某斜腿刚构桥改造为斜拉桥的施工技术

蒲德纯，徐思成

（西安瑞通路桥科技有限责任公司，陕西 西安 710075）

1 工程概况

图1 改造前桥梁现状

CRK172+127分离式立交桥位于衡阳至邵阳高速公路上，桥梁上部结构为13.7+26.7+13.7m现浇钢筋混凝土斜腿刚构。桥面宽度为5m，桥面净宽4m，两侧为混凝土墙式护栏。该桥为人行桥，设计人群荷载为3kN/m2（图1）。CRK172+127分离式立交桥上跨潭（湘潭）邵（邵阳）高速公路，潭邵高速公路原设计宽度为28m。衡阳至邵阳高速公路需要对范家山互通进行改造，增加接入潭邵高速公路的附加车道。受到附加车道的影响，被交叉处潭邵高速路基宽度需要拓宽到36m。拓宽以后，原斜腿刚构的斜腿部分侵占潭邵高速公路的净空范围，考虑到潭邵高速公路车流量较大，如采用新建，对潭邵高速公路的运营影响较大，故考虑在尽量少影响高速公路运营的情况下对该分离立交进行改造。改造后的桥型见图2所示。

图2 改造后的单索斜拉桥

2 桥梁改造方案

方案设计阶段共提出三个方案，即单索+体外预应力方案、交叉索+体外预应力方案、悬索体系方案，其主导思想均为在保持主梁不变的前提下，尽量采用桥面施工操作，尽量少采用桥下施工以避让车流量，尽可能地采用成熟的施工工艺和安全性能较高的材料。经综合比较，采用单索+体外预应力方案。

改造方案通过锚固于新增横梁的斜拉索对结构提供的竖向力平衡斜腿反力，从而达到卸除斜腿的目的；通过体外预应力补足原结构斜腿之间的轴向力和斜拉索产生的顺桥向拉力。新增横梁、体外索及斜拉索布置见图3所示。

图3 单索斜拉桥布置示意图

3 施工用材料

新增横梁混凝土采用C50混凝土，锚碇混凝土采用C30。

精轧螺纹钢筋应符合 《预应力混凝土用螺纹钢筋》的规定。

植筋胶:符合《公路桥梁加固设计规范》中规定的A级胶。

斜拉索:采用OVM250AT-27型斜拉索及与之配套的锚具、防护罩、锚垫板、高强螺栓以及附属构件等定性产品。

预应力钢绞线:采用低松驰钢绞线，公称直径15.2mm，公称截面积140mm2，标准强度1860MPa，弹性模量为1.95×105MPa。钢绞线外包HDPE外护套。

4 施工步骤

第一施工阶段

（1）平整场地，施工塔柱并在柱顶锚固钢箱。

（2）施工A、B锚碇。

第二施工阶段

（1）搭设支架，在原横梁处各设置两部千斤顶，每部千斤顶吨位为150t。

（2）严格按照图纸位置进行植筋，形成新增横梁。埋设波纹管并穿入纵向外预应力钢束N1、N2及安装锚具，待张拉。

（3）张拉新增横梁内精轧螺纹钢筋。

第三施工阶段

（1）边坡开挖，露出原桥斜腿与基础固结部分。

（2）张拉N1钢束并锚固。

（3）顶升千斤顶，每部千斤顶顶升吨位90t。然后缓慢加载，使其斜腿与桥台固结部松动。

（4）松动后，凿开斜腿与桥台固结部位，钢筋暂不割断。

第四施工阶段

（1）穿入斜拉索。安装横梁及锚碇处锚具。

（2）张拉N2钢束，控制应力为0.5倍设计值。

（3）在新增横梁处和锚碇处同步第一次张拉斜拉索。

第五施工阶段

（1）张拉N2钢束剩余部分应力，并将N1、N2钢束封锚。

（2）在新增横梁处和锚碇处同步第二次张拉斜拉索。

（3）观察千斤顶读数，待读数为零时，割断斜腿处钢筋。

第六施工阶段

（1）割除斜腿。

（2）清除施工废弃物。

5 施工方法

5.1 新增横梁的施工

（1）新增横梁布置:新增横梁布置在斜腿与梁的相交处的腹板外侧，一是通过植筋与梁连接固定，二是通过设置横向对拉精轧螺纹钢筋连接固定。新增横梁的作用:一是斜拉索的锚固固定端，二是体外索的锚固固定端。新增横梁必须牢固可靠。

（2）新增横梁施工:首先按设计要求进行植筋，确保植筋的质量。其次钻打精轧螺纹钢筋孔，穿入精轧螺纹钢筋，新增横梁部分精轧螺纹钢筋安装套管，不得漏浆。再绑扎钢筋，植筋与钢筋要焊接牢固，斜拉索预埋管及体外索预埋管安放位置要准确，固定要牢固。然后立模灌注混凝土。养生拆模后，待混凝土达到设计强度，最后张拉精轧螺纹钢筋，张拉完毕后封锚，形成新增横梁。

