拱桥吊杆施工方法与控制技术

2010-09-29张喆

淮北职业技术学院学报 2010年3期

关键词：吊杆拱桥桥面

张喆

(安徽省高速公路总公司阜阳管理处,安徽阜阳 236000)

拱桥吊杆施工方法与控制技术

张喆

(安徽省高速公路总公司阜阳管理处,安徽阜阳 236000)

针对大量拱桥更换吊杆的工程实际,综合论述了拱桥吊杆的各类病害及病因,讨论了各种更换拱桥吊杆的施工方法及关键控制技术。

桥梁工程;吊杆病害;更换吊杆;施工控制

0 引言

中、下承式拱桥,都是通过吊杆将桥面系的恒、活载传递给拱肋的,再由拱肋传递给拱座或下部结构。桥梁建成投入使用后,会因吊杆或锚头锈蚀、松动或意外受损等原因,造成吊杆安全系数偏低,存在严重的安全隐患。近年来,大量的中、下承式拱桥进行了吊杆检测和更换,是一个工程热点和难点问题。

1 吊杆病害分析

吊杆暴露在大气环境中,雨水的侵蚀和车辆尾气将导致吊杆锈蚀。疲劳累积损伤和锈蚀是吊杆最普遍的两种损伤。吊杆损伤发生的部位包括吊杆杆身和锚头,一般锚头比吊杆杆身损伤严重,下锚头比上锚头严重。损伤的形式包括吊杆滑丝、断丝、锈蚀、断裂、锚头锈蚀、锚箱混凝土开裂和碳化,局部承压板锈蚀等。

1.1 吊杆PE保护层断裂

由于吊杆处在露天工作状态,与大气直接接触的吊杆PE防护套最容易发生破损现象。例如:重庆武隆县峡门口乌江二桥吊杆的不锈钢和缠包出现了不同程度的破损现象;在广西三岸邕江大桥的养护施工中发现,由于PE保护层塑料原材料的质量问题而导致吊杆的PE保护层出现不同程度的开裂和环状断裂,这将直接影响吊杆的防水能力;在宜宾市小南门金沙江大桥事故中发现,吊杆的钢护套已经锈蚀剥落,这是导致吊杆横断面腐蚀的重要原因;浙江新安江大桥吊杆外层的PE防护套也于1999年发生了严重损坏。新昌县城西大桥吊杆外包的PVC管和沥青油麻破损严重,露出钢绞线,钢绞线和锚具发生不同程度的锈蚀。

1.2 吊杆的应力腐蚀

吊杆不仅承受桥面传来的车辆反复冲击荷载,还承受风荷载和温度变化的作用,在疲劳受力状态下吊杆发生的腐蚀属于应力腐蚀。应力腐蚀对高强预应力钢筋危害很大,这是一种腐蚀介质和拉应力共同作用下钢筋产生晶间或穿晶断裂的现象。腐蚀介质、钢材应力水平和钢材材质情况是影响钢材应力腐蚀严重程度的主要因素。

锈蚀主要导致吊杆的截面积减小和氯脆现象,前者是由于锈蚀产物的生成而造成吊杆实际受力面积的缩小;锈蚀产生的坑点作为—个氢原子源,有利于后者的发生。在锈蚀凹坑内,水分子分解产生氢原子,由于氢原子的原子半径小,所以具有渗透金属的能力,可以很容易扩散到钢的孔隙中,在那里结合形成气体,产生的压力使铁原子受到很大的内拉应力,结合预应力筋的张拉应力,当超过钢的抗拉强度时就会发生钢绞线的脆性断裂破坏,氢脆降低吊杆的疲劳强度和延性,从而减小吊杆的安全性。

1.3 吊杆锚头积水与铸蚀

吊杆上部为锚固端,锚具埋入钢管拱内,有盖板盖住。是否产生渗水、锈蚀,是由盖板周边的焊接质量决定的,只要焊缝质量达到要求,是不会发生渗水、锈蚀等病害的。吊杆下端为张拉端,锚具外部的保护盒内填入防腐油脂,只要油脂不渗漏,锚具就不会锈蚀。

一旦吊杆锚端的防水装置被破坏,就会发生渗水现象。例如:合肥寿春路桥上就出现了由于雨水渗入吊杆内部造成钢丝大量锈蚀,其锈蚀形态为坑饰,容易引起钢丝应力集中,脆性增加,存在突然拉断的隐患;重庆武隆县峡门口乌江二桥上同样出现了吊杆的下锚具严重锈蚀且锚孔内充填的混凝土不密实,造成吊杆端部钢筋锈蚀的现象;金华武义温泉桥、金华双龙大桥的吊杆均发现同样问题,正在更换吊杆。

1.4 短吊杆问题

短吊杆自由长度太短,受温度变化影响大。桥面反复纵向位移时,短吊杆不能自由摆动,且频频交替出现较大的附加应力,致使短吊杆及结构发生破坏。在广西三岸邕江大桥的养护施工中还发现,虽然设计已经考虑了短吊杆设置偏转矫正装置,但未考虑到通车后拱轴线的变形,拱肋预留的钢管直径偏小,造成短吊杆与拱肋相剪。

2 拱桥吊杆更换工艺

更换吊杆的施工,主要以桥梁自重下各吊点的标高为控制目标,也要避免桥面开裂,施工中须有严格的监控措施。基本思路是:在原吊杆处安装工具吊杆(替代索),通过油压泵对工具吊杆匀速施加应力,同时释放原吊杆应力,只要做到两者同步进行,全桥的受力状态就不会改变,从而对全桥也不会造成损伤。吊杆更换施工工艺为:施工准备→安装工作平台→安装临时兜吊系统→割除旧吊杆→安装张拉新吊杆调索。具体施工过程如下:

(1)桥面标高原始数据的收集

根据设计要求,工程完工后,桥面线形保持现有状态。据此,施工过程中,包括临时兜吊、新吊杆张拉都是以现有标高为标准。施工前,必须精确测量现有桥梁桥面标高。

(2)临时兜吊系统的安装

在旧吊杆割除、新吊杆安装过程中,横梁全靠临时兜吊系统支承,关系到施工过程的安全。这就要求兜吊系统具有足够的承载能力、稳定性,并在受力后下沉量小。兜吊系统有两种:

①钢丝绳绕过拱肋,下兜横梁,如柳州文惠桥的临时兜吊系统,见图l。

②在吊杆上锚头的拱肋顶端砌筑三角形垫块,在垫块上安装型钢支架,支架两端各穿1根临时吊杆,穿过桥面孔洞,吊住吊杆横梁下的钢反力架,如杭州叶青兜桥的临时吊杆,见图2和图3。

图1 文惠桥临时兜吊系统示意图

图2 叶青兜桥临时吊杆拱肋部分构造示意图

(3)旧吊杆的拆除

在确认临时兜吊系统全部承受旧吊杆荷载后,气割割除旧吊杆,考虑到兜吊系统的应力松弛和弹性变形,旧吊杆分批次切割,以保证原吊杆内力分批次均匀转移到工具吊杆上。每切割一次,对上下游桥面标高进行一次测量,当下沉量累计达到一定值时,对兜吊系统进行一次提升补偿,控制桥面标高变化值。有时为了确保旧吊杆割除后横梁下沉量不超过允许值,可以将横梁预抬高。