104国道长兴段长兴港大桥吊杆更换技术研究

顾淦龙 卢威武

（长兴县公路管理段）

104国道长兴段长兴港大桥吊杆更换技术研究

顾淦龙 卢威武

（长兴县公路管理段）

吊杆是拱桥重要构件，在桥梁长期运营中，会造成吊杆索力变化及外观损毁等一系列病害，吊杆更换是延续此类桥梁使用寿命的有效技术方案。本文针对长兴港大桥的吊杆病害及其结构特点，提出了拱桥吊杆更换技术方案，通过详细的施工设计成功地施于吊杆更换施工。施工监测表明，吊杆更换后索力实测值与设计控制值吻合，两者差值符合设计要求，吊杆更换过程中梁体受力状态安全。

下承式拱桥；吊杆更换；临时吊杆；锚索计；施工监控

随着计算机技术的普及、设计理论的不断完善和发展，桥梁结构的分析计算变得相对简单。我国下承式系杆拱桥的建设起步较晚，对吊杆存在的问题重视不够，研究相对滞后，而由于对吊杆的预期寿命估计较高，当前的设计几乎都没有考虑吊杆的检测与更换，这给已建成的系杆拱埋下了隐患。近年来我国系杆拱桥吊杆更换也有不少实例，所采用的方法基本都是设置临时替代，具体分为三种方法，即临时支架法，临时吊杆法，临时兜吊法。其中应用最多的是临时吊杆法，本文中长兴港大桥吊杆更换也采用临时吊杆法。

临时吊杆法是在拱肋上设置调平垫块，上面放置临时钢横梁，通过4根临时吊杆穿过临时钢横梁，在吊杆更换时，通过对临时吊杆进行分级张拉，张拉完成之后，割断原吊杆钢丝，然后安装新吊杆。对新吊杆进行张拉，同时对临时吊杆卸载，去掉临时吊杆完成吊杆更换。该法不仅可以保证桥梁各部的内力和应力不发生过大的变化，而且可以基本保持桥梁的线形。

1 工程项目概况

长兴港大桥位于长兴县境内G104国道（北京至福州）上，全长425.76m，于2000年建成通车。该桥主桥为下承式预应力混凝土系杆拱桥，跨径52m，分左右两幅，全桥共计44根吊杆。本次施工将旧吊杆全部更换为GJ钢绞线整束挤压拉索体系，型号为OVM．GJ15-25，破断力6510KN,锚具采用与型号配套锚具。

本项目施工过程涉及到拱桥吊杆内力多次转换，施工难点在于如何保证吊杆更换过程及更换前后内力一致，以及如何保证施工过程桥面线形及标高等不发生变化，施工重点在于保证调索后吊杆索力实测值与设计控制值之差不超过设计要求。

2 吊杆病害及成因分析

吊杆病害：全桥吊杆锚头均有渗水钙化现象；吊杆外保护套均有不同程度的开裂；部分吊杆锚杯混凝土破损，部分吊杆上钢板锈蚀；剥开下端封锚混凝土发现吊杆下端锈蚀较为严重。

吊杆病害成因分析：锚头有渗水钙化主要由于锚头内部密封性不好或被破坏导致雨水顺着吊杆渗入锚头内部导致渗水钙化。吊杆外保护套开裂，长期户外环境的风吹日晒导致吊杆保护套老化开裂。拱座、锚头等多处钢构件锈蚀，主要是由于保护层材料破损，雨水腐蚀造成的。

图1 全桥吊杆编号

3 吊杆更换方案及施工要点

根据长兴港大桥桥型组成特点，吊杆更换施工工序如下：搭设施工平台→浇筑混凝土调平垫块→临时吊杆孔道放样、钻孔→安装组合横梁和临时吊杆→张拉临时吊杆→拆除旧吊杆→安装新吊杆→新吊杆张拉、拆除临时吊杆→调索→新吊杆防护。施工过程应注意以下几点。

