人行斜拉橋換索工程施工控制

韓宏光

[上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110003]

1 工程概況

本項目實施對象為一座偏東西走向單塔斜拉人行天橋，共由8 跨組成。其中主橋為2 跨單塔斜拉橋，跨徑布置為2×47.25 m；橋塔采用門式鋼筋混凝土索塔，結(jié)構(gòu)體系采用塔墩固結(jié)，塔梁分離，在塔墩處主梁下設(shè)置豎向支撐- 半漂浮體系；拉索采用輻射型雙面索，以索距為10 m 的中密索布置，塔每側(cè)設(shè)4 對索，每根索由2 根標(biāo)稱直徑28.5 mm的鋼絲繩（19×W19 非轉(zhuǎn)扭式普通右捻（z）鋼絲繩，日本KOKOKW 鋼鐵會社生產(chǎn)）組成。進行換索設(shè)計時，新索采用規(guī)格為37φ5 的平行鋼絲，鋼絲強度為1 770 MPa。拉索布置立面圖、平面圖見圖1、圖2。

圖1 拉索布置立面圖(單位：cm)

圖2 拉索布置平面圖(單位：cm)

2 換索施工控制分析

2.1 斜拉索換索方案

該橋所處位置下方為鐵路，日營運火車較多，經(jīng)與鐵路部門溝通，橋下無法采用臨時支撐作為防護。為保證本項目換索工程順利進行，決定采用臨時斜拉索方案來代替橋下臨時支撐方案。經(jīng)多方單位共同商議，確定了換索工程的施工方案：

（1）安裝臨時索并張拉。

（2）拆除舊索。

（3）安裝新索并張拉。

（4）拆除臨時索。

（5）根據(jù)索力和標(biāo)高的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后再調(diào)整拉索索力。

2.2 斜拉索索力控制

斜拉橋在換索施工過程中，斜拉索會因不同施工階段而受力不同，每當(dāng)進行一個施工階段時，斜拉索的索力都會進行一次重新分配[1-2]。因此，需要對換索施工控制過程中不同施工階段的索力影響因素進行分析[3-4]。

索力的測量一般有磁通量法、傳感器讀數(shù)法、油壓表讀數(shù)法和頻率法。

該橋斜拉索索力測試采用頻率法。頻率法是利用精密拾振器，拾取斜拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，先根據(jù)頻譜圖來確定斜拉索的自振頻率，再根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系來確定索力值。用頻率法測定索力，設(shè)備可重復(fù)使用。利用現(xiàn)有儀器及分析手段，所測定的頻率精度可達0.005 Hz。

換索施工過程工況說明見表1。

表1 換索施工過程工況說明

通過對不同施工階段索力的監(jiān)測，得到各個工況下索力的實測值與理論值對比圖（見圖3～圖6）。

圖3 工況1、2 下原斜拉索的索力實測值與理論值對比圖

圖6 工況4、5 下新斜拉索的索力實測值與理論值對比圖

由圖3 可知：換索前索力實測值分布沒有一定的規(guī)律性，且左右不對稱，索力最大的索為3AN 號斜拉索，索力最小的索為4AN 號斜拉索；換索前索力實測值與理論值變化趨勢基本一致。由于換索前該橋斜拉索已運營30 a 且已有損傷，主梁標(biāo)高也有不同程度的下?lián)希虼诵崩鞯乃髁χ捣植疾灰恢聦僬，F(xiàn)象。由圖4 可知：張拉臨時索后，主梁恒載由臨時索與原斜拉索共同承擔(dān)，臨時索分擔(dān)了一部分原斜拉索的索力，致使其張拉后的索力實測值與理論值變化趨勢基本一致；拆除原斜拉索后，臨時索的索力實測值與理論值均增大，主梁荷載由臨時索完全承擔(dān)，且索力實測值的總體變化趨勢與理論值相同。由圖5 可知：安裝新斜拉索后，臨時索的索力實測值與理論值均減小，主梁荷載由臨時索和新斜拉索共同承擔(dān)，由于安裝了新斜拉索并張拉，新斜拉索分擔(dān)了臨時索承受的力，臨時索的索力實測值與理論值基本接近，且兩者變化趨勢基本一致。由圖6可知：拆除臨時索后，新斜拉索的索力實測值與理論值均增大，主梁荷載由新斜拉索完全承擔(dān)，新斜拉索的索力實測值與理論值基本接近，且兩者變化趨勢基本一致，接近最后的理想成橋狀態(tài)，但還需對索力進行調(diào)整，以便使新斜拉索的索力值滿足正常要求。

