重庆渝合高速公路某桥斜拉索更换技术

晏国泰　洪德红　黄　镇　程建明

(武汉二航路桥特种工程有限公司　武汉　430076)

重庆渝合高速公路某桥斜拉索更换技术

晏国泰洪德红黄镇程建明

(武汉二航路桥特种工程有限公司武汉430076)

摘要结合重庆渝合高公路速某桥斜拉索工程实例，阐述了斜拉桥换索施工技术。介绍了施工前准备工作、换索施工设备的选择、旧索拆除、张拉控制等关键工序，对施工中拆除旧螺母方法进行了重点介绍。针对危害桥梁结构、道路交通和通航安全的突发性事件，在施工方案选择时，应该考虑缩短工期进度、减少投资、减少社会影响等因素。

关键词斜拉索更换旧索拆除拆除旧螺母

重庆渝合高速公路某桥全长1 276.4 m，共计32跨，桥跨布置为3×30 m+2×180 m+27×30 m。主桥桥面全宽27.5 m，引桥桥面全宽24.5 m。桥梁上部结构主桥部分为2×180 m预应力混凝土单塔双索面斜拉桥结构。斜拉索采用双索面扇形布置，重庆、合川两侧上下游各设28对，全桥共112根，索距6 m，斜拉索采用Φ7高强低松弛镀锌钢丝束，标准强度1 670 MPa。

2013年9月，一辆拖挂车着火，造成该桥合川岸下游侧7号斜拉索燃烧，燃烧持续近20 min，7号拉索附近的6号、8号斜拉索受高温炙烤、防护层变形，7号斜拉索PE保护层烧焦，平行钢丝外露，对桥上的运营及桥下的通航造成重大安全隐患，事后进行外观和索力测试，得出结论：合川岸下游侧N5～N9 斜拉索的病害对桥梁承载能力和结构安全产生不利影响，存在较大的安全隐患。根据检查结果和专家评审意见采取措施为：更换合川岸下游侧N5～N9斜拉索；为确保大桥的运营安全，在换索完成前，应对大桥进行限载、限行、限速工作。

1　换索顺序和总体工艺

根据索损坏严重程度进行更换(按照N7-N8-N6-N5-N9顺序更换)，每索均按照控制索力进行张拉锚固。换索总体工艺如下[1-2]。

(1) 检查拉索索力和桥面高程，并准备好换索工具。

(2) 安装千斤顶，测试受损索的启动索力，并逐渐拆除受损索。

(3) 检查索塔及主梁索孔管道有无损坏，如有损害且有修复必要，则要进行修复。

(4) 检查新索，同时固定端穿索并调整好锚圈及螺母位置、张拉端安装张拉杆，起吊新索并穿索。

(5) 斜拉索张拉，张拉采取双控，即对索力大小和桥梁变形进行控制。满足后锚固。

(6) 重复上述工序，直至5根索更换完毕。

(7) 拉索全部更换完，重新测量全桥索力和桥面高程。如有异常，则对本次更换的5根斜拉索索力进行调整。

2　施工方案

2.1施工准备

(1) 桥面交通管制。根据现场实际情况，并结合设计、斜拉索更换施工的特点和业主不能阻断交通的要求的需要，根据工程施工进展和施工节点时间情况， 施工期采取白天08：00～18:00进城(重庆)方向封闭，出城方向单道双通。夜间仅占用进城方向应急车道施工。全天双向禁止三轴及以上的货车通行[3]。

(2) 桥面行车防护通道的搭设。为保证行车及行人的安全，根据业主要求，单幅通行时需搭设行车通道，预设通道长20 m、宽6 m、高5.5 m，主要采用脚手管搭设。通道面层下层满铺竹跳板，上层满铺防尘网，为减小风力，通道侧面采用钢丝网密封。

(3) 塔内施工平台的搭设。塔内采用型钢焊接施工平台，并留设人洞方便设备转运。

(4) 塔外施工平台的制安。在对斜拉索进行更换过程中，因更换的斜拉索仅为5根，为了确保施工安全及方便施工，防止碎渣高空坠落，塔外施工平台采用建筑吊篮。

(5) 梁端的施工平台。梁端施工平台采用现有的检修小车作为梁端施工平台。

(6) 塔顶挑梁制作与安装。塔顶挑梁为斜拉索主提升设备，用于将旧索塔端锚头下放至桥面，将新索塔端锚头提升至塔端索套管口处进行挂设。塔顶挑梁为采用双拼槽钢[20a(拼接成口字型)，最大悬臂长度为1.0 m，偏离索导管中心线为50 cm。设计最大起吊重量为15 kN；同时考虑5 kN的横桥向拉力，3 kN的纵桥向拉力。

采用MIDAS Civil设计计算得出最不利荷载组合下最大应力为128.9 MPa<235 MPa(发生在悬臂梁与支撑梁接口处)，最大位移为1.08 mm<2.5 mm(发生在悬臂梁前端)，满足要求。其结构计算结果见图1与图2。

