拱橋吊桿施工方法與控制技術(shù)

張 喆

(安徽省高速公路總公司阜陽(yáng)管理處,安徽阜陽(yáng) 236000)

拱橋吊桿施工方法與控制技術(shù)

張 喆

(安徽省高速公路總公司阜陽(yáng)管理處,安徽阜陽(yáng) 236000)

針對(duì)大量拱橋更換吊桿的工程實(shí)際,綜合論述了拱橋吊桿的各類(lèi)病害及病因,討論了各種更換拱橋吊桿的施工方法及關(guān)鍵控制技術(shù)。

橋梁工程;吊桿病害;更換吊桿;施工控制

0 引言

中、下承式拱橋,都是通過(guò)吊桿將橋面系的恒、活載傳遞給拱肋的,再由拱肋傳遞給拱座或下部結(jié)構(gòu)。橋梁建成投入使用后,會(huì)因吊桿或錨頭銹蝕、松動(dòng)或意外受損等原因,造成吊桿安全系數(shù)偏低,存在嚴(yán)重的安全隱患。近年來(lái),大量的中、下承式拱橋進(jìn)行了吊桿檢測(cè)和更換,是一個(gè)工程熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

1 吊桿病害分析

吊桿暴露在大氣環(huán)境中,雨水的侵蝕和車(chē)輛尾氣將導(dǎo)致吊桿銹蝕。疲勞累積損傷和銹蝕是吊桿最普遍的兩種損傷。吊桿損傷發(fā)生的部位包括吊桿桿身和錨頭,一般錨頭比吊桿桿身?yè)p傷嚴(yán)重,下錨頭比上錨頭嚴(yán)重。損傷的形式包括吊桿滑絲、斷絲、銹蝕、斷裂、錨頭銹蝕、錨箱混凝土開(kāi)裂和碳化,局部承壓板銹蝕等。

1.1 吊桿PE保護(hù)層斷裂

由于吊桿處在露天工作狀態(tài),與大氣直接接觸的吊桿PE防護(hù)套最容易發(fā)生破損現(xiàn)象。例如:重慶武隆縣峽門(mén)口烏江二橋吊桿的不銹鋼和纏包出現(xiàn)了不同程度的破損現(xiàn)象;在廣西三岸邕江大橋的養(yǎng)護(hù)施工中發(fā)現(xiàn),由于PE保護(hù)層塑料原材料的質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致吊桿的PE保護(hù)層出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂和環(huán)狀斷裂,這將直接影響吊桿的防水能力;在宜賓市小南門(mén)金沙江大橋事故中發(fā)現(xiàn),吊桿的鋼護(hù)套已經(jīng)銹蝕剝落,這是導(dǎo)致吊桿橫斷面腐蝕的重要原因;浙江新安江大橋吊桿外層的PE防護(hù)套也于1999年發(fā)生了嚴(yán)重?fù)p壞。新昌縣城西大橋吊桿外包的PVC管和瀝青油麻破損嚴(yán)重,露出鋼絞線,鋼絞線和錨具發(fā)生不同程度的銹蝕。

1.2 吊桿的應(yīng)力腐蝕

吊桿不僅承受橋面?zhèn)鱽?lái)的車(chē)輛反復(fù)沖擊荷載,還承受風(fēng)荷載和溫度變化的作用,在疲勞受力狀態(tài)下吊桿發(fā)生的腐蝕屬于應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕對(duì)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋危害很大,這是一種腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下鋼筋產(chǎn)生晶間或穿晶斷裂的現(xiàn)象。腐蝕介質(zhì)、鋼材應(yīng)力水平和鋼材材質(zhì)情況是影響鋼材應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重程度的主要因素。

銹蝕主要導(dǎo)致吊桿的截面積減小和氯脆現(xiàn)象,前者是由于銹蝕產(chǎn)物的生成而造成吊桿實(shí)際受力面積的縮小;銹蝕產(chǎn)生的坑點(diǎn)作為—個(gè)氫原子源,有利于后者的發(fā)生。在銹蝕凹坑內(nèi),水分子分解產(chǎn)生氫原子,由于氫原子的原子半徑小,所以具有滲透金屬的能力,可以很容易擴(kuò)散到鋼的孔隙中,在那里結(jié)合形成氣體,產(chǎn)生的壓力使鐵原子受到很大的內(nèi)拉應(yīng)力,結(jié)合預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力,當(dāng)超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生鋼絞線的脆性斷裂破壞,氫脆降低吊桿的疲勞強(qiáng)度和延性,從而減小吊桿的安全性。

