自錨式懸索橋換索施工控制

王 斌

（大連理工現代工程檢測有限公司，遼寧 大連 116024）

1 工程概況

撫順市天湖大橋位于撫順市區東部，跨越渾河，道路等級為城市主干路，機動車道為雙向6 車道，橋面總寬41 m。主橋是一座自錨式混凝土懸索橋，主跨為160 m，邊跨70 m，錨固跨15 m。主梁為五跨連續箱梁，主纜中心距26.5 m，吊索順橋向間距5 m。主梁采用鋼筋混凝土箱梁，箱梁標準斷面為單箱五室。索塔為H 型，塔柱采用實體矩形截面。主纜中跨矢跨比為1/6，主纜直徑54.3 cm，采用85 根φ54 mm 鍍鋅鋼絲繩，吊索采用121 根φ7.1 mm 鍍鋅高強平行鋼絲[1]。

天湖大橋建成通車數十年后對該橋進行檢測，發現該橋存在索夾滑移、索夾抗滑拉索、吊索銹蝕及主纜防護破損等病害，因此需要進行加固維修。

2 計算模型

采用大型空間有限元計算軟件Midas/Civil 建立有限元模型進行計算分析。主纜采用只受拉單元模擬，吊索采用桁架單元模擬，橋塔及主梁均采用梁單元進行模擬，主纜、吊索與主梁的連接采用彈性連接模擬，計算模型見圖1。

圖1 計算模型

3 施工控制方案及結果

大橋施工監控主要包括抗滑拉索施工過程監控、吊索更換施工過程監控和全橋吊索調整施工過程監控三部分，主要是針對吊索和抗滑拉索進行更換，吊索更換完畢后，對全橋吊索力進行調整，使結構受力更加合理，主梁線形更加平順。

3.1 抗滑拉索施工控制

大橋3#～22#索夾采用抗滑拉索增加抗滑能力，每個索夾采用4 ～6 根直徑15.2 mm 的PE 環氧涂層鋼絞線，全橋共計184 根，全部抗滑拉索施工根據設計方案進行更換。鋼絞線錨于傳力板上，每根鋼絞線張拉控制力為156 kN。抗滑拉索立面布置見圖2。抗滑拉索張拉時，采用張拉力和伸長量雙控，以張拉控制力為主，伸長量進行校核。

圖2 抗滑拉索立面布置

3.2 吊索更換施工控制

大橋吊索采用121-φ7 鍍鋅平行鋼絲索，鋼絲強度為1 670 MPa，表面為雙層PR 護套，外層為白色，兩端設置LM-121 型冷鑄錨，全橋共110根吊索。維修加固需對全橋110 根吊索全部更換。根據施工組織設計，先施工下游側，再施工上游側。施工區域分為南邊跨、中跨、北邊跨3 塊，每個區域只容許一個換索作業點。

操作步驟：（1）單根吊索更換前，按照設計要求安裝索夾防滑裝置。（2）全橋封閉狀態下，對將要更換的第i根吊索位置及相鄰的i-1，i+1 位置各3 個測點的主纜及主梁標高進行測量，同時測量吊索上端銷軸中心至索管頂的距離L0。（3）按照設計要求安裝張拉千斤頂、壓力傳感器。（4）分步張拉千斤頂，取20 t 為一個步長，逐步加載至吊索下端螺母與錨墊板脫離，每個加載步加載結束后，持荷，檢查索夾抗滑裝置兩端螺母松緊狀況，并及時調整，確保抗滑裝置正常。（5）張拉千斤頂的同時，觀察吊索底部錨杯螺母與錨墊板縫隙，當兩者出現相對位移時，停止加載，持荷5 min，讀取壓力傳感器讀數T0，同時讀取千斤頂油壓表讀數F0，作好記錄。（6）按照設計要求逐級放松吊索，拆除吊索，并對索夾及索管進行防腐處理。（7）舊吊索拆除后，測量i-1，i，i+1 位置各3個測點的主纜及主梁標高，并做好記錄。（8）安裝新吊索，按照設計要求安裝千斤頂及壓力傳感器，張拉千斤頂至壓力傳感器讀數為T1，同時校核油壓千斤頂讀數是否為F1。持荷，測量第i根吊索位置主梁和主纜標高，吊索上端銷軸中心至索管頂測點距離L1。（9）及時整理收集傳感器讀數、千斤頂讀數、主纜標高、主梁標高、吊索上端銷軸中心至索管頂測點長度等參數。（10）對所有數據進行綜合分析，確定滿足控制要求后，吊索更換完成，擰緊螺母，放松千斤頂。（11）全橋封閉，測量i-1，i，i+1 位置各3 個測點的主纜及主梁標高，并作好記錄。（12）重復上述施工步驟，對剩余吊索進行更換。

新吊索張拉力是根據舊吊索拆除時的張拉力及主纜主梁相對位移的變化來確定，主纜主梁的相對位移（相對索長）變化為主控，確保新安裝吊索的相對索長與原先基本相同。相對索長控制見圖3，吊索更換前長度為Lab（L0），吊索更換后長度為Lcd（L1），控制條件為L1-L0≈0。吊索更換前后的吊索力：上游原吊索索力均值為1 800 kN，吊索更換后索力均值為1 824 kN；下游原吊索索力均值為1 824 kN，更換后索力均值為1 875 kN。吊索更換前后下游吊索力平均增加2.8%，上游吊索力平均增加2.6%。

圖3 相對索長控制

3.3 全橋吊索調整

當上下游吊索均更換完成，為改善結構受力狀態，使橋梁結構后期運營更加安全合理，需對全橋吊索索力和主梁線形進行調整。全橋吊索力調整共分兩個階段完成，第一輪調整在全橋封閉狀態下進行，通過將吊索更換后的索力值帶入計算模型，計算結構在當前索力值下的受力狀態并結合索力影響矩陣確定吊索力調整順序、張拉力及錨杯拔出量。調整以吊索力和錨杯拔出量進行雙控，以吊索力為主，目的是將上下游的吊索力調整均勻，一輪調整后索力柱狀圖見圖4。上游吊索索力均值為1 883 kN，下游吊索第一輪調整后索力均值為1 896 kN。

圖4 一輪調整后索力值/kN

上下游吊索第一輪調整完成后，進行吊索的第二輪調整。第二輪調整在全橋封閉狀態下進行，調整以錨杯拔出量和油表讀數進行雙控，錨杯拔出量為主，按上下游相同位置四個點同時對稱進行。第二輪調整亦在抬高主梁跨中撓度，提高主梁預拱度。經過二輪調整后上、下游跨中主梁撓度柱狀圖見圖5。

圖5 二輪調整后主梁撓度值/mm

4 結語

根據《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）的規定，橋梁吊索的設計使用年限為20 a[2]。天湖大橋吊索的使用年限已達20 a，同時根據橋檢發現病害，故對該橋的抗滑拉索及吊索進行維修加固。（1）通過對抗滑拉索和吊索進行更換，并對索力進行調整，得知一次調整后吊索力值更均勻，二次調整后主梁跨中吊索力明顯增加，吊索力曲線更圓滑。（2）吊索力調整前后上游跨中主纜標高無明顯變化，下游跨中主纜標高平均下降1.4 cm（均值范圍S25 ～ N25）；上游主梁跨中標高上升3.2 cm，下游主梁跨中標高上升3.4 cm，達到預期目的。