軌道交通某拱橋吊桿錨頭取出試驗研究

2016-11-24 03:38:28陳惟珍

城市道橋與防洪 2016年3期

朱　妍，徐　磊，陳惟珍

（上海地鐵維護保障有限公司，上海市 200233；2.同濟大學，上海市 200092）

軌道交通某拱橋吊桿錨頭取出試驗研究

朱妍1，徐磊2，陳惟珍2

（上海地鐵維護保障有限公司，上海市 200233；2.同濟大學，上海市 200092）

以一座拱梁組合橋梁更換吊桿為工程背景，通過試驗研究了取出吊桿的整套工藝。對于導管中灌注了環氧鐵砂的吊桿，經過水射流法、鉆孔法和熔融法的對比試驗，證明用水射流法沖除環氧鐵砂是可行有效的，輔以鉆孔、乙炔切割拆除錨頭后，即可將吊桿取出。

拱橋；吊桿更換；水射流；環氧鐵砂

1　工程簡介

本次試驗中的橋梁建于1999年，為跨度54 m+ 128 m+54 m的拱梁組合結構。

該橋設有兩個單箱單室截面的主縱梁，在中支點處梁高3.0 m，跨中處梁高2.0 m。全橋共設14對吊桿，每根吊桿由55根φ7鋼絲構成，采用雙層PE防護，外徑70 mm。吊桿上端采用冷鑄鐓頭錨；下端采用墩頭錨，埋在梁內的錨頭結構長度為2 m，包括約1 m的PE護套段和75 cm的散絲段。下導管為厚5 mm內徑φ150無縫鋼管，在鋼套管內用環氧砂漿填實。

在最近一次檢測中發現該橋部分吊桿下錨頭有滲水、銹蝕現象，若繼續發展有一定危險。但導管與吊桿間采用環氧鐵砂填實，常規方法難以將吊桿取出，需通過試驗得到取出吊桿的方法。

2　試件設計

本次試驗設計了兩種試件。第一種為小型試件（見圖1），為長度60 cm的鋼套管，并在內部做好吊桿，灌好環氧鐵砂。第二種為大型試件（見圖2），長度為2 m，完全模擬梁內段吊索的情形。大型試件做出了75 cm的散索段及下錨頭。試驗時先采用小試件檢驗試驗方法的有效性，然后再用該方法，進行大試件試驗，從而得到整套的施工工藝。

3　試驗方法研究

經初步研究，可能有三種方法能去除環氧鐵砂：水射流法、熔融法和機械鉆孔法。

圖1　小型試件構造圖

圖2　大型試件構造圖

（1）水射流法

水射流法，即水刀切割，是一種利用高壓水流切割的方法，受材料質地影響小，幾乎可切割各種厚度、硬度的材料，如不銹鋼、鋁、銅、鋼鐵、大理石、合金金屬、玻璃、塑料、陶瓷、磁磚等。水射流是從加壓泵開始，通過高壓管，然后從切割噴頭射出來，現在的超高壓型水射流技術可達到200 MPa以上，國內在工程上已廣泛應用于切割混凝土。環氧鐵砂材料的組成與混凝土相仿，均由膠凝材料將集料膠結成整體的工程復合材料，采用水射流的方式理論上可以有效擊碎并清除環氧樹脂，且環氧樹脂的硬度比水泥低，而鋼套筒的硬度較高，只要選擇合適的壓力，理論上可以有效清除環氧鐵砂，并同時避免對鋼套筒造成損傷。

（2）機械鉆孔法

選用合適的環形鉆頭，通過機械切割的方法，沿吊桿外圈進行鉆孔，鉆透后，將吊桿整體取出。

（3）熔融法

環氧樹脂的軟化點一般不高于150℃，根據調研，該橋所用的環氧樹脂的軟化點為100℃，因此可以嘗試采用加熱的方式將環氧取出。但環氧鐵砂錨固材料由環氧樹脂、鐵砂、固化劑、增韌劑、稀釋劑、硅粉填料等組成，其物理特性與環氧樹脂有很大區別，其在高溫下的軟化特性需待試驗驗證。

