斜拉桥换索施工技术浅析
2010-10-20
1.工程概况
某桥为(39+88.8十39)m钢筋混凝土斜拉桥，桥梁全长173.28m，桥面净宽2×1.0m(人行道)+6.0m(行车道)。桥梁为双塔对称布置，塔架为A字形框架；拉索为双索面扇形布置，每塔六对。主梁由两箱形梁和行车道板组成。桥梁设计荷载：汽一10、履一50，于1987年12月竣工。
2006年10月3日，该桥2号塔一根斜拉索突然断开。经研究，该桥的加固方案为：基于目前钢索锈蚀相当严重，应该更换该桥全部斜拉索。
2.前期准备工作内容
2.1结构现状调查
1) 斜拉索：上下锚头处及锚箱锈蚀状况；桥塔索孔管道及主梁索座与索孔管道原有灌浆填充密实情况；原桥施工中用混凝土封锚的部位及数量；原桥高强钢丝断丝情况及锈蚀状况。2) 桥塔及上下部结构病害检测。
2.2 施工设备机具要求
1)为满足换索工程的工艺需要，需设中横梁工作平台及全塔下的箱斗式防护平台、塔上下挂篮、工作爬梯以及为下锚箱卸、挂索及检测用的主梁下桁车吊篮和倒链。2)对换索工作中应配套的机具，如卸索、挂索的连接器，张拉螺杆引出杆、千斤顶、油泵、反力架、垫板等所有仪器、设备、配件、加工件均需具有原材质证书，探测试验报告，配套仪器全部按期标定、校验。
2.3索力及位移测试
1)索力测定；2) 桥面高程的测定；3) 温度变化对桥面高程影响的测试；4)有条件时可进行桥塔水平位移的观测。
2.4上下锚筋、锚杯、锚管的清理工艺及检测
1) 打开原上锚杯钢护筒，清丝除锈，并逐个和加工好的连接器配套，试安装后待用；对锚筋垫板检查补强；锚杯外露长度做好记录，对应经处理好 的锚杯刷机油除锈， 并用塑料布封闭三层待用，为换索做好准备。2)利用检测桥的行车吊篮，在其端部加高，组成工作台及防护栏杆，对下锚箱外封钢板气割清除，空压机配以风镐凿除下锚箱内混凝土。清理锚杯后，测量并记录锚杯外露长度。3) 在上下锚箱清理工作完成后，即着手对上下锚管的清理。由于下锚管直径较小，且管中底部浇筑了素混凝土，清理工作较难。清理时，先拆除橡胶减振器，将混凝土索座凿除，将多余锚管割除，气割时注意对索的保护，确保不损伤拉索，利用长短不同的电钻，风钻及钢杆将锚杆内清理干净，然后在底锚杆和索管之间进行防护、在接点处采取注塑防护，严防雨水入侵。换索前必须完成此项工作。4)混凝土索座的清理。
3 .斜拉桥换索施工工作内容
3.1 换索工序设计的主要内容
1)安装桥塔的下横梁临时支座，并且支座与主梁底保持10mm的空隙；2) 换索的程序：由双塔同时反对称进行，由内索开始逐索更换直至外索，最后更换垂直吊索；3)同一索号的斜拉索每次于塔柱两侧对称各更换一束，更换完成以后，与另一塔柱两侧再对称各更换一索，交替进行，直至该索号全部束均更换完毕后，再进行下一索号的更换；4)在更换斜拉索时，每索均按设计给定的索力进行张拉锚定，待同一索号斜拉索全部束均更换完毕后，全部的束再同时张拉进行索力调整，使其达到给定的索力；没有特殊情况、该索不再进行二次张拉调索；5)同一索号的斜拉索全部更换完毕后，除进行索力影响面的测试外，还应该进行临近点桥面的高程测量，根据测试数据，决定是否调整索力。
3.2换索施工过程
1)换索卸索工具：锚杆、卷扬机、气割、千斤顶、反力架、倒链、三角架、钻具。2)在更换斜拉索时，每索均按原实测索力进行张拉锚定。换索顺序从损坏的一根索开始更换，更换后索力应和另一边索力相等，由短索开始逐索更换至最长索，同一长度索从中索向边索，从左边到右边逐根更换，最后更换最短索。3)更换支座。更换完最短索后，同时张拉主塔两边中1索，边1索共4根，使桥塔的横梁支座与梁底保持5mm的空隙，然后取出更换 。4) 全部的索更换完，并拆除桥台垫石后，重新测定全桥索力和桥面标高，根据实测值再张拉进行索力调整，使其整体线形、索力皆满足设计要求。5)同一索号的斜拉索全部更换完毕后，除进行索力影响面的测试外，还应该进行邻近点桥面高程测量，根据测试数据，决定是否调整索力。6)为防止钢索再次被碰坏，在拉索外面增加4m长护索钢管，型号为4127×7。