1.3 吊桿錨頭積水與鑄蝕

吊桿上部為錨固端,錨具埋入鋼管拱內(nèi),有蓋板蓋住。是否產(chǎn)生滲水、銹蝕,是由蓋板周邊的焊接質(zhì)量決定的,只要焊縫質(zhì)量達(dá)到要求,是不會(huì)發(fā)生滲水、銹蝕等病害的。吊桿下端為張拉端,錨具外部的保護(hù)盒內(nèi)填入防腐油脂,只要油脂不滲漏,錨具就不會(huì)銹蝕。

一旦吊桿錨端的防水裝置被破壞,就會(huì)發(fā)生滲水現(xiàn)象。例如:合肥壽春路橋上就出現(xiàn)了由于雨水滲入吊桿內(nèi)部造成鋼絲大量銹蝕,其銹蝕形態(tài)為坑飾,容易引起鋼絲應(yīng)力集中,脆性增加,存在突然拉斷的隱患;重慶武隆縣峽門(mén)口烏江二橋上同樣出現(xiàn)了吊桿的下錨具嚴(yán)重銹蝕且錨孔內(nèi)充填的混凝土不密實(shí),造成吊桿端部鋼筋銹蝕的現(xiàn)象;金華武義溫泉橋、金華雙龍大橋的吊桿均發(fā)現(xiàn)同樣問(wèn)題,正在更換吊桿。

1.4 短吊桿問(wèn)題

短吊桿自由長(zhǎng)度太短,受溫度變化影響大。橋面反復(fù)縱向位移時(shí),短吊桿不能自由擺動(dòng),且頻頻交替出現(xiàn)較大的附加應(yīng)力,致使短吊桿及結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。在廣西三岸邕江大橋的養(yǎng)護(hù)施工中還發(fā)現(xiàn),雖然設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮了短吊桿設(shè)置偏轉(zhuǎn)矯正裝置,但未考慮到通車(chē)后拱軸線的變形,拱肋預(yù)留的鋼管直徑偏小,造成短吊桿與拱肋相剪。

2 拱橋吊桿更換工藝

更換吊桿的施工,主要以橋梁自重下各吊點(diǎn)的標(biāo)高為控制目標(biāo),也要避免橋面開(kāi)裂,施工中須有嚴(yán)格的監(jiān)控措施。基本思路是:在原吊桿處安裝工具吊桿(替代索),通過(guò)油壓泵對(duì)工具吊桿勻速施加應(yīng)力,同時(shí)釋放原吊桿應(yīng)力,只要做到兩者同步進(jìn)行,全橋的受力狀態(tài)就不會(huì)改變,從而對(duì)全橋也不會(huì)造成損傷。吊桿更換施工工藝為:施工準(zhǔn)備→安裝工作平臺(tái)→安裝臨時(shí)兜吊系統(tǒng)→割除舊吊桿→安裝張拉新吊桿調(diào)索。具體施工過(guò)程如下:

(1)橋面標(biāo)高原始數(shù)據(jù)的收集

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,工程完工后,橋面線形保持現(xiàn)有狀態(tài)。據(jù)此,施工過(guò)程中,包括臨時(shí)兜吊、新吊桿張拉都是以現(xiàn)有標(biāo)高為標(biāo)準(zhǔn)。施工前,必須精確測(cè)量現(xiàn)有橋梁橋面標(biāo)高。

(2)臨時(shí)兜吊系統(tǒng)的安裝

在舊吊桿割除、新吊桿安裝過(guò)程中,橫梁全靠臨時(shí)兜吊系統(tǒng)支承,關(guān)系到施工過(guò)程的安全。這就要求兜吊系統(tǒng)具有足夠的承載能力、穩(wěn)定性,并在受力后下沉量小。兜吊系統(tǒng)有兩種:

①鋼絲繩繞過(guò)拱肋,下兜橫梁,如柳州文惠橋的臨時(shí)兜吊系統(tǒng),見(jiàn)圖l。

②在吊桿上錨頭的拱肋頂端砌筑三角形墊塊,在墊塊上安裝型鋼支架,支架兩端各穿1根臨時(shí)吊桿,穿過(guò)橋面孔洞,吊住吊桿橫梁下的鋼反力架,如杭州葉青兜橋的臨時(shí)吊桿,見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 文惠橋臨時(shí)兜吊系統(tǒng)示意圖

圖2 葉青兜橋臨時(shí)吊桿拱肋部分構(gòu)造示意圖

(3)舊吊桿的拆除

在確認(rèn)臨時(shí)兜吊系統(tǒng)全部承受舊吊桿荷載后,氣割割除舊吊桿,考慮到兜吊系統(tǒng)的應(yīng)力松弛和彈性變形,舊吊桿分批次切割,以保證原吊桿內(nèi)力分批次均勻轉(zhuǎn)移到工具吊桿上。每切割一次,對(duì)上下游橋面標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量,當(dāng)下沉量累計(jì)達(dá)到一定值時(shí),對(duì)兜吊系統(tǒng)進(jìn)行一次提升補(bǔ)償,控制橋面標(biāo)高變化值。有時(shí)為了確保舊吊桿割除后橫梁下沉量不超過(guò)允許值,可以將橫梁預(yù)抬高。

圖3 葉青兜橋臨時(shí)吊桿橫粱部分構(gòu)造示意圖

舊吊桿的拆除,要依據(jù)對(duì)稱(chēng)的原則,從中間向兩岸或從兩端向跨中間隔逐對(duì)進(jìn)行,每拆除一對(duì)舊吊桿,則相應(yīng)地?fù)Q上一對(duì)新吊桿。

(4)安裝新吊桿

新吊桿采用卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊,先穿過(guò)拱肋上預(yù)埋管,再穿過(guò)橫梁上預(yù)埋管,調(diào)整好長(zhǎng)度并安裝螺母后,在下端安裝張拉設(shè)備進(jìn)行張拉,張拉加載實(shí)行分級(jí)均勻加載,以橋面標(biāo)高控制為主,設(shè)計(jì)索力和伸長(zhǎng)量作為參考。采用邊張拉新吊桿邊放松臨時(shí)吊桿的措施進(jìn)行控制。

對(duì)于上下錨頭不能拆除的吊桿,可以在拱肋端和梁端采用抱箍結(jié)構(gòu)形式的錨固系統(tǒng)。抱箍采用全焊鋼結(jié)構(gòu),如新昌縣城西大橋。

(5)調(diào)索

由于各種因素的影響,標(biāo)高一次難以調(diào)整到位,并且前面調(diào)好的吊桿受后面施工的影響,部分吊桿需進(jìn)行二次張拉,以調(diào)整標(biāo)高和索力。

3 結(jié)語(yǔ)

更換吊桿的關(guān)鍵技術(shù)是:先將舊的永久吊桿承受的恒重分批卸載到臨時(shí)吊桿上,再將臨時(shí)吊桿所承受的重量分批加載到新的永久吊桿上。整個(gè)吊桿更換過(guò)程中,以各恒梁頂面恒定標(biāo)高設(shè)計(jì)為目的,進(jìn)行多次頂升和卸載,每次操作,采用同一根吊桿上下游同步進(jìn)行。

[1] 博斌,許曉鋒,黃福偉.對(duì)鋼管混凝土拱橋病害的調(diào)研及分類(lèi)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2008(4):220-223.

[2] 劉道宣.三岸邕江大橋吊桿的早期病害與養(yǎng)護(hù)[J].西部交通科技,2003(6):100-101.

[3] 李世忠,易著煒.中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2008(6):214-216.

[4] 黃從俊.拱橋吊桿更換方法研究[J].安徽建筑,2005 (2):60-62.

[5] 單成林.拱橋吊桿的更換設(shè)計(jì)及施工方法[J].中外公路,2006(8):151-153.

[6] 汪孝龍,韋福堂,孫長(zhǎng)軍.新呂縣城西大橋新吊桿設(shè)計(jì)與更換施工[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù),2008(4):20-23.

責(zé)任編輯:文 月

U445.7+1

A

1671-8275(2010)03-0042-02

2009-02-21

張喆(1972-),男,安徽阜陽(yáng)人,安徽省高速公路總公司阜陽(yáng)管理處工程師。研究方向:路橋工程建設(shè)與管理。