索力分析

施工前應根據(jù)索長、索重、斜度和風力等因素，計算拉索在安裝時錨頭距索管口不同距離以及滿足錨環(huán)支承時的牽引力。

假設斜拉索鋼絲精下料長度為L，塔、梁兩端索孔錨板中心的幾何距離L0，梁端錨杯分絲板墩頭到錨墊板距離為ΔL 梁，塔端錨杯分絲板墩頭到錨墊板距離為ΔL 塔，在牽引力T 作用下，其彈性伸長量為TL/EA，垂度影響的伸長量近似為-ω2LX2L0/（24T2），因此可得：

ΔL 塔+ΔL 梁=L－L0－（ω2LX2L0）/（24T2）+TL/AE；

（24L/AE）T3+24×（L－L0－ΔL 塔－ΔL 梁）T2－ω2LX2 L0=0。

其中：ΔL 梁——梁端分絲板墩頭到錨墊板距離（拉出時為正值）；ΔL 塔——塔端分絲板墩頭到錨墊板距離（拉出時為正值）；L——斜拉索鋼絲精下料長度；L0——塔、梁兩端索孔錨板中心的幾何距離；ω——斜拉索單位長度重量；LX——L0的水平投影長度；T——牽引力；A——鋼絲截面面積；E——彈性模量。

此公式是變量為T 的一元三次方程，通過盛金公式求解一元三次方程，并采用Excel 編寫計算程序，從而求出各工況斜拉索安裝索力T。圖4 為拉索索力計算。

圖4 拉索索力計算

5 舊索拆除

5.1 舊索拆除工序

舊索拆除工序為：塔端張拉系統(tǒng)安裝→起始拆索力測定→塔端錨杯下放→梁端壓錨松錨頭→梁端拆除→塔端拆除。

5.2 塔端放張，張拉端錨杯下放

使用塔端硬牽引張拉系統(tǒng)放張舊索，放張前應拆除內(nèi)置減震器、清除索導管內(nèi)填充物。張拉啟動舊索后，按照計算所需長度將錨杯下放至索導管內(nèi)。

拆除前使用退錨劑要提前一天對錨頭進行灌注，留足時間來供退錨劑產(chǎn)生作用。

舊索拆除啟動后，測定啟動索力。檢查無異常后千斤頂緩慢回油，分5 級將斜拉索索力放張。每一級索力分別為啟動索力的90%、80%、60%、30%、直至斜拉索索力小于15t。在每一級放張到位后持荷5min，測量錨杯或張拉桿向索導管內(nèi)回縮量，并讀取監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)異常應立即停止放張。

5.3 梁端及塔端拆索

使用設置在橋面的卷揚機反拉舊索，使錨頭部分松脫拆除錨環(huán)，然后逐步將拉索錨杯從梁端索導管內(nèi)退出。

梁端拆除后，將塔端錨頭下放至索導管外緣，接觸硬牽引與錨杯連接，使用塔頂?shù)跫芟确判崩髦翗蛎?，完成舊索拆除。圖5 為梁端放索。

圖5 梁端放索

5.4 啟動索力測定

精確測定拆索啟動索力，是確定新索終張拉力的關(guān)鍵[4]。肉眼對于舊索索力啟動的瞬間較難判定，本項目采用在塔端設置百分表，建立百分表位移與千斤頂油表讀數(shù)的對應關(guān)系，找出舊索啟動瞬間的油壓表讀數(shù)，從而精確確定起始索力。

舊索啟動張拉瞬間油表會急劇上升到超大值，在停止張拉保壓時會回落，以保壓讀數(shù)為準。

6 新索安裝

6.1 新索安裝工序

新索安裝工序為：橋面展索→塔端牽引至索導口→連接硬牽引→塔端錨杯入索導管臨時錨固→梁端穿索錨固→塔端張拉→錨頭防腐及附件安裝。

6.2 斜拉索張拉

拉索張拉的順序、級次數(shù)和量值應符合設計和施工控制的規(guī)定；張拉宜以測定的索力或油壓表量值為準，以延伸值作為校核。

張拉用的千斤頂與壓力表應配套標定、配套使用。

斜拉索張拉分3 階段，每個階段的張拉力分別為啟動索力的50%、80%、100%，操作設備張拉到達每階段索力時，應暫停持荷5min。

斜拉索張拉時，應根據(jù)施工監(jiān)控指令分5 級張拉，按照最終索力的30%、60%、80%、90%、100%分級，每級持荷5min。

6.3 斜拉索錨頭防腐

斜拉索錨頭防腐設計及防腐施工質(zhì)量直接影響斜拉索后期腐蝕狀況，進而影響使用壽命。從本橋的舊索狀況來看，防腐施工質(zhì)量好錨頭外觀質(zhì)量明顯要好很多，應充分重視錨頭防腐施工質(zhì)量。

7 結(jié)語

（1）錨頭防腐的施工質(zhì)量與拉索的腐蝕狀態(tài)密切相關(guān)。

（2）斜拉索索力監(jiān)控應在夜間封閉狀態(tài)下測量，減少通行車輛干擾。

（3）新索索長確定理論計算與現(xiàn)場實測結(jié)合。

（4）新索終張拉值的確定應將舊索的啟動力與設計理論值比較綜合確定，以橋面標高作為校核。

（5）頻率法實測拉索索力偏差約10%，使用千斤頂實測相對準確。千斤頂實測數(shù)值使用穩(wěn)壓狀態(tài)下讀數(shù)。

（6）根據(jù)塔內(nèi)張拉空間及斜拉索伸長量選擇使用軟牽引或硬牽引。硬牽引安全性高，但若索導管較長所需張拉桿長度大，較笨重；軟牽引適應范圍廣，操作復雜。