北澄子河大桥吊杆更换的设计与施工

．第３８卷第１０期　２１２・　２　０　１　２年４月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩ　ＩＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　Ｖｏｌ＿３８　Ｎｏ．１０　Ａｐｒ．　２０１２　文章编号：１００９—６８２５（２０１２）１０—０２１２—０２　北澄子河大桥吊杆更换的设计与施工　张正勇　温天宇　吴高杰　（１．江苏省扬州市公路管理处，江苏扬州２２５００２；２．江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏南京２１１１００）　摘要：以北澄子河大桥吊杆更换的设计和施工为例，简要介绍了系杆拱桥吊杆更换的设计原则和思路，以及施工工艺流程，通过　新吊杆方案的比选、吊杆更换过程中的内力转换方式的介绍，说明了吊杆更换工程的重点和难点，以指导今后同类项目施工。　关键词：系杆拱桥，临时兜吊系统，吊杆更换　中图分类号：Ｕ４４５．４　０　引言　系杆拱桥以其结构受力合理、外形美观、施工方便等优点得　到了广泛应用，而下承式系杆拱桥在我国水乡河网地区又有着更　多的应用，尤其自２０世纪９０年代以来我国建造了大量该结构形　式桥梁。　但早期建造的部分系杆拱桥由于设计、施工、维护等各种原　因吊杆出现破损，有的甚至不得不更换，以确保桥梁的安全运营，　延长桥梁的使用寿命。　１桥梁概况　北澄子河大桥主桥采用跨径为５０　ｍ的下承式系杆拱桥，系　杆尺寸为１．８０　ｍ×１．２５　１１３（高ｘ宽），箱形截面；系杆拱矢高　１０．５　ｍ，矢跨比１／４．５７１，抛物线线形。拱肋、系杆、横梁、风撑均　采用预制安装。　桥梁立面效果见图１。　图１桥梁立面　吊杆为刚性吊杆，采用１２　１５．２４钢绞线，内钢管内灌注Ｃ４０　水泥砂浆，内侧钢管与外侧钢管之间灌注Ｃ４０微膨胀混凝土，全　桥共９对１８根吊杆。采用ＯＶＭ１５—１２型锚具，配套张拉千斤顶型　号为ＹＣＷ２５０Ｂ。吊杆施工时先灌注好内、外侧钢管问的混凝土，　然后安装张拉吊杆。　该桥于２００４年竣工投入使用。　２０１１年７月，在公路桥梁安全隐患排查整治活动中，检查下　锚头检测发现：西侧３号、西侧６号和西侧８号锚头存在部分钢绞　线回缩现象，并有６个锚头存在沿钢绞线滴水现象，钢绞线及夹　片锈蚀。其中，西侧８号吊杆下锚头５根钢绞线回缩，其中２个夹　片脱落。　吊杆下锚头存在的问题已严重影响桥梁的安全运营，为确保　桥梁的安全运营，延长使用寿命，并兼顾美观、经济性等各方面因　素，决定对全桥吊杆进行更换。　２吊杆更换设计　２．１　吊杆更换设计原则　收稿日期：２０１２—０１＿２７　作者简介：张正勇（１９７７－），男，工程师　文献标识码：Ａ　１）更换吊杆时必须保证桥梁的结构安全。　２）吊杆更换应该使吊杆索力和桥梁线形都进入拟定的设计　状态。　３）新吊杆和锚具应进行改进设计，满足新的标准，并且保证　新吊杆耐久使用和便于再次更换。　４）吊杆更换方案应有较好的经济性，便于实施。　２．２吊杆更换设计思路　本次吊杆更换的目的是确保吊杆安全更换后的￥２３７北澄子　河大桥在设计荷载作用下，满足规范对于正常使用极限状态和承　载能力极限状态的相关要求。由于北澄子河大桥采用刚性吊杆，　并且现有吊杆中的３根有明显的钢绞线回缩现象，吊杆现有内力　无法测定，结构现有的受力状态与原设计状态是否存在较大偏差　无法确定。　基于这样的桥梁现状，本桥吊杆更换工作设计思路如下：按　原设计理论计算确定结构内力、理想的吊杆内力，并进行相应的　规范验算；必要情况下，进行一定的吊杆内力优化调整；采用以现　有的结构线形为主，以理想吊杆内力为辅的控制方式进行吊杆更　换；吊杆更换完成后，以原设计理想吊杆内力或者可能的优化调　整内力为目标，进行吊杆内力调整。　２．３新吊杆选型方案　经对国内外更换吊杆工程和吊杆产品的广泛调查，本次设计　对以下三种吊杆方案进行比选。　吊杆类型比较见表１。　