福州市解放大桥吊杆更换施工

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[摘要] 以福州解放大桥为依托工程，文中详细介绍了吊杆更 换的施工工艺和关键技术问题，为同类工程提供参考。

[关键词] 钢管混凝土拱桥 吊杆 兜吊系统

1 工程概况

福州解放大桥主桥为五联跨钢管砼中承式肋拱桥，跨径布置为61m×2+80m+61m×2，拱肋采用“哑铃型”等截面钢管混凝土。61米跨拱桥的矢跨比为1/5，主拱圈由两根750mm×10mm钢管组合而成，拱肋高度为1.8m；80米跨拱桥的矢跨比为1/4，主拱圈由两根800mm×10mm钢管组合而成，拱肋高度为1.9m。全桥共有吊杆104根，采用84Ø5平行钢丝墩头锚吊杆，大桥于1996年10月1日竣工通车，由于当时技术水平的限制，吊杆的防腐措施尚不完善，据2001年～2008年对解放大桥进行吊杆锈蚀检测的结果，表明解放大桥吊杆腐蚀有加重的趋势（如图1所示），决定对拱桥进行加固。

2 新吊杆设计应用

吊杆在拱桥体系当中起到关键的受力和传力作用，通过吊杆将桥面系荷载传递到拱肋，再由拱肋传递到桥台。本桥旧吊杆采用DM5-84型平行钢丝墩头锚吊杆，至于采用同类结构的镦头锚，现场制索存在它的局限性和诸多缺点。而且根据等强度原则，选用对应的冷铸镦头锚，工厂制索，现场安装，预埋管直径无法匹配，而且当时成桥时管内灌注了混凝土。所以为更换吊杆索，若采用常规的锚固措施，必须对原吊杆进行清孔和扩孔，而且对封锚部位进行开凿混凝土，这无形中削弱了拱肋截面参数，继而降低了拱肋的使用性能，并且施工难度非常大。本次设计新吊杆采用柳州欧维姆公司生产的CJ15-15钢绞线整束挤压式成品吊杆。其钢绞线束公称截面面积为20.85cm2，比旧吊杆钢丝束公称截面积（16.49 cm2）增加了26.4%。

吊杆索为适应两端的预埋管结构，吊杆两端采用整体式挤压锚。为了方便张拉，挤压式整体锚具含有外螺牙，通过螺母调整索力。吊杆索自由段采用钢绞线无粘结筋，所有钢绞线单元成束后外热挤HDPE，在无粘结筋单元之间充填建筑油脂，确保绞线的独屯性和避免互相摩擦现象发生，油脂可以避免拉索内空隙的毛细管形成，保持绞线单元间不受潮。拉索两端设球形垫座，可以克服由于上下端锚点的尺寸误差而造成拉索的轴线偏转，也可以克服由于动载情况下主梁纵桥向位移对拉索造成的临时偏转。为了保证拉索系统成为一封闭系统，拉索两端设锚头保护罩，内灌注建筑油脂；为克服桥面渗水到梁端锚区，预埋管在原来的基础上增加300mm，即高出桥面人行道板至少250mm以上，在该部分设两半式防水罩，使液态水不进入预埋管内，确保管内干燥。

3 吊杆更换施工

3.1 吊杆更换控制原则

合理确定柔性吊杆在全部恒载作用下的张拉力是一项重要的工作，合理的吊杆索力可以使桥梁自重作用下接近于理论零弯矩状态，这样使拱肋基本处于纯压和吊杆纯拉的简单受力状态。由于本桥是旧桥加固，结构的徐变已经完成到一定程度，但是按照结构计算确定新吊杆索力着实不容易，可以根据更换之前桥梁的结构状态，在该应力和位移的前提下是安全的。本着这个原则，新吊杆张拉时确保各控制点高程不变和各控制点位移基本不变的前提下实施吊杆更换，即是以高程控制为主，应力控制为辅。