4　小型試件試驗

4.1水射流法試驗

水射流加壓設備采用NLB20305D（見圖3）。該設備流量為83 L/min，最大壓強為140 MPa。

圖3　水射流法采用的高壓水泵

在試驗開始時先選擇了100 MPa壓強，后加至140 MPa，至試件沖穿，后面有水流噴出，用時15 min。

水射流法可以有效清除掉環氧鐵砂，且效率較高。但噴槍后坐力較大，持槍工人很容易疲勞。

4.2機械鉆孔法試驗

鉆孔采用BJ-355金剛石鉆孔機，試件上部15 cm為環氧樹脂浮漿層，在該層鉆進很快，用時約5 min，進入環氧鐵砂層后，鉆進緩慢，10 min約鉆進7 cm，后面就無法鉆進了，且鉆頭磨損非常嚴重，齒牙磨光（見圖4）。

圖4　齒牙磨光的鉆頭

無法繼續鉆進的原因：環氧鐵砂開始接觸到鉆頭后，鐵砂與環氧分離，但鐵砂一直存留在鉆槽中，鉆頭接觸不到新的環氧鐵砂面，同時鐵砂反復打磨鉆頭，使鉆頭迅速磨損，導致無法繼續鉆進。

4.3熔融法試驗

用乙炔割槍對環氧試件進行加熱，5 min后，環氧試件表面被燒焦，無明顯軟化現象出現（見圖5）。

圖5　表面被烤焦的環氧試件

環氧鐵砂錨固材料由環氧樹脂、鐵砂、固化劑、增韌劑、稀釋劑、硅粉填料等組成，其物理特性與環氧樹脂有很大區別，加熱后表面會烤焦，并不會出現熔融軟化現象，熔融法無法實現。

4.4小型試件試驗結論

通過小型試件試驗，水射流法是行之有效的方法，而鉆孔法和熔融法無法實現預想效果，均被排除。

5　大型試件試驗

5.1不同形式噴口噴槍的試驗

噴槍有各種開口方式，有豎向噴口、水平噴口、斜向噴口以及上述幾種的組合式噴口。

由于試驗條件限制，吊桿導管內徑只有150 mm，吊桿外徑有70 mm，操作空間非常狹小。如何將導管中環氧鐵砂清除干凈，需要對各種噴槍的效果和效率進行試驗，試驗采用了4種噴槍：

（1）豎向噴口噴槍；

（2）豎向噴口噴槍和水平向噴口噴槍；

（3）1個豎向噴口加3個斜前方噴口噴槍；

（4）2個斜前方向噴口加2個側后方向噴口噴槍。

在豎向噴口噴槍試驗中發現，由于能量梯度的作用，在切面越深時（距噴嘴越遠），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，即切割斜度。由于存在切割斜度，在表面上形成一條上寬下窄的沖槽，噴槍槍頭不能伸入，導致后續無法噴進。同時豎向噴口噴槍在噴射時，會產生很大的后座力，必須固定在支架上進行，對操作有一定阻礙，從而影響了噴射效率。

豎向噴口噴槍和水平噴口噴槍交叉使用，由豎向噴槍噴出上寬下窄的凹槽，然后再采用水平噴口噴槍清除凹槽壁的環氧鐵砂。該方法可行，但是需要反復更換噴槍，效率較低。

1個豎向噴口加3個斜前方噴口噴槍，具有較大的后座力，人力無法承受，必須使用支架，在使用支架后，對操作有一定阻礙，影響了噴射效率。

2個斜前方噴口加2個側后方噴口噴槍（見圖6），可以有效清除附著在管壁上的環氧鐵砂，通過調整幾個噴口的方向和流量，可以做到自平衡的狀態，基本不產生后座力，可以脫離支架進行施工。試驗結果表明，該種噴槍兼顧了效果和效率，最后決定采用這種形式的噴槍。