中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工技術分析與研究

【摘要】近年來，隨著城鄉經濟的高速發展，交通荷載持續增加，給各處中承式鋼管混凝土拱橋帶來了荷載壓力，檢測中發現這些橋梁存在病害問題，需及時更換吊桿。基于此，本文以拱橋吊桿更換作為研究對象，結合工程概況與檢驗結果，提出吊桿更換的設計思路，并對該中承式鋼管混凝土拱橋展開吊桿更換施工與安裝。

【關鍵詞】中承式;鋼管混凝土拱橋;吊桿更換;施工技術

現如今鋼管混凝土拱橋在我國廣泛應用，中承式與下承式拱橋作為主要的橋型，吊桿是其傳力構件，能夠為拱橋橋面恒載與活載提供支撐，讓拱肋起到作用。隨著城鄉交通量的增加，很多鋼管混凝土拱橋都是早期建設的，這些拱橋的吊桿出現了磨損和腐蝕的問題，不利于拱橋的使用耐久性，也對拱橋的承載能力帶來安全隱患。如何正確更換吊桿，保證拱橋結構安全，是本文的重點研究內容。

1、工程概況

以某處橋梁為例，該橋梁的上端為一孔凈跨46m的中承式鋼管混凝土肋拱，其凈矢跨比為三分之一。該處拱橋的拱肋屬于明顯的二次拋物線， 800×14mm鋼管內部灌有C30的混凝土，在鋼管與混凝土的綜合作用下組成了拱橋的拱肋斷面。橋面以下使用了 600×8mm鋼管下橫撐與斜撐，拱橋上使用了?700×10mm鋼管的上橫撐，使拱橋兩肋成為了一個整體。鋼管混凝土拱橋橋面由現澆鋼筋混凝土橫梁、縱梁與橋面板組成，吊桿部分屬于109絲?5的高強度鋼絲構成，外部帶有PE材料防護。該拱橋的原有設計中，橋臺就是重力橋臺，荷載為汽-20級、掛-100、人群荷載為每平方米3.5kN。鋼管混凝土拱橋的橋面寬為-12+2×0.25防護欄+2×0.8拱肋+2×1.75人行道+2×0.2欄桿=18m，該橋是典型的中承式鋼管混凝土拱橋[1]。

2、橋梁檢驗結果分析

近年來，社會經濟的發展使人們的生活水平顯著提高，在馬路上行駛的車輛越來越多，使該中承式鋼管混凝土拱橋承受的交通荷載也在激增，橋梁開始呈現出不同形式的病害現狀。為了加強對該鋼管混凝土拱橋的受力分析，研究人員對該橋梁的外部情況與內部靜動載進行了檢測，并得出了檢測結果。得知該拱橋的鋼管拱肋處出現了明顯的銹蝕問題，且拱橋吊桿處已經發生了漏油與滲水現象，橋梁的衡量與縱梁存在不同程度的裂縫，少部分錨頭和錨板已經嚴重銹蝕。在該拱橋的靜載測試中，得到的實際測量值已經明顯超過了理論值，但是橋梁的動力特性依然在合理范圍內，說明該拱橋可以繼續使用，但必須以修繕為前提。經過研究與探討，人們決定首先對鋼管混凝土拱橋的吊桿部分進行更換[2]。

3、中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換設計

3.1選擇新吊桿

該中承式鋼管混凝土拱橋當前使用的吊桿是109絲?5的高強度平行鋼絲束，墩頭錨吊桿，是我國國內大多數拱橋使用的吊桿類型。分析該吊桿的優缺點，具體如下：（1）平行鋼絲與墩頭錨。優點在于錨具加工十分簡單，且錨具尺寸小，回縮量小;缺點是鋼絲下料與墩頭質量無法得到保證，且防腐能力不理想。（2）平行鋼絲與冷鑄墩頭錨。優點在于其錨固性能較高;缺點為錨頭尺寸過大。（3）鋼絞線與夾片錨。優點在于防腐性能良好，有著較強的抗震性;缺點為錨頭尺寸過大，動荷載下夾片容易發生松動現象。

經過分析與研究，拱橋新吊桿建議使用平行鋼絲+冷鑄墩頭錨，或者是鋼絞線整束擠壓錨。但是冷鑄墩頭錨的頭部尺寸過大，無法順利通過鋼管混凝土拱橋的拱肋處，不能在橫梁預埋鋼管內準確通過。對此，經過一致研究，人們決定在本次吊桿更換施工中應用成品形式的鋼絞線整束擠壓式吊桿。這種吊桿的索體為鋼絞線索體，鋼絞線的選擇有很多，例如光面鋼絞線、環氧噴涂鋼絞線或者鍍鋅鋼絞線等。圖1為該中承式鋼管混凝土拱橋新吊桿的構造示意圖[3]。

