斜拉—悬吊协作体系桥梁维修加固中斜拉索更换

杨　博　张明闪

(中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安　710000)



斜拉
—悬吊协作体系桥梁维修加固中斜拉索更换

杨博张明闪

(中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安710000)

摘要：以贵遵公路乌江大桥为背景，介绍了该桥维修加固中斜拉索更换的原则与顺序，从施工准备、旧索拆除、钢绞线穿束和张拉、全桥索力调整等方面，阐述了斜拉索更换的操作要点，为同类工程施工积累了经验。

关键词：桥梁结构，斜拉索，钢绞线，换索施工

1工程概况

贵遵公路乌江大桥是我国修建的首座斜拉—悬吊协作体系桥，该桥1997年年底建成通车。通过近20年的运行发现，有桥梁刚度不足的缺陷，且斜拉索由于材质和防护的原因，已经面临更换。经过研究，决定采用更换斜拉索的方式来保证桥梁结构的安全性的同时解决结构刚度不足的缺陷。

2主要研究内容及技术路线

针对乌江大桥维修加固工程的特点，需要从以下五个方面开展研究：1)斜拉桥大跨度混凝土箱梁无支架高空加固技术研究；2)钢板压注式粘贴技术研究；3)钢绞线型斜拉索拆除、更换、锚固及防腐技术研究；4)斜拉—悬吊协作体系桥加固过程施工监控及检测技术研究；5)主缆缠丝及防腐养护施工技术研究。

3钢绞线型斜拉索更换技术研究

根据上海同济建设工程质量检测站《乌江吊拉组合索桥结构检测和承载能力评估报告》，该桥的斜拉索部分的检测和评估结论如下：

1)外观检测。有一部分斜拉索的PE护套，局部破损十分严重，很多钢绞线有锈蚀、渗水现象。现场已经有两根拉索各有一股钢绞线已经完全断裂，不产生作用。

2)恒载作用下索力测定情况。a.经测定在恒载作用下主缆背索索力均匀，与理论值相差不大。表明边跨斜拉部分变化不大。b.经测定，上、下游斜拉索索力值较为接近，但与理论值比较，差值不等，最大索力(贵阳端下游侧9号斜拉索)变化值达64.3%，表明大桥恒载状态下内力已与设计值有较大偏离。

3.1换索原则及换索顺序

钢绞线斜拉索更换技术研究，主要从斜拉索更换方面叙述，解决斜拉—悬吊协作体系桥梁的钢绞线式斜拉索拆除、更换、锚固及防腐技术，主要包括以下内容。

3.1.1斜拉索换索原则

1)在尽量不改变结构整体受力状况条件下，在桥面铺装更换完成后对新换拉索内力进行调整，适度调整索力和改善线形，以保证现有桥梁桥面线形平顺和结构工作状态的连续和统一；2) 斜拉索更换时需要主塔对称同步张拉，确保主塔两侧索力基本平衡；3)更换的斜拉索为可调索，方便以后维护管养；4)更换过程中，由于混凝土变形已经趋于稳定，控制标准以索力监测和高程控制为主；5)坚持安全第一的原则，充分做好准备工作，保证换索工作顺利进行。

3.1.2斜拉索换索顺序和工艺流程

斜拉索的更换施工分三大步进行：旧索的放松拆除、新索的安装张拉、全桥索力的调整。

1)首先依次更换有断丝破损的拉索，即18号索，7号索，12号索，保证拉索更换过程中结构的受力安全。

2)其他各个斜拉索顺序由一个单塔对称进行，由短索开始逐渐更换直至长索。

3)同一编号的斜拉索，每次于塔柱两侧对称的各更换一束，并按照实测索力进行张拉锚固，更换完成以后，在另一塔柱两侧再对称各更换一束，交替进行。

4)同一索号的斜拉索全部更换完毕后，进行索力影响面的测试与临近点桥面高程的测量。换索程序总体按照先短索后长索的顺序进行，同时根据原桥斜拉索的损坏程度酌情调整，确保达到安全、快捷、方便及经济的换索原则。

