大桥更换短吊杆施工

大桥更换短吊杆施工

论文关健词：道路工程 桥涵工程 吊杆更换 施工工艺

论文摘要：通过对大桥1#、2#、26#、27#短吊杆进行更换，检查吊杆钢铰线的实际防护效果及吊杆钢铰线在运营过程中的受力性能变化情况，对吊杆的安全性予以分析评估，保证大桥安全运营，同时亦为中承式拱桥吊杆检查、更换积累经验。 一、桥梁简介

大桥，桥跨组成为4×16m+312m+4×16m，全长460ｍ，主跨为中承式SRC双肋拱，计算跨径为312 m，矢跨比1/6。肋高5.0～6.8ｍ,宽3.0～4.0ｍ,两肋中心距为15.6ｍ。主跨部分桥面宽24.9ｍ，引桥部分桥面宽18.9ｍ，全桥行车道净宽12ｍ。该桥于1996年7月建成通车。

二、吊杆结构及更换原因 （一）吊杆结构

大桥每条拱肋布置27根吊杆，全桥共54根吊杆，每根吊杆由19-7Фj15.24钢铰线（Ry=1860MPa）组成，锚具为OVM15—P型锚，下端锚固于桥面横梁底托起桥面横梁及桥面，自桥面到桥面横梁底高度约为1.7m；上端锚固于拱肋底板横隔梁顶，将桥面恒载和行车荷载传递给拱肋，自横隔梁顶到拱底高度约为1.4m。吊杆下部外套一节2 m长Ф219mm无缝钢管，上部外套Ф168mm无缝钢管至锚垫板，钢管内压入水泥砂浆防止水气进入腐蚀吊杆钢铰线。 （二）更换原因

大桥运营以来， 1#、27#吊杆外护管不能承受桥面系的伸缩变形，沿桥面处发生断裂导致渗水，这将导致吊杆钢铰线产生锈蚀，危及行车安全。鉴于1#、27#短吊杆的实际情形，亦为了调查分析该桥通车多年后吊杆钢铰线各方面的性能情况，对吊杆的安全性进行评估，使大桥的安全运营得到充分保证，有关单位召开了邕宁邕江大桥吊杆安全技术分析会，决定更换大桥1#、2#、26#、27#短吊杆。 三、施工方案制定

（一）方案制定的几个注意事项

1.在开放交通的情况下进行吊杆更换，方案设计必须考虑行车荷载作用和交通安全。 2.更换吊杆时必须保证桥梁的结构安全，不能造成桥梁其它部位损坏。

1

3.新吊杆应改进设计，避免重复出现以前的病害，更换吊杆后桥梁的总体性能应不会降低，并且可以方便地再次更换。

4. 桥面系的重量由吊杆来承担，拆除旧吊杆和安装新吊杆时，荷载的转移是施工的关健。

5. 方案应有良好的可控制性和可操作性，同时应有较好的经济性。 （二）方案制定

根据大桥的设计文件及工程实际情况，经研究计算，大桥短吊杆的更换拟采用在两拱肋上架设贝雷横梁，沿两拱肋内侧布设临时钢铰线吊索的方法进行施工（见：图1吊杆更换示意图）

图1 吊杆更换示意图

根据设计资料：更换吊杆时须将桥面横梁及桥面顶起，顶起的力由两部分组成：一是平衡恒载所需的力，二是克服结构连续的力。根据计算结果，将桥面横梁及桥面顶起10mm，此时行车道板上缘产生的负弯矩略超出汽车荷载产生的弯矩。更换吊杆时，采用力与桥面位移双控，桥面位移应控制在5mm以内，最大不超过10mm。千斤顶总顶力考虑在施工过程中不中断交通，每端临时吊杆承担的荷载为2193KN（设计方面提供的恒+汽）以保证安全。贝雷横梁两端分别布设两束临时吊杆，通过临时吊杆将桥面横梁及桥面吊住，实施吊杆更换，则每一束临时吊杆承担荷载为1096.5KN。施工时每束临时吊杆采用12- 7Фj15.24钢铰线（Ry=1860MPa），设计承载力为3103KN，安全系数为2. 83。每端临时吊杆共有12*2=24根钢铰线，比旧吊杆（每端有19根钢铰线）多5根。 四、施工准备