3.2新吊桿受力分析

為鋼管混凝土拱橋選擇新吊桿的同時，還要對其受力加以分析，以此保證新吊桿的荷載能力滿足當前交通環境下對拱橋的需求。研究人員使用了“橋梁博士3.2.0”軟件程序，對該拱橋進行平面模型的建立，并計算橋梁的吊桿力。在模型中，不僅包含拱肋與吊桿，還包含了橋梁衡量自重模擬和欄桿重量模擬。研究人員應用杠桿法對拱橋活載橫向分布系數進行計算，并在計算機“Midas2010”應用軟件的輔助下完成數據的校對與核算，得出了該大橋結構Midas空間計算模型和喬博士平面計算模型。最終，人們確定選用GJ15-15型號的整束擠壓式吊桿，鋼絞線橫截面積具體為20.85平方厘米。過去拱橋的舊吊桿鋼絲束橫截面積為21.4平方里面，兩個數值相似，相互更換后能夠滿足鋼管混凝土拱橋對吊桿力與應力的需求。

3.3新吊桿的技術要求

本次鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工中，鋼絞線的應用符合GB/T5224-2003的行業標準，為 s15.2的高強低松弛鋼絞線，抗拉強度可以達到1860MPa。對于單根鋼絞線，經過測驗，可以滿足200萬次的應力荷載，其應力幅度最大為837MPa，最小為477MPa，在該區間內鋼絲不會發生斷裂現象。成品GJ15-15吊桿能夠滿足相關技術指標，鋼絞線的成品吊桿錨具也能夠滿足行業技術指標要求，但疲勞試驗應力的幅度應擴大到200MPa，最大限度上保證吊桿更換后拱橋的安全通行。

在可靠的動力荷載下，錨固施工工藝應有效防止其發生滑動，錨具和索體的接頭處應做好防腐處理工作，建議施工人員對吊桿與錨固系統進行嚴謹的疲勞試驗，以此了解吊桿和錨固系統的抗疲勞能力。建議在鋼絞線吊桿處這年HDPE防護層，并按照《建筑纜索用高密度聚乙烯塑料》的具體要求進行防護層安裝。

4、中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工技術分析

4.1吊桿更換流程

該中承式鋼管混凝土拱橋的吊桿更換中，研究人員決定使用橋梁拱頂提升平臺張拉千斤頂的方案，使橋梁橫梁順利提升。該吊桿更換施工中包含了舊吊桿的拆除和新吊桿的安裝，也包含張拉調索和相關部位的防護處理工作。分析該鋼管混凝土拱橋處的單根吊桿更換施工流程，具體如下：（1）施工準備工作。（2）測量并收集鋼管混凝土拱橋的橋面標高和相關參數。（3）安裝施工平臺、橫梁兜吊系統、移動支架、人行道板，提高索體位置，并在該處鉆孔施工。（4）抬升橫梁，按照測量標高的數據將舊吊桿割斷。（5）及時清理錨頭與套管，為新吊桿的安裝施工奠定基礎。（6）安裝新吊桿，并調整新吊桿的吊桿力，根據測量標高參數放松兜吊系統。（7）安裝防水罩，做好防水處理工作[4]。

4.2拆除舊吊桿的施工技術

施工人員對鋼管混凝土拱橋進行舊吊桿拆除的時候，應嚴格最終對稱原則，從橋梁每個拱跨的兩端處，向跨中間部分逐對拆除。施工人員在拆除一對舊吊桿之后，就應安裝一對新吊桿。拆除過程中建議做好橋面標高的實時監測，監測中如果發生較大程度的參數變動，建議立即停止拆除和安裝，查清原因之后經過有效的方案處理，再繼續拆除舊吊桿。分析鋼管混凝土拱橋的舊吊桿拆除施工技術，具體操作如下：

（1）在橋梁拱肋上安裝橫梁提升系統。該系統安裝后，建議施工人員嚴格按照設計的噸位展開張拉試驗，輔助索張拉千斤頂，能夠為吊桿的更換提供施工空間，建議將施工空間安排在鋼管混凝土拱橋的拱頂位置或橋面位置。施工人員需要通過核算與校驗后，以工程施工安全為前提，利用施工機具調整橫梁提升系統。與此同時，還應注意錨固的焊接是否會對拱肋處的鋼管產生不良影響。

（2）啟動橫梁提升系統，提升橫梁，并同時提升上下游。這一過程中建議施工人員根據實際測量的舊吊桿拉力值，按照吊點處高程變化參數，使張拉拉力的變化和相鄰的吊點之間高差處于5mm左右。施工過程中還需要具體考慮機具的荷載情況，根據測量結果從而確定衡量的提升與荷載等級。

