浅谈舜水大桥吊杆更换施工技术

摘要：系杆拱桥吊杆更换利用临时吊杆系统实现对等力转换，斜对角交替更换、分级张拉卸载和分次割断施工，并对吊杆更换全过程进行施工监控。通过监测表明，吊杆更换后系杆受力有所改善，吊杆力符合设计要求，吊杆更换过程中未发现异常。

关键词：系杆拱桥；吊杆更换；临时吊杆系统；施工监控

中图分类号：U448.22+5文献标识码： A

一、工程概况

1、原桥工程概况

舜水大桥位于杭甬高速公路余姚连接线，跨径为10×20m+61.8m+43×20m+61.8m+5×20m，全长为1287.64m，左右幅分离式桥梁，主桥单幅宽度为1.3m+11.25m+1.3m。舜水大桥主桥横跨最良江和姚江，均为净跨60m下承式钢管混凝土系杆拱桥，拱肋采用钢管混凝土结构，其上共设三道风撑；下部结构采用柱式墩，钻孔灌注桩基础。该桥于2002年12月31日竣工通车。

主桥上部结构如图1所示。每座大桥设计14对吊杆，分别编号为1、1′、2、2′3、3′、4、4′、5、5′、6、6′、7、7′、8、8′、9、9′、10、10′、11、11′、12、12′、13、13′、14、14′。

图1上部结构示意图

2、桥梁检测及加固设计

大桥建成运营至今已近10年，大部分吊杆钢丝及锚头出现锈蚀，且根据运营单位交通流量观测站资料，该桥交通量大、超载车多，为确保桥梁结构的安全性和耐久性，对舜水大桥主桥进行吊杆更换。

舜水大桥原吊杆索体采用PES5—85PE平行镀锌高强钢丝束，上、下锚头锚具均采用DM5A-85型墩头锚具。新吊杆材料采用OVMGJ15-12钢绞线整束挤压拉索，索体采用抗拉标准强度fpk=1860MPa的12根Фs15.2环氧喷涂钢绞线无粘结筋缠包后热挤HDPE，破断索力为3125 KN，安全系数为4.2，锚具采用配套的挤压吊杆锚具。

二、吊杆更换的原则

1、保持原结构受力状态不变、承载力不降低、工作状态连续；

2、保证桥梁结构安全，避免对原结构造成损伤，吊杆更换后满足设计和运营要求；

3、施工安全方便，工期短。

三、吊杆更换方案

1、总体方案

吊杆更换通过对等力转换完成，按照斜对角交替更换、分级张拉卸载和分次割断的方案进行更换。正式施工前先试更换，工艺成熟后进行全面更换。吊杆更换顺序为：1、14′14、1′2，13′13、2′3、12′12、3′4、11′11、4′5、10′10、5′6、9′9、6′7、8′8、7′。

2、更换步骤

吊杆更换主要步骤有：施工准备确定新吊杆长度搭设作业平台安装临时兜吊体系卸除原吊杆安装新吊杆新吊杆张拉吊杆索力调整吊杆附件安装及防护。

3、施工工艺

1）施工准备

施工前，对设备、仪器进行标定；建立导线点控制网；封闭交通，清理桥面；施工人员、材料和设备进场；对作业人员进行安全技术交底。

2）确定新吊杆长度

测量恒载状态下各吊杆上下锚垫板之间的空间坐标，计算现状索长，并结合大桥原设计数值，确定新吊杆长度，供生产厂家下料。

3）搭设作业平台

吊杆更换作业平台分桥面以上和桥面以下两部分。桥面以上部分在系杆上部沿拱肋搭设φ48×3.5mm钢管支架。桥面以下部分利用上部支架和桥面临时吊杆孔下挂作业平台。在搭设作业平台时，应考虑桥下通航要求，设置必要的安全防护设施，确保施工安全。

4）安装临时吊杆系统

根据相邻吊杆的间距，利用贝雷架组装成提升支撑梁，支撑在相邻吊杆的横梁上。在支撑梁安装2台千斤顶，每台千斤顶下挂1根临时吊杆，临时吊杆穿过桥面孔（在更换吊杆的横梁两侧桥面各钻1个孔），在横梁底部设置短纵梁，与横梁底短纵梁连接。临时吊杆系统布置见图2。

临时吊杆的张拉端设置在贝雷梁顶端，采用2台千斤顶，千斤顶配自动液压锁，通过分配阀控制2台千斤顶同步张拉或放松。

图2临时吊杆系统示意图

5）卸除原吊杆

张拉临时吊杆，并将临时吊杆锁定；逐级切割原吊杆钢丝，测量相关数据变化；卸除原吊杆，并清理预埋管道。

6）安装新吊杆

用吊车（或卷扬机）把新吊杆吊起，从钢管拱预埋管自下而上穿入，注意吊装时吊杆索应尽可能置于预埋管的中心，安排专人摆正吊杆索位置，以防吊杆索刮碰损伤。吊装到位后，扭紧上下锚头螺母。

7）新吊杆张拉

新吊杆安装到位后，采用油压千斤顶张拉。拱肋上端为张拉端，在拱肋上安装张拉撑脚，撑脚上放置千斤顶，用工作张拉杆与吊杆锚头连接。为了测量吊杆力，在千斤顶活塞与工作张拉杆后锚之间设置穿心式压力传感器。