表１吊杆类型比较表　吊杆类型　锚具尺　是否　优点　缺点　，ｍｉｌｌ　扩孔　平行钢丝＋　冷铸墩头　１７０　日　锚固性能可靠，防水性能　锚头尺寸较大下料、墩头质量要求高，　较好　：需凿除原　锚　吊杆锚具后进行扩孔　钢绞线整　束挤压式　ｌ１５　防腐性能优越，抗震性能　造价较高好，锚固性能优越，疲劳性　锚具后进行扩孔　；需凿除原吊杆　索　能好，锚头尺寸较小　防腐性能优越，抗震性能　平行钢丝＋　好，锚固性能优越，疲劳性　上下刚拉　８６　否　能好，锚头尺寸最小；后期　造价高　杆　更换更加方便；不需凿除　原吊杆锚具，不需扩孔，对　结构损伤最小　北澄子河大桥主桥原吊杆为刚性吊杆，采用１２ｑｂ　１５．２４钢绞　线，预埋的内侧钢管尺寸＋ｌＯＺ　ｍｍ，钢管壁厚５　ｍｍ，内径为　９２　ｍｍ。新吊杆如采用平行钢丝加冷铸墩头锚，孔径至少需要　１８０　ｍｍ；３￣１］采用整体挤压式索，孔径至少需要１２５　ｍｍ。　更换吊杆时如需扩孔，则必须将锚板和锚垫板以及钢绞线取　爹　８１　年１４０　张正勇等：北澄子河大桥吊杆更换的设计与施工　・２１３－　出。锚板和钢绞线取出相对容易，但取出锚垫板及其组合构件时　３．４新吊杆安装　对拱肋和系梁损伤较大，而且损伤处恰好又是新吊杆的锚固区　新吊杆安装前，在原吊杆锚垫板上安装新吊杆锚具的预埋垫　域，局部承受的压力非常大，拱肋和系杆损伤如何恢复满足局部　板；现场测量上下锚垫板间距离，确定新吊杆的下料长度。利用　承压的要求非常困难。　起吊设备将新吊杆装入吊杆孔，穿装新吊杆，同时套好配套的吊　综合考虑吊杆抗震、防腐等性能、动力性能、锚固性能、疲劳　杆外护管，上紧新吊杆上下锚头。　性能和经济性以及对原结构的损失和安全性，新吊杆最终选用平　行钢丝＋上下刚拉杆。　按照计算确定的分级张拉方式，逐步、缓慢张拉新吊杆和卸　载临时吊杆，直至ｌ临时吊杆将全部吊杆力转移给新吊杆，吊杆内　力全部转移后，吊杆超张拉５％，持荷２　ｒａｉｎ后锚固新吊杆。在此　３吊杆更换施工　确保其变化在设　吊杆更换施工采用临时兜吊系统替代原有吊杆，施工工艺流　过程中应全程监测更换吊杆处拱肋和系梁标高，计控制范围之内，并全程监测新吊杆内力。　程简要介绍如下。　新吊杆张拉到位后，拆除上下吊点，对预埋管内灌注防腐油　３．１　施工平台　脂，以防渗水和腐蚀，外部加装锚头罩和防水罩，锚头罩、防水罩　拱肋工作平台设置于原吊杆两侧附近，在拱肋顶面植筋，采　和锚垫板应进行防腐处理。　用Ｃ３０混凝土现场浇筑三角形砌块，顶面水平，用于兜吊系统的　安装。　３．５吊杆索力调整　吊杆更换完成后，吊杆内的吊杆力不可避免的会与理论状态　３．２临时兜吊系统安装　有所偏差，在吊杆更换完成后，根据实测各吊杆内力与设计确定　本次吊杆更换施工所用临时兜吊系统采用双拼槽钢作为临　的成桥恒载下的目标索力偏差，确定合理的调索步骤、各索索力　时吊杆系统的锚固横梁和系梁底部的拖梁，用ｑｂ３２的精轧螺纹钢　调整量值进行各吊杆的索力调整，完成吊杆附属装置安装等，最　作为临时吊杆，如图２所示。　终完成桥梁吊杆更换。　４结语　按照上述设计方案和施工工艺流程，北澄子河大桥吊杆更换　工程已顺利完工。吊杆更换后，桥面各吊点处标高满足要求，且　桥面没有出现裂缝，吊杆受力均匀，达到了设计荷载要求。现就　几点经验总结如下，供参考：　１）吊杆锚固位置，拱肋和系杆局部受力较大，因此新吊杆方　案应尽可能利用原有吊杆孔，避免扩孔对原结构造成损伤。　２）吊杆更换施工中，经过两次吊杆力转换，应通过计算确定　合理的分级次数及步长，确保吊杆更换过程中，结构受力及变形　图２临时吊杆系统立面布置　平稳，防止结构出现开裂等损伤。　３）吊杆更换施工中应确定合理的更换顺序，确保更换后吊杆　面对应位置钻孔，以便穿过张拉连接锚固横梁和系梁底拖梁的钢　索力均匀对称，减小调索工作量。　棒，钻孔时应注意确保孔位竖直；在系梁底工作平台安装完成后，　４）施工过程中，应注意对兜吊系统以及桥梁结构的检查，并　利用起吊设备安装系梁底部拖梁，并用千斤顶预紧整个临时兜吊　对控制点变形以及索力进行全程监控。　系统。　利用汽吊或卷扬机安装拱肋顶部的临时吊杆锚固横梁；在桥　参考文献：　［１］徐谦，黄　勇．山西大桥吊杆更换过程［Ｊ］．公路工程，　卫．