（3）以鋼管混凝土拱橋的橋面標高和相鄰吊點的高差作為控制條件，多次加載，分批隔斷鋼絲，將吊桿力轉移到兜吊系統，并實時監測橋面標高參數。

（4）吊桿力轉移后，完全割斷舊的吊桿，鑿除封錨上的混凝土，將錨頭和吊桿鋼絲拆除，清理管中混凝土，對原錨墊板除銹施工，這一過程中不能損傷拱肋與橫梁結構。取出錨具和鋼絲時，如果需要使用空心鉆孔的方式，建議與設計人員相互溝通，合理確定鉆孔的實際大小和最終鉆取的范圍。

4.3安裝新吊桿的施工技術

建議使用鋼尺測量吊桿的上錨固點與下錨固點之間的距離，按照具體錨具的要求區分拱肋內斜高，計算吊桿下料長度。要求施工人員根據吊桿的實際下料長度，安裝錨杯，新吊桿運輸到鋼管混凝土拱橋橋面后應攤平放置，同時注意對PE防護套與錨頭螺紋處的有效保護。將新的吊桿以自下向上的方向穿到預埋鋼管中，然后將吊桿繼續上提，直到吊桿方便使用卷揚機將下部吊桿穿入預埋管為止。吊桿穿孔之后，安裝上端錨具，固定后再安裝下端錨具的螺母。

施工人員安裝新吊桿時還需要張拉調索，這時應按照安裝順序進行張拉桿和千斤頂的安裝，張拉吊桿到30MPa時卸壓，將兜吊系統放松，使其處于不受力狀態。這一過程中，建議施工人員保證吊桿的上游與下游可以達到同步狀態，張拉時合理控制吊桿力與鋼管混凝土拱橋的橋面標高。按照計算的標高進行吊桿張拉調整，將鋼管混凝土拱橋的衡量調整為設計標高即可。吊桿更換完成之后，要求施工人員對該鋼管混凝土拱橋跨吊桿進行索力和標高調整，以標高的有效控制為主，保證最終鋼管混凝土拱橋能夠同拱跨同，對吊桿編號處理，并保證上游索力和下游索力可以達到一致。在防護處理過程中，建議先安裝鋼管混凝土拱橋橋面防水罩和錨頭防護罩，隨后對錨頭保護罩、吊桿錨杯與預埋管進行聚氨酯的填充，使聚氨酯材料在其中起到防腐抗氧化的作用。

4.4其他注意事項

探究中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工技術，除了上文提到的吊桿拆除與安裝技術，還包含其他注意事項。具體如下：（1）建議施工單位使用吊桿兩端設置球絞錨頭的設計方案，從而減少對吊桿系統的不規則擺動約束，增加吊桿系統固有頻率。吊桿的上部減震體和下部減震體應使用彈性材料，在保證鋼管混凝土拱橋吊桿結構強度的同時，防止吊桿發生整體變形。

（2）向上延伸鋼管混凝土拱橋橫梁內的預埋鋼管，延伸到人行道以上20cm處，并安裝防水罩，起到防水防潮的效果。應用HDPE保護套，將其作為吊桿系統的首要防護層，其質量將直接影響到原材料、吊桿成型以及吊桿施工工藝。對此，建議施工單位選擇高性能的HDPE優質防護套，擠塑加工中加強對該工序的合理控制，運輸與施工中做好對防護套的保護，避免防護套受到損壞。

（3）施工中，設計單位和施工單位應對拱橋的跨徑、矢跨比、拱軸系數、主拱肋、拱座尺寸、橫撐形式、拱腳腹桿形式、弦管尺寸等進行大量的優化工作，實現了安全美觀、經濟適用的綜合兼顧。

總結：

總而言之，隨著社會經濟的發展與科學技術的進步，城鄉交通量逐年增大，原有的中承式鋼管混凝土拱橋已經出現了不同程度的病害問題。面對交通荷載的不斷增加，人們需要加強對中承式鋼管混凝土拱橋的維修與養護，通過更換吊桿，保證吊桿系統穩定，做好吊桿拆除與安裝施工工作，實時對相關參數加以監測和控制，保障施工質量，提高施工效率。

參考文獻：

[1]秦志，莫世英，李錦彌.中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工控制分析[J].西部交通科技，2018（08）：115-119.

[2]王貴兵. 中承式拱橋吊桿更換技術研究[D].南華大學，2015.

[3]閻仁才，孫福強，王秀麗.中承式鋼管混凝土拱橋吊桿臨時兜吊法更換施工技術分析[J].珠江水運，2014（10）：58-59.

[4]李世忠，易著煒.中承式鋼管混凝土拱橋吊桿更換施工技術[J].施工技術，2018（S1）：214-216.

作者簡介：

葉智威，1988年12月出生，男，江西撫州人，碩士研究生，工程師，橋梁與隧道工程方向。