5.2 搭设顶升支架施工

（1）支架搭设位置:支架搭设位置由梁底部顶升位置决定，梁底部顶升位置设在梁与斜腿相交处的前面，支架顶顶在斜腿前的梁底下，支架底支在高速公路的路面上。为了保证高速公路的正常通行，支架搭设在路面的硬路肩上（图4）。

图4 支架示意图

（2）支架搭设:支架搭设材料采用贝雷架。支架基础利用路面硬路肩，在上铺垫钢板，能满足承载力要求。支架用贝雷梁采取三排三层搭建组合而成，能满足强度、刚度、稳定性的需要。支架搭建完成后需要预压试顶，满足要求后方可使用。

5.3 体外索施工

（1）体外索的布置:体外索布置在梁的腹板外侧，共4束，每侧腹板各2束，N1在上，N2在下。体外索两端锚固于新增横梁上。新增横梁以外部分体外索外露。

（2）体外索的下料与穿索:体外成品索在工厂内加工制作，成品运输到工地，根据现场实际需要切割下料。体外预应力索在预埋管里的长度、钢绞线张拉伸长量及工作长度需要剥除体外预应力索的HDPE护层长度。对于新增横梁段内需要注浆的体外预应力索，要求将剥除的HDPE段的钢绞线表面油脂清除干净，以保证钢绞线与注浆体的粘结力。体外索完成下料后，成品索一次完成穿索，采用人工配合卷扬机穿索。

（3）体外索的张拉:混凝土强度达到100%的设计强度，且龄期不小于7d时才允许进行预应力张拉。预应力采用张拉力与引伸量双控，引伸量误差应在±6%范围，每一截面的断丝率不得大于该截面总钢丝数的1%，且不允许整根钢绞线拉断。先张拉N1钢束并锚固，斜拉索穿索完毕后，再张拉N2钢束，控制应力为0.5倍设计值。斜拉索第一次张拉后，再张拉N2钢束至设计值并锚固。

5.4 斜拉索体系施工

（1）斜拉索的制索与挂索:斜拉索采用环氧喷涂钢绞线（中心丝与边丝各钢丝外表均单独形成环氧树脂涂膜，涂层厚度应在0.12～0.2mm之间）单层无粘接筋，单根钢绞线规格直径为15.24mm。钢绞线标准强度fpk=1860MPa，环氧涂层须经过直径为5D（D为钢绞线直径）180o弯曲试验，试验后环氧涂层钢绞线表面应没有裂纹或松脱现象。斜拉索的制作按设计在施工现场制作。挂索采用人工配合卷扬机的方法进行。

（2）斜拉索张拉控制:控制每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于理论值的3%；横桥向相同编号斜拉索之间差值不大于整索索力理论值的1%。斜拉索整索索力误差不大于理论索力2%。

斜拉索采用两次张拉，每次张拉均为设计索力的50%，每次张拉力见表1。

表1 各次张拉力

为了合理控制塔柱顶位移和塔柱的内力，要求斜拉索1、斜拉索2、斜拉索3和斜拉索4必须同步张拉。

6 施工注意事项

（1）支架应有足够的刚度，严禁在千斤顶顶升过程中发生变形。支架的搭设应尽量位于现高速公路的硬路肩部分，尽量不占用行车道。支架拆卸应坚持多点、对称、缓慢、均匀的原则。

（2）新增横梁施工时，注意斜拉索预埋管、体外索锚具预埋位置的准确。

（3）体外索的张拉、斜拉索的张拉严格按设计要求的顺序进行。

（4）体外索、斜拉索张拉受力后，在体系转换时，只有千斤顶读数为零后，才能拆除千斤顶及顶升支架。

（5）拆除斜腿施工不能使用大型机械设备，人工配合风镐分块凿除，先凿除混凝土，后剪断钢筋。

（6）在钢束张拉施工完毕后，在钢锚箱内加注黄油，对锚箱内部进行密封保护（加注前对锚箱过焊孔进行封堵）。在钢锚箱内加注黄油进行密封保护完毕后，用Q235B钢板对锚箱顶部进行封闭，采用周边连续角焊缝焊接。

7 结语

在桥梁改造施工中，既保证了潭邵高速公路的正常通行，又保证了人行天桥过往行人的通行，改造完毕后，又保证了衡邵高速公路匝道施工的需要。从施工监控数据和荷载试验数据来看，改造后的桥梁效果良好。同时做到了投资少，成本低。

[1]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社，1995.

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[3]周建庭，张劲泉，刘思孟.大中型桥梁加固新技术[M].北京:人民交通出版社，2010.

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