拱桥吊杆更换施工工艺及控制研究

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摘要:

拱式组合体系结构，在桥梁工程中的应用已有100多年的历史。在我国桥梁工程中的应用于90年代得到迅速发展。但随着近年来超限大轴载车数量增加、桥梁使用年限以及原桥工艺技术的缺陷，对此类桥梁的维护工作提出很高的要求。现就龙岩市永定区南门大桥吊杆体系更换施工，浅谈施工工艺及控制。

关键词:

吊杆更换;兜吊系统;索力控制;桥面标高

1现状桥梁情况介绍

1．1概况

龙岩市永定区南门大桥于1994年施工，1996年建成通车。主桥上部结构主跨为50.0m的钢筋混凝土中承式拱桥，边跨对称布置了跨径为19.0m的坦拱，引桥为跨径16.0m的空心板梁桥。钢筋混凝土中承式拱桥净跨47.5m，净矢高9.5m，净矢跨比1/5。基础部分为冲孔灌注桩。桥面宽度:快车道9m，两侧各设人、自行车混合慢车道3.5m，总宽度为16.0m，原设计荷载:汽－20，挂－100，人群荷载为3.5KN/m2。

1．2现状桥梁吊杆存在的问题

(1)本桥吊杆使用年限已久(16年)，超过桥梁拉索在正常使用状态一般使用年限(10—15年)。现状吊杆为A3钢吊杆体系，外包不锈钢套管防护，C3和C8吊杆处不锈钢套管为两段拼接，套管接缝处未做防水处理，雨水沿接缝渗入套管内，以至吊杆锈蚀。横梁下吊杆锚固螺母及钢垫板外露、锈蚀严重;(2)吊杆的安全系数在2.14－3.40之间，大部分吊杆不能满足《公路悬索桥设计规范》(报批稿)要求;吊索的安全系数大于2.50;(3)主桥桥面在正常行车最大加速度响应出现在30km/h跑车时，桥面加速度响应值为0.076g，大于对人体不适的限值0.065g;(4)该桥结构构造存在缺陷，主桥吊杆锚头锈蚀严重，局部结构构件处于危险状态，桥梁技术状况等级评定为D级。

2吊杆更换技术标准及工艺措施

2．1吊杆更换采用的技术标准和规范

《城市桥梁养护技术规范》(GJJ99－2003)《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370－2007)《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2－2008)《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/TJ23－2008)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50－2011)《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21－2011)《挤压锚固钢绞线拉索》(JT/T850－2013)《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224－2014)

2．2吊杆更换工艺控制

龙岩市永定区南门大桥因受原桥尺寸限制，本次吊杆更换采用两种类型吊杆，1#、2#、8#、9#四对吊杆采用钢拉杆，3#、4#、5#、6#、7#五对吊杆采用整体挤压索组合钢拉杆组件。

2．2.1吊杆更换控制指标

(1)新吊杆生产尺寸确定:现场测量旧吊杆上下锚点的距离，综合考虑设计采用锚具体系的不同要求以及拱肋内斜高的区别，精确计算出各根吊杆实际所需的下料长度。(2)设计吊杆索力设计值:1#杆(361.9KN)，2#杆(366.4KN)，3#杆(366.4KN)，4#杆(361.3KN)，5#杆(356.5KN)，6#杆(361.3KN)，7#杆(366.4KN)，8#杆(366.4KN)，9#杆(361.9KN)。(3)吊杆更换允许偏差值:吊杆长度(±0.001L及±10mm)，吊杆拉力(符合设计要求及±10%KN)，吊点位置(10mm)，吊点高程(±5mm);其中L为吊杆长度。

2．2.2单根吊杆更换施工流程(见图1)

2．2.3兜吊系统安装及旧吊杆拆除控制

(1)兜吊系统安装控制:在桥面下横梁的吊杆处组装工作平台,图1安装好临时索提升系统中的梁底托架，安装过程中要注意保持两侧平衡，防止横梁产生倾斜;②在拱肋上安装吊梁提升系统，提升系统由上下端锚固系统和临时索提升系统组成。锚固及提升系统组成构件的安装、焊接要牢固，以避免在张拉临时索时系统有过大的变形、滑移、倾斜;③用千斤顶对临时索进行整体分级张拉，上下游临时索应同时同步进行张拉，并实时监测横梁吊点处标高，其上下变化值与相邻吊点的高程变动差不得超过±5mm。(2)旧吊杆拆除控制:①兜吊系统安装完毕后静置24小时，然后观察兜吊系统各部件完好情况，确保安全后拆除旧吊杆;②吊杆的拆除依据对称的原则，从每拱跨两端向跨中交替逐对拆除，每拆除一对旧吊杆，则相应的换上一对新吊杆。吊杆拆除采用多次加载及分批割断旧吊杆的方式使吊杆拉力逐步转移到临时兜吊系统上，在拆除吊杆的过程中，应时刻监测桥面的标高，如出现较大的变动时应立即停止施工，待查明原因并确定处理方案后方可继续施工;③由表1可知，吊杆切割后桥面标高差值在±5mm范围内，符合设计要求;索力的差值在0－34KN的范围内，差值百分比绝对值小于10%，符合规范要求。

