系杆拱桥更换吊杆施工技术和质量控制浅析

文／丽水市公路港航与运输管理中心 曹发文

关键字:系杆拱桥；更换吊杆；质量控制

0 引言

吊杆作为系杆拱桥的重要承重构件，处于高拉应力状态。吊杆内钢丝虽然处于保护套内，但随着服役时间增加，保护套出现破损、开裂时，外界腐蚀介质将会进入吊杆内部，对钢丝产生腐蚀作用。处于高应力状态下的钢丝对腐蚀作用的抵抗能力尤为脆弱，严重时将导致吊杆整体断裂，并可能引发多米诺效应，导致桥梁的整体坍塌。目前国内垮塌的桥梁中，中下承式吊杆拱桥的数量居于前列，吊杆失效是垮塌的重要因素之一。

1 项目背景

丽水市塔下大桥主桥为柔性系杆拱结构，主桥长 93.4m。主桥结构为下承式系杆拱（二片拱肋），矢跨比为 f/l=1/5，跨径90m。拱肋采用钢管混凝土结构，哑铃形截面，高 2.4m，由两根直径1100mm、厚16mmA3 钢管和两块厚14mm 缀板组成，钢管中及缀板间灌注C40 混凝土。该桥共有17 对吊杆，吊杆主要病害有：（1）吊杆下端锚箱内下锚杯、锚下钢板及上导管锈蚀。（2）吊杆钢管护套表面锈蚀约。（3）吊杆上导管减振填充物老化。（4）吊杆下锚杯钢丝镦头锈蚀。（5）左6#吊杆下锚杯封闭混凝土凿开后，有水渗出。（6）左7#、右15#吊杆吊杆下锚窝南侧壁斜向裂缝。（7）右17#吊杆下防水罩缺失。

吊杆设计使用年限一般为 10 ～20 年，本桥建成约 13 年，且吊杆防护措施较落后，因此可考虑对其进行更换。

2 更换方案

2.1 新吊杆选择

选择时遵循以下原则：（1）在维持原设计荷载的前提下，保证新换吊杆承载能力满足现行《公路钢管混凝土拱桥设计规范》中吊索综合系数（安全系数）的要求。（2）新换吊杆承载能力不得小于原有吊杆承载能力。（3）新换吊杆上下导管直径尽量匹配，导管空岛尽量不重新扩孔。

2.2 临时兜吊系统

吊杆更换采用“临时兜吊法”，该桥为简单悬吊体系，施工完成后，桥面标高需保持与施工前标高一致。

3 施工方案

3.1 第一次体系转换

临时吊杆的张拉端放置在上吊点即拱背上，用四台千斤顶同步张拉 4 根临时吊杆，张拉过程中，必保持每根临时吊杆受力相等，保证整个施工过程中，施工荷载在拱肋拱轴线上受力。同时为确保旧吊杆拆除时桥梁各部分的变形尽可能保持稳定，以免变形过大造成桥面开裂，应采用分次张拉临时吊杆，逐步卸载旧吊杆。

3.2 断索

对临时吊杆进行张拉的同时，要对桥面及拱肋标高进行实时监测，桥面标高上下位移不能超过3mm。临时吊杆达到设计拉力或者标高变化在规定范围内后，用切割机在桥面处分丝割断部分旧吊杆钢丝。

3.3 拔索

吊杆护管在吊杆系杆、拱肋内的埋置长度为 2.5m 左右，在原施工时，吊杆与护管之间被水泥混凝土、砂浆填满。施工时要安排人员采用高压水枪一边冲洗一边用长钢钎凿除，最后用千斤顶加垫块直接抽出。

3.4 清孔

为确保新吊杆安装和原预埋管管壁的防腐，吊杆拆除后，应先将锚箱与套管内的混凝土残渣清理干净，并对预埋钢管和上下锚垫板进行除锈处理。

3.5 新索安装

将吊杆两端锚头拆开包装，检查螺纹是否旋入自如。索体部分的外包装可待施工完成后再拆除。将吊杆横梁端的螺母旋出，待用。将保护罩的厚垫板焊接在下端预埋垫板上，注意与垫板孔对中。拱端连接头与新吊杆上端锚头内螺纹连接。

3.6 安装锚索计

吊杆索力是下承式拱桥重要的受力构件，通过吊杆索力的监测能够为运营期间的安全性提供直接的预警信息和状态评估信息。在对应吊杆设置锚索计对吊杆索力进行监测。

3.7 第二次体系转换

通过交替对新吊杆的张拉和卸载临时吊杆，将临时吊杆承担的吊杆力转移到新的吊杆上，由新吊杆取代临时吊杆。

3.8 安装防水罩

为使渗入吊杆内的雨水能够顺利排出，吊杆下锚具设带排水槽的3cm 厚不锈钢垫板。

4 质量和安全保障措施

4.1 交通管制及维护

为确保施工期间施工区域及周边道路的通畅运行，保证施工对车辆通行的影响最小，采取作业期间24 小时双向封闭第二侧车道，第一车道保持小型车辆通行，期间非机动车和行人正常通行，沿线公交车辆提前进行告示绕道通行。

4.2 测量及施工监控

在吊杆更换过程中，需要跟踪测量的是桥面标高、被更换吊杆的伸长量和对临时吊杆加载的油压表读数等。对临时吊杆每级加载后、每次割断钢丝后和新吊杆各级张拉后，均需要测量桥面标高、吊杆的伸长量，并记录油压表的读数。

4.3 调节索力

吊杆更换后，要再次测量桥面标高并与桥面初始位置进行比较；测试新吊杆索力与设计值进行对照；测定吊杆下吊点挠度的变化情况，并把这些作为索力是否需要调整的依据。

5 更换后效果

各吊杆实测频率基本符合理论规律，吊杆力分布基本符合理论规律，吊杆力基本无异常。桥面线形无突变、折线情况，线形平顺。左右拱拱肋拱轴线与理论线形重合性较好，未发现异常变形。

跑车试验时，让两辆载重汽车以不同车速匀速通过桥跨结构，通过测定桥跨结构主要控制截面测点的动应变时间历程响应曲线可以得到桥梁的冲击系数。测点位置位于右侧拱顶测点处应变时程曲线图。模态测试试验得到桥梁第一至五阶竖向振型(包括扭转振型)、频率及阻尼比。

（1）频率与阻尼：实测桥梁纵向、横向一阶，竖向第一至七阶振动频率与阻尼，实测频率与计算值接近，且一般略大于计算值。表明计算模型与实测结构相符，结构整体刚度与计算相当。实测各阶振型阻尼比分别为 1.26%～4.11%之间，均在一般常值范围内。

（2）振型：通过模态测试试验实测结构第一至七阶竖向振型与计算相符，仅是第四、五阶的扭转振型出现次序相反。

（3）冲击系数：拱肋冲击系数在 1.028 ～1.057 之间，且一般车速较大时，冲击系数也较大。

（4）动载试验结论实测拱肋应变冲击系数与《钢管混凝土拱桥技术规范》（GB50923-2013）较接近，小于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG/T D65-06-2015），大于《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）。实测结构一至七阶竖向振型与计算基本一致；各阶实测频率及纵横向频率接近计算值，表明计算模型刚度与实际结构相符；实测阻尼比在常值范围。

6 结语

系杆拱结构，主梁采用斜杆与主拱圈相连，形成尼尔森体系。一旦吊杆断裂将会造成整座桥坍塌。桥梁应按照现行《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004），做好桥梁的定期检查和维护工作，并加强桥梁的日常养护管理工作；并注意严禁超载车辆通行，确保桥梁安全。