自锚式悬索桥换索施工控制

王 斌

（大连理工现代工程检测有限公司，辽宁 大连 116024）

1 工程概况

抚顺市天湖大桥位于抚顺市区东部，跨越浑河，道路等级为城市主干路，机动车道为双向6 车道，桥面总宽41 m。主桥是一座自锚式混凝土悬索桥，主跨为160 m，边跨70 m，锚固跨15 m。主梁为五跨连续箱梁，主缆中心距26.5 m，吊索顺桥向间距5 m。主梁采用钢筋混凝土箱梁，箱梁标准断面为单箱五室。索塔为H 型，塔柱采用实体矩形截面。主缆中跨矢跨比为1/6，主缆直径54.3 cm，采用85 根φ54 mm 镀锌钢丝绳，吊索采用121 根φ7.1 mm 镀锌高强平行钢丝[1]。

天湖大桥建成通车数十年后对该桥进行检测，发现该桥存在索夹滑移、索夹抗滑拉索、吊索锈蚀及主缆防护破损等病害，因此需要进行加固维修。

2 计算模型

采用大型空间有限元计算软件Midas/Civil 建立有限元模型进行计算分析。主缆采用只受拉单元模拟，吊索采用桁架单元模拟，桥塔及主梁均采用梁单元进行模拟，主缆、吊索与主梁的连接采用弹性连接模拟，计算模型见图1。

图1 计算模型

3 施工控制方案及结果

大桥施工监控主要包括抗滑拉索施工过程监控、吊索更换施工过程监控和全桥吊索调整施工过程监控三部分，主要是针对吊索和抗滑拉索进行更换，吊索更换完毕后，对全桥吊索力进行调整，使结构受力更加合理，主梁线形更加平顺。

3.1 抗滑拉索施工控制

大桥3#～22#索夹采用抗滑拉索增加抗滑能力，每个索夹采用4 ～6 根直径15.2 mm 的PE 环氧涂层钢绞线，全桥共计184 根，全部抗滑拉索施工根据设计方案进行更换。钢绞线锚于传力板上，每根钢绞线张拉控制力为156 kN。抗滑拉索立面布置见图2。抗滑拉索张拉时，采用张拉力和伸长量双控，以张拉控制力为主，伸长量进行校核。

图2 抗滑拉索立面布置

3.2 吊索更换施工控制

大桥吊索采用121-φ7 镀锌平行钢丝索，钢丝强度为1 670 MPa，表面为双层PR 护套，外层为白色，两端设置LM-121 型冷铸锚，全桥共110根吊索。维修加固需对全桥110 根吊索全部更换。根据施工组织设计，先施工下游侧，再施工上游侧。施工区域分为南边跨、中跨、北边跨3 块，每个区域只容许一个换索作业点。

操作步骤：（1）单根吊索更换前，按照设计要求安装索夹防滑装置。（2）全桥封闭状态下，对将要更换的第i根吊索位置及相邻的i-1，i+1 位置各3 个测点的主缆及主梁标高进行测量，同时测量吊索上端销轴中心至索管顶的距离L0。（3）按照设计要求安装张拉千斤顶、压力传感器。（4）分步张拉千斤顶，取20 t 为一个步长，逐步加载至吊索下端螺母与锚垫板脱离，每个加载步加载结束后，持荷，检查索夹抗滑装置两端螺母松紧状况，并及时调整，确保抗滑装置正常。（5）张拉千斤顶的同时，观察吊索底部锚杯螺母与锚垫板缝隙，当两者出现相对位移时，停止加载，持荷5 min，读取压力传感器读数T0，同时读取千斤顶油压表读数F0，作好记录。（6）按照设计要求逐级放松吊索，拆除吊索，并对索夹及索管进行防腐处理。（7）旧吊索拆除后，测量i-1，i，i+1 位置各3个测点的主缆及主梁标高，并做好记录。（8）安装新吊索，按照设计要求安装千斤顶及压力传感器，张拉千斤顶至压力传感器读数为T1，同时校核油压千斤顶读数是否为F1。持荷，测量第i根吊索位置主梁和主缆标高，吊索上端销轴中心至索管顶测点距离L1。（9）及时整理收集传感器读数、千斤顶读数、主缆标高、主梁标高、吊索上端销轴中心至索管顶测点长度等参数。（10）对所有数据进行综合分析，确定满足控制要求后，吊索更换完成，拧紧螺母，放松千斤顶。（11）全桥封闭，测量i-1，i，i+1 位置各3 个测点的主缆及主梁标高，并作好记录。（12）重复上述施工步骤，对剩余吊索进行更换。

新吊索张拉力是根据旧吊索拆除时的张拉力及主缆主梁相对位移的变化来确定，主缆主梁的相对位移（相对索长）变化为主控，确保新安装吊索的相对索长与原先基本相同。相对索长控制见图3，吊索更换前长度为Lab（L0），吊索更换后长度为Lcd（L1），控制条件为L1-L0≈0。吊索更换前后的吊索力：上游原吊索索力均值为1 800 kN，吊索更换后索力均值为1 824 kN；下游原吊索索力均值为1 824 kN，更换后索力均值为1 875 kN。吊索更换前后下游吊索力平均增加2.8%，上游吊索力平均增加2.6%。

图3 相对索长控制

3.3 全桥吊索调整

当上下游吊索均更换完成，为改善结构受力状态，使桥梁结构后期运营更加安全合理，需对全桥吊索索力和主梁线形进行调整。全桥吊索力调整共分两个阶段完成，第一轮调整在全桥封闭状态下进行，通过将吊索更换后的索力值带入计算模型，计算结构在当前索力值下的受力状态并结合索力影响矩阵确定吊索力调整顺序、张拉力及锚杯拔出量。调整以吊索力和锚杯拔出量进行双控，以吊索力为主，目的是将上下游的吊索力调整均匀，一轮调整后索力柱状图见图4。上游吊索索力均值为1 883 kN，下游吊索第一轮调整后索力均值为1 896 kN。

图4 一轮调整后索力值/kN

上下游吊索第一轮调整完成后，进行吊索的第二轮调整。第二轮调整在全桥封闭状态下进行，调整以锚杯拔出量和油表读数进行双控，锚杯拔出量为主，按上下游相同位置四个点同时对称进行。第二轮调整亦在抬高主梁跨中挠度，提高主梁预拱度。经过二轮调整后上、下游跨中主梁挠度柱状图见图5。

图5 二轮调整后主梁挠度值/mm

4 结语

根据《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）的规定，桥梁吊索的设计使用年限为20 a[2]。天湖大桥吊索的使用年限已达20 a，同时根据桥检发现病害，故对该桥的抗滑拉索及吊索进行维修加固。（1）通过对抗滑拉索和吊索进行更换，并对索力进行调整，得知一次调整后吊索力值更均匀，二次调整后主梁跨中吊索力明显增加，吊索力曲线更圆滑。（2）吊索力调整前后上游跨中主缆标高无明显变化，下游跨中主缆标高平均下降1.4 cm（均值范围S25 ～ N25）；上游主梁跨中标高上升3.2 cm，下游主梁跨中标高上升3.4 cm，达到预期目的。