3.2 兜吊系统

吊杆更换实际就是旧吊杆――临时支撑结构――新吊杆的一个过程。临时支撑结构是整个施工过程中最为重要的施工设施。考虑到工期、安全、轻便，本桥吊杆更换支撑结构采用钢丝绳兜吊系统，其由钢丝绳、滑轮组、调节葫芦构成。兜吊系统上端位于原上锚头前后42cm以内，下端设在原吊杆横梁锚头25cm以内，基本上靠近原吊杆位置，避免了原桥结构受力重分布，兜吊系统安全系数为5.4。兜吊系统示意图见图2。对整个系统来说，关键部位应该就是兜吊系统的拱肋端限位安装，它的结构、与拱肋连接方式最为重要。施工中对第一根吊杆更换前进行预兜吊现场试验，没有发现滑移、松脱现象。

3.3 拆除旧吊杆

由于拱肋刚度都比较大，体系转换难度比较大，为了避免应力过分集中，采用临时兜吊系统分级加载，旧吊杆分部割断的施工工艺进行：即临时吊杆按总设计应力的10％分级加载，然后割断12根钢丝，然后加载到20％，再割断12根钢丝，总共分10次循环，才能完全割断整根吊杆，旧吊杆的应力转移到临时兜吊系统上。吊杆更换过程中，始终采用高精密水准仪进行过程监控，随时掌握标高情况，并有专人检查兜吊系统各部件的安全稳定性。

3.4 预埋管成孔及接长

原吊杆上下预埋管内填充大量的水泥砂浆，为确保新索安装和对预埋管壁防腐，必须将水泥砂浆清除干净，为此采用高速金刚石钻机进行回转取芯钻孔，由于钻机重量轻，且靠高速旋转取芯，保证对钢管拱混凝土的扰动最小，同时成孔效率高，确保了工期。

预先在行车道板横向接缝处以旧吊杆为中心凿开300mm×300mm的凹槽，凹槽上端至横梁下2cm（原设计采用吊杆下预埋管从纵梁面焊接至人行道面以上，旧吊杆拆除后，发现桥梁纵梁内未预埋预埋管），新旧预埋管（原预埋管为Ø165，接长预埋管为Ø180钢管）间采用环氧粘钢胶接长预埋管至人行道面上10cm。

3.5 新吊杆安装

吊杆吊装采用卷扬机辅助进行，利用在拱顶吊杆的安装位置的正上方设置的三角吊架作为起吊点,将下方的吊杆吊到安装位置。对易磨损部位及预埋管口加垫橡胶板，吊杆安装过程中包装全部保留，直至索体进到预埋管管口，方才拆除预埋管段索体外包装，预埋管间索体外包装直至最后拆除，有效保护了索体。

吊杆张拉前，对桥面标高采取预提升1cm，并边放松边张拉，采用以桥面标高为准，索力进行校核的控制方法。吊杆张拉就是吊杆体系转换过程：即由临时吊杆转换到新吊杆，转换过程采用分级进行，每张拉一级，测量桥面标高，直至两相邻吊杆吊点高差控制在±5mm内，此时索力值与设计横梁索力差值若在20%范围内，皆视为正常，张拉调整速度一般应小于10 MPa/min，直至张拉到要求停止。

3.6 封锚及防腐

下锚头先在垫板上焊垫圈，将保护罩上挡板拆下，并焊在垫圈上；然后再锚头牙上涂防腐油脂，并外套塑料袋隔离；再安装保护罩，保护罩与挡板间安装防水橡胶；最后在保护罩内灌注发泡剂。上锚头锚腔内，先将原预埋管与锚垫板补焊密封，清理干净，并涂刷防腐油漆；然后将原弧形板改版重新安装好，并满焊；最后灌注高密度发泡剂，将灌浆口封好，并涂刷防腐油漆两道。上预埋管按图纸要求安装上减振块，预埋管内注发泡剂；下预埋管由于接长预埋管管径变大，采用在原减振块外圆用强力胶粘贴7mm厚橡胶板，然后安装，从底部往上灌注发泡剂。人行道底接长预埋管外露部分加设混凝土护套管，护套管底部发泡呈锥状，防止护管内积水。对下预埋管上端安装防水罩，防水罩下口套在预埋管上，上口通过防水橡胶带箍紧索体。