2

（一）安装贝雷横梁

在拱背上对应每排贝雷梁排列位置，呈台阶形凿毛8处，每处投影面积为50cm×70cm，浇注三角混凝土支座，使支座顶面呈水平，在台阶形支座顶面上安装钢支架，使钢支架顶面水平，在钢支架顶面安装贝雷横梁，贝雷横梁为9排单层贝雷梁。 （二）安装临时吊杆

在贝雷横梁上布置好张拉机具及设备，共布置4台YC250A千斤顶，1台5t慢速卷扬机。在桥面防撞墙内缘沿桥面横梁两侧开凿临时吊杆孔，用人工配合卷扬机起吊安装桥面横梁底钢托梁，钢托梁长2.3m，用2根长2.3m 56#a型工字钢焊联而成。安装临时吊杆，共4束。每束临时吊杆采用12- 7Фj15.24钢铰线（Ry=1860MPa），临时吊索下端穿过钢托梁底锚垫板，采用挤压锚锚固，上端用夹片锚锚固，采用自动工具锚张拉提升桥面横梁及桥面。 临时吊索钢铰线束穿好后，用YC25千斤顶预紧，预紧时必须注意使56#工字钢钢托梁对中，保证各结构部位受力情况符合施工安全要求，另外还需注意使各根钢铰线预张力一致，使整束吊杆受力均匀。 （三）安全防护

1.在更换吊杆施工时实行交通管制：过往车辆限载100KN，限速10km/h慢行过桥；按交通安全规定，设置交通安全维护标志，做好施工现场交通安全维护工作，确保车辆行驶安全和行人、施工人员安全。

2.联系海事局及航道管理部门，设置航道标志，严禁来往船只在更换吊杆施工位置下航行、停泊，确保通航安全。

3.在拱肋顶面上安装人行钢筋梯，钢筋梯两旁还用麻绳或尼龙绳设置安全护带，方便施工人员上下行走；在贝雷横梁顶面铺满竹条板，两旁用钢管搭设护栏，方便施工人员往来操作，防止高空坠物。

4.在人行道钢栏杆处安装钢筋梯，在桥面横梁底安装施工挂篮。钢筋梯的安装要满足施工人员上下挂篮方便、安全的要求，挂篮的制作安装亦满足施工安全要求，施工人员从桥面上下挂篮操作都要带安全带和穿救生衣。 （四）布设桥面位移观测点

因桥面系为连续结构，一次将桥面抬高过大可能会造成横梁顶桥面开裂，故换索时以桥面标高控制为主，张拉力控制为辅，以保证桥面系的安全。因所更换的4组吊杆处拱肋底板与桥面间距最多只有5 m，故可直接在桥面上设置观测杆，即在桥面横梁轴线上钻孔埋设一根光面钢筋，在1#、27#吊杆的拱底与桥面埋设钢筋位置一致处焊联一根光面钢筋（2#、26#吊杆焊钢管），与桥面埋设的钢筋重叠，贴上胶布或涂上油漆，作好标志，直接观测相对位移。

3

五、吊杆更换步骤及工艺

更换一根吊杆的程序，按如下步骤进行： （一）临时吊杆与旧吊杆荷载转换

在桥面上先凿开一小段吊杆水泥浆，使旧吊杆钢铰线有变形空间，张拉临时吊杆，实施临时吊杆与旧吊杆间的荷载转换。张拉时随时注意观察各千斤顶、贝雷横梁各受力点、贝雷横梁底座钢支架、拱背三角混凝土支座、桥面横梁底钢托梁等受力变化情况，保证安全；注意桥面位移观测点标高变化，严格控制桥面位移。