拱桥吊杆病害分析与更换工艺［Ｊ］．华东公　．　３．３旧吊杆拆除　吊杆更换施工时，每次更换１根吊杆，由中间向两边间隔进　行，东西两侧拱肋吊杆更换交替进行。　本桥原吊杆采用１２ｑｂ　１５．２４钢绞线，割断原吊杆钢绞线时按　２０１０（６）：２１－２２．　［２］　蒋月琴，彭路，２００９（６）：３７－３８．　照５根、４根、３根的步长顺序和对应吊杆内力，张拉临时吊杆和　［３］　姚青云，付宇文．邕宁邕江大桥短吊杆更换施工［Ｊ］．中国公　割断原有吊杆内的钢绞线。吊杆割断后，拆除系杆顶面至拱肋底　路学位，２００４（４）：４５－４６．　面间的刚性吊杆，凿开吊杆上下锚固端封锚混凝土，采用冲击钻、　［４］　李丽．通车条件下更换吊杆的主要技术措施探讨［Ｊ］．西　水钻、风镐等小型工具配合人工的方式从系梁顶面和拱肋底面凿　南公路，２０１０（２）：１３。１４．　挖预埋管道内的水泥砂浆，凿挖到一定深度后，逐根拔除钢绞线；　［５］　王文涛．斜拉桥换索工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社。　取消原锚具锚板，清理吊杆孔。　１９９７．　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｅｉｃｈｅｎｇｚｉｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ　ＷＥＮ　Ｔｉａｎ—ｙｕ　ＷＵ　Ｇａｏ－ｊｉｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｅｉｃｈｅｎｇｚｉｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｄｅｓｉｇｎ　．ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｉｄｅａ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ　ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔＴｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｎｅｗ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｓｃｈｅｍｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｌｄ　．ｏｎｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ　ｉｎｔｅｍａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｉｎ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｔ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｓｉｎｉｆｇｉｃａｎｃｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅ。　，ｍｅｎｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｏ　ｄｉｒｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｉｅｄ—ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ，ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｃｕｒｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｓｐｅｎｄｅｒ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