5)换索施工的工艺总体流程为：

步骤一：施工准备。主要进行施工平台的准备、梁底和塔端平台的安装；结构实际参数的测量和桥面线形、结构内力的测定；施工人员的组织和分配；施工机具、设备的调试、校准。

步骤二：工程实施阶段。发布施工信息，进行交通控制；拆除旧索的辅助构造，清理锚箱，清理锚杯、锚管；按照主塔两侧对称，同步进行旧索的拆除；穿入第一根钢绞线，依靠第一根钢绞线，张拉绷直，进行HDPE管的安装；使用卷扬机循环系统，进行其余钢绞线的穿束；对拉索进行首级张拉，调直索力；进行张拉准备，逐级张拉斜拉索；全桥调索。

步骤三：工程验收阶段。对于斜拉索防护、桥梁受力状态等质量进行检测。

步骤四：投入运营阶段。解除交通控制，开放交通。

3.2换索工艺要点

3.2.1换索施工前的准备工作

1)桥梁实际受力状态的测量。主要有斜拉索索力的测定、按照每个浇筑节段进行桥面高程的测定、桥塔等其他控制点测量、日照现有结构物和温度变化对桥面高程影响的测试。

2)换索施工平台准备。箱梁处采用可移动性的梁底吊篮，吊篮采用各种规格型钢拼装，材料均为Q235。吊篮平台沿桥梁纵向长5.75 m，横桥向宽1.75 m，高6.6 m。吊篮的主要杆件之间都采用焊接，底篮通过手拉葫芦连到前方吊杆，受力明确，安装、运输都十分方便。

3)施工机具和人员准备。斜拉桥换索施工的主要设备如表1所示。

4)上下锚箱、锚杯、锚管的清理工艺及检测。

3.2.2旧索的拆除

1)首先拆除附属件，按照索更换的顺序来拆除相应的阻尼器或其他构件，然后安装牵引卷扬机，设置收(放)索滚轮及索盘，然后清除梁端锚头钢护筒内混凝土，除锈后刷机油进行临时的防锈。

2)卸索采用的张拉杆、反力架及连接器均为计算强度后确定。为确保换索安全要求，其加工程序为：探伤→粗加工→调质→探伤→精加工→超张拉试验→使用。

3)利用反力架、连接器张拉螺杆、接力螺母、拉伸机，以新计算索力为依据进行放索。

4)利用千斤顶的行程及引出杆螺母的方式逐步放索，待拉索无应力时，先卸下千斤顶反力架、引出杆，再利用汽车吊将索徐徐放下。

3.2.3钢绞线穿束和张拉

1)钢绞线穿束要点。 采用“从上至下、逐排穿索”的穿索顺序。

a.合理布置牵索卷扬机和转向滑轮的位置，保证穿索过程顺利；b.将卷扬机绕过转向滑轮，与穿索板两端用卸扣连接，穿入HDPE 管内，使其成为闭合回路，通过控制卷扬机正反转使穿索板上下行；c.将导向细钢丝绳穿入HDPE 管内，并穿过穿索板上的导向，两端分别与主塔和箱梁临时固定；d.将准备好的钢绞线的中心镦头丝与特制连接器连接后，将连接器嵌入穿索板上的槽口内；启动卷扬机，使穿索板上行，直至其露出塔外HDPE 管出口；e.在梁底工作平台处，人工将引棒向预埋管内依次穿过锚具密封板、锚具锥孔，并将引棒头部的连接头与塔内卷扬机牵引绳连接；f.人工将引棒向预埋管外牵引，使卷扬机牵引绳连接器露出预埋管外；g.在梁底工作平台处，将塔内卷扬机牵引绳连接器与钢绞线连接；启动卷扬机，使牵引绳带动钢绞线上行，直至钢绞线穿过塔内锚具；h.卸除钢绞线与塔内卷扬机连接器的连接，安装夹片并打紧；i.梁底操作平台施工人员将钢丝引棒向上传出直至其露出预埋管出口；将钢丝引棒与连接头连接，将钢绞线穿入梁下锚具直至钢绞线穿过梁内锚具，安装夹片并打紧；j.按上述步骤逐根穿索张拉，直至所有钢绞线穿索完毕。