当提升桥面5mm高，每束临时吊杆实际承受荷载为950KN，旧吊杆钢铰线已呈松驰状态，临时吊杆与旧吊杆间荷载转换完成，施工荷载比设计荷载（1097 KN）每束约低150KN，证明整个吊杆更换体系是安全的，可进行下一道工序即拆除旧吊杆施工。 (二)拆除旧吊杆

1.割除上、下锚头及吊杆

临时吊杆与旧吊杆间荷载转换完成后：①凿除旧吊杆上、下锚头混凝土，割除上、下锚头；②割除桥面空间旧吊杆，注意观察桥面位移有无异常，以便及时调节。 2.凿除吊杆上锚固端

上锚固端，从锚垫板到拱箱底，包括锚固横梁高度和腹板厚度约为1.4m，锚垫板下Ф168mm钢护管直到拱底，管内水泥浆与钢绞线结合紧密，水泥浆强度高，很难凿除。 施工前曾专门订做了直径为140mm、长1.26m的特制合金钢钻头，设想用最大钻径为200mm的Z—20混凝土取芯机，先从预埋端顶钻至一定深度后，再用千斤顶张拉法将钻芯抽出，但实际情况是：①拱箱入口太小，钻机不能进入；1#、27#吊杆位置拱肋与桥面间距只有40cm，钻机无法安设；②整束钢铰线直径平均为148mm，直径过大，钻头不适用，此法难以施行；③经多方调查，目前国内暂无适宜的专业机械。经过仔细研究，最后还是决定采用人工配合冲击钻、水钻、风镐等小型工具凿除方法，分别从锚固端顶面和拱底沿钢护管两端凿挖水泥浆，凿挖到一定深度，用千斤顶将旧吊杆钢铰线一根根张拉拔出，用风镐把吊杆孔道打通。

3.凿除吊杆下锚固端

从桥面至横梁底（下锚垫板），下锚固端混凝土总厚度为1.7m。桥面φ210mm×100mm外护钢管（无缝钢管）延伸至桥面横梁顶，延伸长度为30cm。桥面横梁锚固段无钢管，钢铰线束直径约148mm，吊杆孔内为水泥浆防护。根据吊杆下锚固端的结构情况，先采用G10风镐将吊杆周围桥面混凝土及横梁顶面以上部分水泥浆凿除，检查吊杆是否锈蚀，并作好记录。对于横梁内吊杆孔道的开凿，采用与凿除上锚固端相同的方法。

4

(三)更换新吊杆

1.安装Ф180mm*8mm*1850mm无缝钢管

旧吊杆上下锚固端全部凿通后，先安装桥面至横梁底锚垫板间的

Ф180mm*8mm*1850mm无缝钢管（见：图2新吊杆结构示意图），Ф180mm*8mm*1850mm无缝钢管上端高出桥面150mm，防止桥面系水渗入。下端与下锚垫板全圆周密闭焊接，在Ф180mm*8mm*1850mm无缝钢管与混凝土孔壁的缝隙间灌注环氧水泥浆，以防止桥面系水的渗入，改善横梁整体受力性能。 2.穿装新吊杆

将新吊杆装入吊杆孔，校核上下锚垫板间距离与新吊杆长度差值，以决定上锚固端加垫钢板的厚度。重新提升新吊杆至上锚垫板以上，按高差值垫好钢板，穿装新吊杆。 新吊杆结构如《图2新吊杆结构示意图》所示。 3.临时吊杆与新吊杆荷载转换

分别张拉临时吊杆至950KN，此时桥面比原桥面相对高出5mm，上紧新吊杆锚头。继续分别张拉临时吊杆至1100KN，此时桥面比原桥面相对高出10mm，观测新吊杆上下锚头的松紧情况，上紧新吊杆锚头。逐步递减临时吊杆张拉力，梯度为

1100—950—600—300—200—100—0KN，观测桥面位移，控制桥面最后标高不低于原标高3 mm，观察24小时，若无变化，则进行上锚端封补砂浆。 实际安装结果见《表一吊杆安装位移观测记录表》 4.灌注防腐油脂