更换吊杆遵循横、纵桥向对称原则。即：吊杆6→吊杆5（7）→吊杆4（8）→吊杆3（9）→吊杆2（10）→吊杆1（11）

临时锚固装置主要由上锚固块、临时吊杆构成，上锚固块为钢筋混凝土调平块，临时吊杆采用4根Φ32精轧螺纹钢。

临时吊杆和新吊杆张拉时均采用逐级加载，每次加载为设计张拉力的20%→40%→60%→80%→100%。每加载一次均需对桥面标高进行测量，确保桥面标高变化范围在5mm内。

图2 安装组合横梁及切除原吊杆施工图

4 吊杆索力测定

系杆拱桥的吊杆索力是极其重要的参数，对吊杆索力测定的精确与否直接关系到施工控制的顺利实施和桥梁在运营期间的准确监测，因此索力测定也越来越被重视。大多数带拉索桥梁索力的测定为频率法，此方法是在吊索上设置拾震器，外力给索初始震动，以测定其自振频率，通过计算得出索力。该方法往往受到索的计算长度，刚度等因素影响，从而使测得结果具有一定误差。

本项目采用一种简便易行且具有较高精度的方法进行拱桥吊杆拱桥测定。即将锚索计置于球形垫板下部，使锚固端力通过锚索计传递给拱肋（图3所示），直接由锚索计读出一个频率值，经过简单的换算即可得到吊杆拉力（见公式N-1）。既操作简单又保证了精度。缺点是一旦锚索计损坏，就无法更换。

图3 锚索计及锚垫板

实测吊杆索力计算公式如下：

其中，F为吊杆拉力；K0为锚索计的灵敏度系数（已知）；f0、f1分别为锚索计的初始及最终频率（其中f0为已知）

5 全桥索力调整

系杆拱桥外部为静定结构，内部为高次超静定结构，由于施工误差及桥梁运营状态影响，全桥吊杆更换完毕后，吊杆内力与设计控制力必定存在偏差，故需要重新调索。由于本桥刚度较大，在索力调整过程中，对全桥22根吊杆分作两次来调整，即一次调整一边拱肋上的吊杆，以减少工作量。因此调索的总数量为N=11，为方便记录，将拱桥西侧吊杆用1表示，东侧吊杆用2表示，如西侧第三根吊杆表示为1-3。

表1 全桥吊杆索力实测与设计值比较结果

全桥索力调整后检测结果列于下表。

实测值与设计值比较情况，从实测的22根吊杆的索力及其设计值的比较分析可知，实测索力相对设计差值均不超过10%，符合设计要求。

6 施工经验总结

施工前对施工方案多次修订与优化，经反复研究在以下几个方面做出了较为优化的方案，项目实施验证表明，长兴港大桥所采用方案安全性好，精确度高。

为了保持临时吊杆张拉力的同步性，将原方案每根临时吊杆用一台千斤顶张拉控制，改为两根临时吊杆用一台千斤顶张拉控制，并在每根临时吊杆上安装钢弦式应力传感器，实时读取临时吊杆内力值，以保证结构安全。

拱桥吊杆内力传统的测定方法通常根据吊杆的震动特性，采用频率法测试索力，设备复杂，间接得到吊杆的自振频率经过计算得出索力，计算方法也较为复杂，在本次施工中，采用了简便精准的方法，无需其他设备，只需经过简单换算，同时保证了精度。并方便桥梁在今后运营中实时测定吊杆内力。

在吊杆更换施工过程中对张力设计索力值和桥面标高变化值进行了双控，做到了两者兼顾。更换吊杆前、中、后均对桥面标高，吊杆上锚垫板顶的标高、下锚垫板底的标高进行了精确的测量，并与设计控制值进行对比，以上数据均无超出设计控制值。

7 结语

吊杆上端预埋管中部分用穿心式千斤顶直接拔除，施工快速便捷，又不破坏原拱肋；下端因无着力点，经反复商定，采用钻孔取芯将其取出，但因桥梁新建施工时吊杆两端预埋管中心线未严格对中，部分下端预埋管中的吊杆取出较为困难。

吊杆更换完毕经调索后，全部索力与设计控制力相吻合。

实践证明，吊杆更换设计思路正确，实际吊杆张拉力与张拉控制力结果吻合，采取的施工措施安全可靠。这一成功经验，为今后此类工程的设计施工提供了宝贵经验。