根据设计提供的张拉索力值、标高控制对吊杆进行张拉及桥面标高调整。张拉过程中交替逐步放松临时吊杆。张拉分级进行加载，分级解除临时吊杆索力，分级大小与原吊杆拆除程序一致。在换索全过程中，应跟踪监测索力和更换吊杆所在处的挠度变化情况，并检测桥面裂缝，判断是否需调整索力。

8）吊杆索力调整

吊杆更换后，应对吊杆索力和桥面标高进行测量，并与设计控制值进行对比，如果超出则尽快采取调整措施，直至吊杆索力与桥面线型与原设计值基本保持一致。

9）吊杆附件安装及防护

吊杆张拉到位后，旋紧并锁紧螺母，卸除张拉设备。吊杆下锚头开口处采用A3钢板封孔，通过下端预埋护管灌入防腐材料。最后按设计要求安装好上、下减震体，安装上锚头保护罩，并在保护罩内填充防腐材料。

四、施工监控

施工监控是吊杆更换最为关键的工作，贯穿于施工全过程。施工监控的目的是为了从技术上保障吊杆更换施工能最终达到设计意图，并在更换过程中确保结构安全，吊杆更换后桥梁上部结构的受力状态与更换前基本保持一致且有适当改善。施工监控内容具体如下：

1、监控前测量

更换吊杆前，采用精密水准仪测量，通测吊杆更换前全桥标高；用激光测距仪测量吊杆长度，提供作厂家吊杆加工下料依据。

2、吊杆更换过程监控

全过程监测吊杆更换时新旧吊杆以及临时吊杆的吊杆力变化、主梁变形和主拱应力（拱脚应力），监测吊杆更换过程中桥梁安全性。吊杆力测量采用穿心式压力传感器测试、振动法测试和千斤顶油压表度数三种方法结合，应力监测采用外贴式JM钢弦传感器。

1）旧吊杆拆除前，测读所有钢弦应力传感器读数作为初始读数，测读静力水准仪初始读数，测试待拆旧吊杆与其两侧两根吊杆吊杆力。

2）临时吊杆张拉完毕、卸除旧吊杆后测读静力水准仪读数，该吊杆所在侧钢弦应变计读数，测试其两侧两根吊杆吊杆力。

3）监控组根据旧吊杆原有吊杆力和全桥内力优化分析结果提出新吊杆张拉力监控指令，作为新吊杆张拉时依据。

4）新吊杆张拉和临时拉吊杆放张过程中，分别按控制张拉力的40%、60%、80%、100%（一般超张拉到105%左右），每一阶段张拉结束后测读吊杆所在侧钢弦应变计读数和静力水准仪读数，用索力动测仪和压力传感器监测各阶段新吊杆吊杆力，其中新吊杆张拉至吊杆控制张拉力的80%时，即放张临时吊杆。

5）新吊杆张拉和临时吊杆放张完毕后，测读吊杆所在侧钢弦应变计读数和静力水准仪读数，用索力动测仪测量张拉的新吊杆及其两侧吊杆的吊杆力。

3、全桥吊杆更换完毕后吊杆力调整

为了弥补更换过程中的施工误差，使成桥吊杆力达到设计要求，对全桥吊杆力进行一次性调整，调整按照影响矩阵法计算每根吊杆调整量，调整完毕后利用吊杆力计进行全桥测读。

4、完成吊杆更换后测量桥面标高，检查吊杆更换前后桥面变化。

五、施工注意事项

1、吊杆更换应在设计和监控单位的指导下进行，施工过程中严密观测监测数据的变化，发现异常情况及时分析原因，确保桥梁结构安全。

2、为避免日照对吊杆力的影响，全桥的标高测量应在夜间进行。

3、临时吊杆系统、作业平台等临时结构须满足受力验算要求，确保临时结构安全。

4、临时吊杆安装时，上、下吊点的孔位必须对齐，以使临时吊杆竖直受力。

5、切割原吊杆时，应用软质材料绑紧吊杆，预防因钢丝突然崩断导致事故。

6、吊杆更换前应将桥面上的各种无关物品移除，更换时严禁将施工机具、设备、材料集中堆放在桥面上。

六、结束语

在设计、监控等相关单位的密切配合下，大桥主桥吊杆更换工作顺利完成。通过监测表明，吊杆更换后系杆受力有所改善，吊杆力符合设计要求，吊杆更换过程中未发现有任何异常。总结舜水大桥吊杆更换施工，可以得出如下结论：

1、临时吊杆法适用于系杆拱桥更换吊杆施工，且安全、简便、快捷；

2、吊杆更换是一项系统工程，需要业主、设计、监控、监理与施工等所有相关单位互相配合共同完成。

作者简介：

1、应跃龙，就读于同济大学建筑与土木工程专业（工程硕士），浙江省交通工程建设集团有限公司，高级工程师，一级建造师，长期从事公路工程施工技术管理工作。

2、傅佟，浙江省交通工程建设集团有限公司，长期从事公路工程施工管理工作。

3、陈振华，浙江省嘉维交通科技发展有限公司，长期从事桥梁维修加固施工技术管理工作。

4、宋德州，浙江省交通工程建设集团有限公司，高级工程师，长期从事公路工程施工技术管理工作。