灌注下锚固端Ф180mm*8mm*1850mm护管内防腐油脂，上好上下锚头外护罩并灌注防腐油脂，安装减震块，焊联外护管，拆除临时吊索，灌注开凿部分桥面混凝土，新吊杆更换完成。

5

图2 新吊杆结构示意图 下表为新吊杆安装好之后的桥面位移：

表1 吊杆安装位移观测记录表/mm 新吊杆安装后桥面位移提高值（mm） 1#上游 1#下游 2#上游 2#下游 26#上游 26#下游 27#上游 27#下游 1 2 3 3 3 2 2 4 上锚垫板加垫钢板厚 度(mm) 上锚垫板与下锚垫板间距新吊杆长度(mm) 离(mm) 3205 3255 7420 7450 7450 7470 3150 3180 3785 3785 8114 8114 8114 8114 3785 3785 9.5 4.5 13 10 10 18 15 12 六、总结

6

这次吊杆更换施工，是在开放交通的情况下进行的，为确保安全，每组吊杆更换的施工准备时间比较长，约需10d；因旧吊杆是用水泥浆防护，凿除水泥浆非常困难，时间也比较长，每根吊杆凿除凿除水泥浆约需7d；2003年3月5日进场，到7月10日才完成更换短吊杆全部工作。由于工序控制严格，施工进展顺利，交通一直保持通畅，质量和安全都得到了可靠保证。通过更换短吊杆施工，充分掌握了旧吊杆运营多年后的实际防腐效果和钢铰线性能情况，所更换的新吊杆提高了吊杆的安全度和防腐性能，改善了大桥的营运状况。 （一）旧吊杆性能评价

凿除旧吊杆水泥浆后， 1#吊杆钢铰线在桥面部位有一宽3 mm环形锈迹，26#上游吊杆在离桥面0.7 m处个别钢铰线有锈蚀斑点，其它各吊杆钢铰线情况良好，说明只要外护管不开裂，大桥吊杆的水泥浆防护效果是比较好的。

现场凿除旧吊杆锚固端时，对旧吊杆钢铰线进行了张拉抽拔试验，一是试验水泥浆与钢铰线咬合力，二是检测钢铰线的最大破断拉力。当水泥浆与钢铰线的粘结长度为70cm时，张拉力达到250 KN以上，才能将钢铰线单根张拉抽出。个别情况钢铰线张拉超过260 KN直至破断仍不能抽出，这也说明了运营几年后的旧吊杆钢铰线抗拉强度仍符合要求。 将拆除的2#、26#旧吊杆钢铰线样品送交广西交通工程质量检验中心进行检验，结果表明：①吊杆钢铰线的直径及截面积符合技术要求；②吊杆钢铰线的抗拉强度满足要求，钢铰线的弹性模量大于190±10 GPa。

检验中心及施工现场试验结果均表明运营几年后的旧吊杆钢铰线抗拉强度依然满足设计要求。

（二）新吊杆改善了大桥的营运状况

新吊杆采用柳州OVM-PES(FD)7-121 低应力防腐新型索体，安全系数大于3.0，在使用性能上有如下改善：

1.锚具为40CrNiMoA钢，经调质热处理，外表面镀锌，防腐性能好，强度高，抗疲劳性能强，容易更换；

2.1#、2#、26#、27#吊杆在两端均设置球铰，适应了桥面水平位移变化，改善了吊杆受力状况；

3.镦头锚设保护罩，内部注入3#防腐油脂，桥面横梁端安装φ180mm×100mm无缝管，内注3#防腐油脂，改善了吊杆防护性能。 参考文献:

[1]《公路施工手册：桥涵》. 陆仁达主编.-2版.-北京:人民交通出版社.1999.11 ISBN 7-114-03461-X

7

[2]《材料力学》.孙训方等修订.-3版.-北京: 高等教育出版社,1995(2001重印)

8