4 吊杆上下预埋管错位处理

由于原桥的施工误差，在短吊杆施工过程中，发现有6根吊杆原上下预埋管存在错位情况而无法安装新吊杆，分别为第一跨11#下游吊杆错位约5cm（下预埋管向西北方向偏位）；第二跨12#上游吊杆错位约4cm（下预埋管向南偏西方向偏位）；21#下游吊杆在距上锚垫板110cm处钢筒向内鼓出，基本完全封堵预埋管；第三跨22#上游吊杆错位约5.5cm（下预埋管向下游偏位）；34#上游吊杆错位约4cm（下预埋管向仓山方向偏位）；第四跨43#上游吊杆错位约4cm（下预埋管向仓山方向偏位）。施工中采用在对上预埋管进行偏位钻孔，使上下孔对位能安装新吊杆，以第一跨11#下游吊杆为例，步骤如下：① 在偏向西北方向用气割割除部分上锚垫板，成月牙形（最宽处4.5cm ，约占1/3圆）。② 用金钢石钻机、Ø150mm钻头进行偏位钻孔。③ 上锚垫板加装20mm厚的钢板，用Ø150mm塑料管作预埋管与新吊杆一起下放安装，并进行新吊杆张拉200kN。④ 对预埋管与拱圈的间隙下端进行封堵。⑤ 预埋管内进行发泡剂发泡，先下预埋管、后上预埋管。⑥ 在上锚垫板上钻Φ10mm注浆孔，对预埋管与拱圈间隙灌注环氧浆。并在球形垫下安装一钢筒来加固，通过钢筒把吊杆拉力传递至上锚腔外圈拱肋上，然后张拉至设计索力。

5 桥梁健康监测

吊杆是解放大桥的极其关键构件，在关键吊杆上建立在线监测系统，确保施工质量和运营安全，为以后的养护维修决策提供直接的数据支持。本次吊杆健康监测系统采用安装磁通量传感器，考虑通航孔的净高限制，本次通航孔不安装索力计，全桥共安装索力计18个，分别安装在第一、二、五跨拱脚及跨中吊杆处。

工程完工后，经福州大学结构研究所对桥面标高、桥面线形、吊杆索力进行检测，对全桥进行动静载试验。试验表明：桥面标高及线形符合设计要求，吊杆索力符合设计要求，拱肋受力正常，挠度变形正常，桥梁承载力达到原设计荷载要求。

6 结语

本钢管砼拱桥采用整体挤压式钢绞线吊杆替代原桥吊杆，并在吊杆更换过程中严格加强监测和采用施工方便可行的临时兜吊系统，是极其成功的。在本桥吊杆更换施工中遇到的一些技术问题极具代表性，对这些问题的处理为今后同类桥梁的吊杆更换积累了一定的经验。在工程中拆除旧吊杆时遇到的问题，对今后钢管砼拱桥吊杆的可更换式设计提出了要求。

参考文献：

[1] 陈宝春．钢管混凝土拱桥设计与施工[M]．北京：人民交通出版社，1999.

[2] 交通部标准．公路桥涵施工技术规范[S]．

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[4] 李永强,王曼华,刘培壮．柳州市文惠桥吊杆更换施工技术[J]．山西建筑, 2009, (15):305-306.

[5] 陈思甜,王静,龚尚龙．钢管砼拱桥吊杆更换施工控制技术[J]．重庆交通学院学报, 2005, (2): 12-17.