圖4 工況2、3 下臨時索的索力實測值與理論值對比圖

圖5 工況3、4 下臨時索的索力實測值與理論值對比圖

經(jīng)過調(diào)整索力階段后，實測斜拉索索力值與設(shè)計索力值對比圖見圖7。

由圖7 可知，調(diào)索后實測斜拉索索力值與設(shè)計索力值基本一致，最大誤差為1.1%。由此說明，調(diào)索后的斜拉索索力已經(jīng)滿足要求，且誤差均在2%以內(nèi)，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；也說明本工程采用臨時索方案進行換索的成功。

圖7 調(diào)索后實測索力值與設(shè)計索力值對比圖

2.3 主梁線形控制

本工程主梁線形采用水準(zhǔn)儀法測量。首先通過測量學(xué)原理計算出主梁的相對標(biāo)高，然后在實際換索過程中完成對主梁線形的控制[5-6]。

各工況下主梁標(biāo)高對比圖見圖8。

圖8 各工況下主梁標(biāo)高對比圖

由圖8 可知，主梁標(biāo)高在各個工況下線形變化較明顯。在換索前工況下，主梁原橋已有明顯的下?lián)犀F(xiàn)象，最大下?lián)?3 cm，因此在換索過程中對于主梁標(biāo)高的控制僅作為參考，實際以索力控制為主；在張拉臨時索的工況下，主梁標(biāo)高有很大的抬高，原因是此時由臨時索和原斜拉索共同承受主梁荷載；在拆除臨時索的工況下，主梁標(biāo)高開始有所減小，原因是拆除臨時索后，主梁荷載完全由新斜拉索承擔(dān)，且在拆除臨時索后，主梁標(biāo)高相對換索前有所抬高，說明在換索結(jié)束后主梁標(biāo)高有所改善。

調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實測值對比圖見圖9。

圖9 調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實測值對比圖

由圖9 可知，調(diào)索后的主梁標(biāo)高比調(diào)索前略有抬高，變化值最大為5 mm。說明調(diào)索后主梁標(biāo)高得到了進一步的改善，但主梁依然存在小于10 cm 的下?lián)稀Ｔ瓨蜻\營后已有近14 cm 的下?lián)希?jīng)過調(diào)索后，主梁線形得到了改善，主梁標(biāo)高有所抬高，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也達到合理程度，但若是強行將主梁線形通過斜拉索拉回水平無下?lián)系奈恢茫瑒t對結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不利，有可能導(dǎo)致主梁開裂以致?lián)p壞。因此目前主梁線形已處于最佳狀態(tài)，適于行人在橋上行走，安全舒適，同時提高了橋下通行的凈空。

2.4 主塔偏位控制

本工程主塔偏位采用全站儀法測量。通過測量學(xué)原理，根據(jù)2 點坐標(biāo)值計算出主塔的相對位移即主塔的偏位值，以偏向一機路側(cè)為正，偏向南直路側(cè)為負(fù)，在實際換索過程中完成對主塔偏位的控制[7-8]。各工況下主塔偏位實測值見表2。

表2 各工況下主塔偏位實測值 單位：mm

由表2 可知，主塔在各工況下的偏位值均小于2 mm，主塔偏位不大，在換索施工過程中具有一定的安全性。主塔南北側(cè)測點偏移量基本相近，有所不同是因為南北側(cè)的索力分布不一致導(dǎo)致的，因此主塔偏位在施工過程中滿足要求。

3 結(jié) 語

（1）通過對本橋換索施工控制過程的分析，討論了換索過程中不同施工參數(shù)在不同施工階段下的特點，得出5 種工況下的斜拉索索力實測值與理論值變化趨勢基本一致，主梁線形、主塔偏位變化合理的結(jié)論。

（2）通過對本橋換索控制，得到換索后實測索力與理論索力值之間的誤差最大為1.1%，均在規(guī)范要求的2%范圍內(nèi)；主梁線形得到較大改善，最大抬高4.9 cm，使行人出行更加舒適；主塔偏位最大偏移值為1.3 mm，未超過施工控制時的規(guī)范要求，因此換索施工過程均滿足設(shè)計要求。

（3）本工程斜拉橋規(guī)模不大，因現(xiàn)場條件限制，橋下為鐵路，故采用臨時斜拉索方案進行換索。此方案具有可行性，可為類似工程提供參考。