栗西悬索桥加固设计与施工
2018-01-22
1 工程简介
栗西悬索桥是金堆城钼业股份有限公司百花岭选矿厂尾矿输送自流槽跨越栗西沟而建的柔性悬索桥，是尾矿输送系统的咽喉要道，该桥由北京有色冶金设计研究总院设计，1983年10月投入运行。
栗西悬索桥为东西走向，桥面设计标高西高东低，纵向坡度为12%。跨度103.5米，矢高10.35米，矢跨比为1/10。该桥共设南北两道悬索主缆，两主缆中心距为3m。桥面中间铺设肋高120mm、板面厚25mm的钢筋混凝土槽形板，在槽板上设宽820mm。高1120mm、侧壁厚110mm、底板厚120mm的U型钢筋混凝土尾矿自流槽，在自流槽底400mm高范围内铺设35mm厚的铸石板内衬，自流槽两侧布设宽1090mm的检修走道及1.5m高的保护栏杆。
栗西悬索桥的主缆由四根钢丝绳组成，钢丝绳采用规格为（GB1102-74）6×37+1×52-160，每侧4根钢丝绳通过钢塔后与山体岩石锚固，锚索倾角为22°。吊杆采用φ24mm的钢筋加工而成，上端通过螺栓和索夹以铰连接方式固定在主缆上，下端通过螺栓与加劲桁架横梁铰连接，吊杆间距为3000mm，左右两侧各33根，长短不等。加劲桁梁由上、下弦及竖向桁架构成，桁架的一端采用铰接、另一端采用简支与钢塔底部连接。为加强桥在风力作用下的稳定性，桥两侧设置4根型号为GB1102-74-φ18-7×7-140的抗风索。
2 主要病害
根据《金堆城钼业股份有限公司栗西悬索桥可靠性检测鉴定报告》，该桥存在以下主要问题：
（1）南、北侧主缆矢高相差145mm，目前主缆较成桥时的矢高增加了872mm，对桥梁整体受力存在一定影响。
（2）主缆外形成方形，上表面的沥青玻璃丝布有凹槽，造成少量水存留；主缆顶面黄油较少，底面较多；主缆穿过基座箱位置因微小滑移产生玻璃丝布局部轻微脱落，会对主缆使用的耐久性造成影响。
（3）吊杆表面普遍有浮锈及少量点蚀，局部有锈斑；索夹构件表面普遍有锈斑，除去表面浮锈层，构件已有锈坑，存在安全隐患。
（4）钢桁架部分构件存在锈蚀产生表面锈斑和锈坑、杆肢间填塞锈物、构件断裂、构件焊缝拉开、杆件局部弯曲曲折等现象，存在安全隐患。
（5）西锚室内锚碇预埋板表面锈蚀，锚杆根部防护不彻底有锈层。
（6）U形钢筋混凝土自流槽在拼缝、根部等位置出现混凝土保护层酥松、粗骨料外露、表面粗糙等耐久性损伤，外侧槽表面也有较多钢筋露锈现象。
（7）桥面栏杆钢结构油漆剥落处遍布点锈、锈斑、锈坑。
3 设计标准
（1）设计荷载：U形钢筋混凝土自流槽及1.2t/m3矿浆；
（2）活载：考虑150kg/m2检修荷载；
（3）雪荷载0.5KN/m2；
（4）地震烈度：7度；
（5）计算温度：-13℃-27℃，成桥时温度为7℃；
（6）设计风速按最大风速31.7m/s控制：
（7）桥面宽：3m。
4 加固设计要点
根据该桥存在病害及计算分析结果，对该桥采取了下述加固处理措施：
（1）主缆：拆除原防腐体系，然后重新对主缆进行防腐处理。
（2）主梁：针对原桥钢桁架纵梁、横梁、斜撑及杆件断裂、焊缝拉开和杆件局部弯曲曲折的情况；对原构件进行除锈或更换；对于发生断裂、焊缝拉开及局部弯曲曲折较严重的杆件按设计尺寸进行更换或修理。
（3）吊杆：在原吊点附近设置叉形吊点钢板与原结构钢纵梁焊接，部分更换吊杆，采用极限强度为1550MPa的1×19甲类镀锌钢丝绳（绳径为13mm，单根钢丝的丝径为2.6mm），总破断力为126KN，安全系数为6.60。
（4）斜拉索：对该桥增加斜拉索将结构体系转变为斜拉悬吊体系，并将原来的全桥4对斜拉索增加至8对，新的斜拉索采用极限强度为1860MPa的0VM250-3型成品斜拉索，其单根斜拉索的总破断力为781.2KN。
5 施工顺序及施工要点
（1）钢主架加固
钢主梁的加固主要是指对现有锈蚀严重、发生断裂以及局部弯曲曲折较严重的杆件予以更换，同时对焊缝质量较差的焊缝进行重焊或补焊。
1 钢主梁加固原则。对于钢纵梁及吊杆横梁，当其断面损失率超过5%时予以更换；对于钢横撑及斜撑，当其断面损失率超过8%时予以更换：对于发生断裂的杆件予以更换：钢主梁待更换构件更换完成后，应对所有新、老焊缝进行检查，要求必须达到Ⅰ级焊缝要求。
2 更换吊杆，调整桥面标高。安装临时吊带，用其将横梁提高至调整标高（调整标高=设计标高+恒载下吊杆弹性伸长量），使旧吊杆卸载并处于零应力状态。拆除旧吊杆及其连接件、调节拉杆和索夹。安装新索夹及下吊点叉形钢板。安装新吊杆及其相应的连接件。将临时吊带上的荷载卸载至新吊杆上。
（2）安装斜拉索
安装斜拉索包括：原结构表面处理，钢锚箱制作与安装，及张拉斜拉索。张拉斜拉索时应密切注意桥面标高和斜拉索对应位置处吊杆的内力变化，斜拉索以张拉到对应位置吊杆内力开始减小的一刻为准，同时要求桥面标高和张拉前相比其变化值不得超过+5mm；张拉控制，斜拉索张拉时，应按先短束后长束、对称、分级张拉的原则进行；在每级（每束）张拉完成后均应对标高进行测量，以掌握梁体变位情况；在张拉过程中应对钢锚箱及梁体进行实时监控。
（3）主缆、背索及风缆防腐
防护程序：拆除原有防腐材料：蒸汽高压淡水加生化物分解清洁剂清洁钢丝表面，除去污物，用淡水清洁，压缩空气将主缆吹干；涂刷石蜡黄油脂，厚度5mm；缠绕1mm厚高强玻璃丝布2层：表层涂刷沥青。
（4）吊杆、主梁及其它钢构件防腐
防护程序：清除表面的油污、灰尘、焊渣，浮锈等杂物，除锈等级要求达到St3；表面涂抹聚氨脂防水漆、聚氨脂面漆；其它部位防腐参照主梁防腐进行处理。
6 全桥总体施工顺序
（1）主梁加固处理：
（2）桥面板更换、支座更换；
（3）吊杆更换；
（4）主塔的涂装防腐；
（5）缆索体系及主梁的防腐处理。
7 结语
该桥病害严重。采用更换吊杆增加斜拉索的斜拉悬吊体系及全桥重体系防腐加固斜拉索桥，提高悬索桥承载能力，改善使用状态，是一种思路清晰，具有经济和社会效应的加固方法，避免了以往拆除主缆、主梁、锚啶等做法，即缩短工期又优质高效的完成加固任务，满足要求。为同类工程提供参考，斜拉悬吊体系在桥梁改造中应灵活应用，具有很强的推广性。