2)拉索张拉。

a.根据下部锚管的长度确定吊点，用吊机吊起将下部锚杯缓缓放入下锚管中，按设计要求将下部螺母安装到指定的位置；b.卷扬机起吊起已装好连接器张拉杆的斜拉索的上端吊点，吊至索塔柱上锚管下口处，上好引出杆；c.当卷扬机牵引到底后，在索塔两侧分别挂两只30 kN倒链将锚杯向锚管内推进，随着将张拉端张拉引出杆向外拖出；d.张拉时，按顺序先放锚杯大螺母，再放大垫板，其次是大螺母、反力架、千斤顶、大螺母；e.张拉采用张拉力与伸长值双控，张拉力与伸长值以P—S曲线标定数值为依据，计算按照规范JTJ—041—89中155 页张拉实际伸长值ΔL的计算公式：

ΔL=ΔL1+ΔL2。

其中，ΔL1为从初应力至最大张拉力间的实际伸长值，cm；ΔL2为初应力时推算的伸长值，cm，采用相邻级的伸长值代替。

施工中将根据不同型号索的P—S曲线，按计算张拉程序分级张拉，持荷5 min，其目的是为了使双向千斤顶张拉力均衡进行。

3.2.4全桥索力的调整

步骤一：测定计算。对全桥的索力进行测定，对全桥的标高进行测量；根据索力和标高的数据进行计算调索的索力。

步骤二：设备安装。工程师检查后，安装卷扬机和千斤顶设备。

步骤三：调索。张拉所要调整的拉索至螺母刚好松动。拉紧或放松拉索至设计值，锚固螺母，千斤顶回油，重新拉动螺母记录油表读数。

索力降低调索的方式如下：在锚板上安装防松装置；依次安装反力架、千斤顶和工具锚，千斤顶空行一段距离后，安装张拉螺母；启动油泵，千斤顶油缸前行，张拉拉索；待螺母与锚垫板脱离后，停止张拉，将螺母旋出一定距离后千斤顶卸载，使螺母重新与锚垫板密贴；千斤顶卸载至零，拆除千斤顶；索力调整完毕后，对夹片进行顶压操作，确保锚固可靠性。

步骤四：检测。全部完成后，对索力和桥面的标高进行检测。如不满足要求，重新进行调索。

4结语

通过施工前对斜拉索索力的测量，准确掌握斜拉桥的受力状态，确定合理安全的换索原则和换索顺序，在此基础上，对旧的钢绞线式斜拉索的拆卸工序、新斜拉索的安装和分级张拉工艺、全桥索力的调整和控制工艺、拉索锚固及防腐技术等进行系统的总结和研究，形成斜拉索更换成套施工及控制技术。该项技术的推广和应用，对于大跨径斜拉桥的换索、调索技术和维修养护技术起到有益的借鉴和指导作用。

参考文献：

[1]张建萍.安徽宣城宛溪河大桥斜拉索调索与监控.山西建筑,2012，38(7)：198-200.

[2]李宏江.预应力混凝土斜拉桥合龙段置换加固施工过程分析.土木建筑与环境工程，2012(1)：47-53.

[3]张俊杰.斜拉桥换索工程设计探讨.上海公路，2011(2)：29-32.

Cable-stayed suspension bridge repair and reinforcement of cable replacement

Yang BoZhang Mingshan

(CCCCSecondHighwayEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710000,China)

Key words:bridge structure, stayed cable, steel strand, cable alteration construction

abstract:Taking Wujiang Bridge along Guizhou-Zunyi Road as the example, the paper introduces the principle and sequence for the cable-stayed alteration in the maintenance and reinforcement of the bridge, and illustrates the operation for the cable-stayed bridge alteration from the construction preparation, demolition of former cables, steel strand binding and tension, bridge cable stress adjustment, so as to accumulate the experience for similar projects.

文章编号：1009-6825(2016)14-0151-02

收稿日期：2016-03-08

作者简介：杨博(1983- )，男，工程师

中图分类号：U445.72

文献标识码：A