2.2.4吊杆更换及张拉调索

(1)依次安装好联接套、撑脚、千斤顶，进行张拉预紧;(2)吊装新吊杆由拱肋下方向上穿入孔道中，吊杆穿出后继续上提，直到方便采用卷扬机或手葫芦将下部吊杆组件从横梁上方穿入横梁孔道内为止。吊杆穿孔完成后先进行上端锚具安装，上端固定后旋紧下端锚具螺母;(3)吊杆采用上端张拉，根据设计索力计算值对上下游吊杆分级、同步张拉，即将临时拉索系统转换到新吊杆上，张拉过程应注意吊杆受力平衡;(4)初张拉吊杆至使桥面抬高4mm，放松临时拉索系统至不受力状态，实测横梁处桥面标高，桥面标高上下位移不得超过±5mm;(5)每跨全部吊杆更换完毕后，对本跨吊杆进行一次全面的桥面标高和索力的调整，调整的原则是以标高控制为主，同时要求同拱跨同一编号吊杆上下游索力尽可能一致;(6)根据计算的调整标高值对吊杆再次张拉，将横梁调整到设计标高;(7)吊杆更换前后桥面标高及索力控制:①吊杆更换前后桥面标高及索力控制如表2。②索力锁定值与设计值偏差及调整:由于桥面标高在设计允许范围时的索力与实际张拉锁定索力有一定偏差，但均在设计允许范围内，经设计确认，按此索力锁定。③由表2可知，吊杆更换后桥面标高差值在±5mm范围内，符合设计要求;索力的差值在0－34KN的范围内，差值百分比绝对值小于10%，符合规范要求。

3结论

在试验荷载作用下，该桥加固与改造工程现阶段结构强度和刚度均能满足规范要求，桥梁承载能力符合城－B级荷载等级要求。

3．1静载试验

3．1.1应变测试

(1)在各工况试验荷载作用下相应拱肋控制截面测点应变校验系数在0.22－0.46之间，横梁控制截面测点应变校验系数为0.22，北引桥控制截面测点应变校验系数在0.29－0.55之间，均符合规程(JTG/TJ21－2011)规定的不大于1.00的限值要求;(2)退载后各控制截面应变基本可恢复，最大相对残余应变为5.26%，低于规程(JTG/TJ21－2011)规定的20.00%的限值要求。

3．1.2挠度测试

(1)在各工况试验荷载作用下相应拱肋控制截面测点挠度校验系数在0.42－0.86之间，横梁控制截面测点挠度校验系数为0.50，北引桥控制截面测点挠度校验系数在0.28－0.43之间，均符合规程(JTG/TJ21－2011)规定的不大于1.00的限值要求;(2)退载后各控制截面变位基本可恢复，最大相对残余变位为18.41%，低于规程(JTG/TJ21－2011)规定的20.00%的限值要求。

3．1.3裂缝观测

在试验荷载作用下，所检桥梁主体结构构件未见明显肉眼可见裂缝。

3．2动载试验

3．2.1桥梁自振特性

桥梁自振特性检测，主桥及引桥桥梁自振特性频率实测与理论值比值在1.09－1.57之间，且理论与实测振型一致，表明桥梁主桥和北引桥结构的总体刚度较好。

3．2.2桥梁跑车试验

(1)加速度时程响应显示，在无障碍行车试验下，南门大桥主桥桥面及北引桥桥面竖向最大加速度幅值均未超0.065g，符合行车舒适性要求;(2)冲击系数测试。经冲击系数测试可知，在无障碍行车试验下，车辆对南门大桥主桥拱肋、北引桥的冲击系数根据动载效率系数换算为标准荷载作用下的冲击系数最大值均为μ=0.06，主桥拱肋冲击系数小于规范(JTGD60－2004)规定的设计计算取值μ=0.12，北引桥的冲击系数小于规范(JTGD60－2004)规定的设计计算取值μ=0.31。4体会和建议(1)该桥吊杆更换施工工艺是可行的，控制的方法是正确的;(2)对于该桥的吊杆更换，所采用的控制原则能满足规范规定，可作为类似桥梁控制的参考;(3)对于施工后锁定索力偏差的问题，本人认为由于桥梁经行车作用后，存在应力重分配，与新桥设计时的理论索力有所偏差是正常的，其变化规律有待于今后的工作中总结;(4)对于1#、2#、8#9#上下游吊杆张拉索力差值与其他吊杆偏差较大，主要是由于这四对吊杆为刚性钢件且位置接近拱脚，拱圈受力较复杂，杆件边界条件复杂导致的。其变化规律及控制指标有待于今后在工作中进一步探索和研究;(5)吊杆更换应封闭施工，吊杆张拉应尽量选择在每天的同一时间段进行，以便减少桥面荷载变化及温度偏差造成的桥面标高偏差;(6)对于旧桥加固工程，原桥数据的测设整理对后期施工是至关重要的，其直接影响工程质量、进度、结构安全及工程投资控制。

参考文献

［1］鲍学员．桥梁工程［M］．宁夏人民出版社，2014．

［2］交通部公路科学研究院主编．公路桥梁承载能力检测评定规程［M］．北京:人民交通出版社，2011．

［3］交通部第二公路勘察设计院编写．公路旧桥承载能力鉴定方法［M］．北京:人民交通出版社，1989．

［4］交通部第一工程总公司主编．(公路施工手册)桥涵［M］．北京:人民交通出版社，1985．

［5］杨文渊．桥梁施工工程师手册［M］．北京:人民交通出版社，1997．

［6］金桃．公路工程检测技术［M］．北京:人民交通出版社，2002．

［7］JTG/TJ23－2008公路桥梁加固施工技术规范［S］．

［8］CJJ2－2008城市桥梁工程施工与质量验收规范［S］．

作者:陈赛娟 单位:福州兢成建设监理咨询有限公司