3.3换索的工序步骤
1)更换每根斜拉索前，先测出需更换索的索力和桥面标高，及此索前后3排索力和桥面标高，再进行拆除安装；2) 安装索塔悬挂脚手支架及张拉千斤顶，并检查千斤顶与油压表、传感器同步工作的可靠性；3)安装主梁索锚固处桥下悬挂移动挂篮；4)检查新索，确定新索无缺陷后等待起吊，重点检查锚杯与锚圈螺纹连接是否顺滑，外防护有无损坏；5)启动张拉原索并逐渐拆除，准确量测起动索力；6)检查索塔及主梁索孔管道有无损坏或修正的 必要；7)固定端穿索并调整好锚圈及螺母位置、张拉端安装引出杆，起吊新索并穿索；8)进行张拉，张拉到指定的索力与千斤顶、油压表及传感器、 索力测力仪数值校合后锚定；9)测定该索的索力是否达到设计值，确定桥面标高是否达到原先设计值；测定此索前后3根索的索力及桥面标高是否满足设计值，如果有一项不满足，则重新调整索力；如果满足则本根索的换索工作结束，移动千斤顶和支架至下一根索，按上述工序重复进行，直至全部索更换完毕。
3.4换索前卸索工艺要点
1)利用反力架、连接器张拉螺杆、接力螺母、拉伸机，按新计算索力为依据，双塔反对称、单塔双向对称同时进行拉索分级松张。卸索以变形为主控制索力变化，每次1cm～5cm同步放松。放松时密切注意两侧松张的索力，变形保持同步，以保证索塔两侧不产生偏载，受力平衡。2)利用千斤顶行程及引出杆螺母逐步放索，待拉索无应力时(一般不高于1MPa)，再用塔柱上卷扬机滑车卡紧拉索，先卸下千斤顶反力架、引出杆，再利用卷扬机将索 徐徐放下。考虑到原索压浆后刚度大，不宜弯折，则宜在桥面上设卷扬机动力牵引，引导放下，同时固定下索端，然后在下锚管出口处用气割逐丝割断旧索，分别卸下运出现场。
3.5 新索安装工艺要点
1)张拉时，按顺序先放锚杯大螺母，再放大垫板，其次是大螺母，反力架，千斤顶，大螺母。油泵开动少许供油，千斤顶张拉缸保持适量的油压后(约1MPa)，调整千斤顶反力架，使之与锚管在同一轴线上。2)张拉采用张拉力与伸长值双控，分级张拉，持荷5min，其目的是为了使双向千斤顶张拉力均衡进行，避免索塔单向受力过大。待同一索号斜拉索双塔反对称、单塔双向对称同时进行张拉达到给定的索力后(设计控制应力)，没有特殊情况， 该索不再张拉。3)南北塔桥面高程测量应在卸索前、卸索后、张拉后分三次进行，测点主要是斜拉索在主梁锚固处和桥的跨中，以密切注意桥面高程变化。施工完成后，对以前完成的索的标高重新复测，为换索的全过程提供验证依据。4)对拉索张拉的量测，以施工中标定配套的油压表控制张力，配以传感器作为自检手段，同时按计算及检测结果为依据调整指令，完善最终的张拉控制作为自检手段。
4. 换索时段的选择
换索的准备工作，如安装支架和千斤顶，清理索孔管道等，一般应在白天进行，即上午8时至下午18时。换索和张拉工作，为尽量避免日照对结构的影响和避开交通量高峰时间，一般应在晚上10时(22点)至次日凌晨6时之间进行。测定索力时应中断交通，并移出施工荷载。
5.换索期间交通量的控制
由于换索施工与加固维修同时作业，大量的人员交叉进行现场作业且将部分机具、设备、脚手支架置于桥上，因此与桥上交通形成较大的相互干扰。为保证桥梁结构、人员、车辆的安全，在施工期间设专门的人员对交通进行管制。换索时段，应限制交通及人员通行；张拉和测定索力时，暂时中断交通。
6. 换索后的测试鉴定
斜拉索更换后，为验证换索后主桥的工作状态，需进行鉴定试验。鉴定试验内容包括索力、桥面高程、主梁控制断面应力、主
桥的动力特征等。
7.换索要求
索张拉力为设计值，保证桥面标高仍为原先实测标高，其余前后3排索力和桥面标高基本不变，完成安装后，再更换下一个斜拉钢索，直至各索全部更换完毕。
8.结语
本文介绍了斜拉桥换索施工的工作内容和工艺措施，实践证明，该桥换索后工作性能良好，达到设计指标，施工方便，对原结构不产生新的损伤， 可作为同类工程的参考。