图1　塔顶挑梁最不利荷载组合应力图

图2　塔顶挑梁最不利荷载组合位移图

2.2换索施工设备的选择

2.2.1施工设备的选型及布置

(1) 汽车吊选择。汽车吊为桥面主要吊装设备，负责索盘的吊装，梁端拉索角度调整，配合展索。本次施工最重拉索3.24 t，选用16 t汽车吊。

(2) 卷扬机及滑车的选型与布置。根据卷扬机均布置于索塔根部桥面处，通过滑车导向根据用途不同分为下面几种类型：①塔顶牵引卷扬机，用以牵引塔端锚头及塔端张拉杆进入索套管临时锚固;②塔顶挑梁卷扬机，用于塔顶挑梁滑车组提升装置，用以提升斜拉索; ③桥面牵引卷扬机，用于牵引斜拉索及放索机横、纵向移动完成斜拉索桥面展开及梁端挂设[4]。

2.2.2展索设备的选择

斜拉索放索的目的：①安装的需要；②舒展索体、散去扭力，使索在安装时处于无应力自然状态，有利于斜拉索安装工程安全顺利进行。斜拉索展索设施主要包括放索机、放索小车及索夹。

2.2.3斜拉索张拉牵引设备的选择

(1) 张拉丝杆。张拉丝杆加工材质采用42CrMo，长度为30 cm与1.8 m 2种规格，直径180 mm。

(2) 变径螺母。变径螺母加工材质采用42CrMo。变径螺母的内、外径根据斜拉索锚杯内径与张拉杆型号进行确定。

(3) 张拉反力架。张拉反力架主要根据使用千斤顶的外形尺寸、斜拉索的张拉控制力等因素综合考虑。

(4) 张拉千斤顶及配套油泵。张拉千斤顶根据斜拉索的张拉控制力进行选择，尽量使每根斜拉索的张拉控制力在所用千斤顶允许能力的50%～85%范围内。本工程选用4 000 kN穿心千斤顶。

2.3斜拉索牵引距离与牵引力的关系计算

根据该桥N5～N9号斜拉索旧索锚头形式以及张拉、牵引力不同，由悬链线公式计算所得的牵引力与放松距离的关系，计算N5～N9号梁端放出一段距离斜拉索后，剩余牵引力按100 kN考虑。斜拉索拆除时采取先用张拉杆放1.5 m的硬牵(具体牵引距离与牵引力的关系见表1)，再用卷扬机穿滑车组将索放松至自然下垂状态[5]。

表1　牵引力与牵引距离关系表

2.4旧索拆除

(1) 确定斜拉索的张拉端位置：本桥斜拉索张拉端位于主塔上。

(2) 利用反力架、连接器张拉锚杆、接力螺母、拉伸机，以新计算索力为依据进行拉索分级松张。卸索以变形为主控制索力变化，每次l～5 cm 放松。

(3) 利用千斤顶行程及引出杆螺母逐步放索，将张拉杆接长后通过千斤顶松出，直至锚头松出一定的长度，以索力小于100 kN为塔端放索结束依据。

(4) 安装桥面卷扬机，启动卷扬机收紧斜拉索，至梁端锚头螺母松动，拆除梁端锚固螺母，汽车吊配合将梁端锚头拆除，使斜拉索处于松弛状态。

(5) 拆除塔端千斤顶、撑脚，塔端拉索安装索夹通过塔顶门架将塔端锚头下放至桥面；旧索卸下后必须即时运出现场。

2.5新索安装

新索安装与旧索拆除的程序相反，先安装塔端锚头，后安装梁端锚头，拟定在梁端锚固后塔端张拉。

2.6斜拉索的张拉

斜拉索张拉统一在塔端进行，张拉程序为：初应力(20%σk)→40%σk→60%σk→80%σk→100%σk(持荷5 min)。张拉采用张拉力与伸长值双控，张拉力与伸长值以P-S曲线标定数值为依据[6]。

3　施工中拆除旧螺母方法

大桥经过多年的运营，斜拉索锚头长期外露在空间，出现不同程度的锈蚀，斜拉索更换过程中出现少量锚头螺母无法正常拆除的情况，针对这种情况采取如下措施予以解决。

(1) 斜拉索放张前用柴油对外露的锚头螺纹进行清洗，清除螺纹上油污灰尘以及锈渣等杂物。

(2) 提前在螺母与螺纹连接面处涂抹除锈剂，使除锈剂彻底浸透，使锈蚀螺母在拆除前有所松动。

(3) 外露螺纹清洗干净后，认真检查螺纹情况，对出现损伤以及变形的螺纹用锉刀或者螺纹打磨机打光磨平，确保外露螺纹平滑顺直。

(4) 对于拆除有困难的螺母，可在螺母上绕上钢丝绳，外端连接手拉葫芦，利用手拉葫芦对螺母施力用以旋转螺母，在手拉葫芦施力旋转螺母过程中，利用小锤轻轻敲击螺母，用以震动螺母，致使螺母松动。但每次不应松懈螺母过多，以防突发事件发生。

4　结语

(1) 重庆渝合高速公路某桥斜拉索更换施工从施工进场到收尾一共历时1.5个月，斜拉索更换施工仅用5 d，施工过程中未发生任何安全事故。

(2) 这种类型的施工属于突发性事件，将严重危害桥梁结构、道路交通和通航的安全，在施工方案选择时，应该考虑加快工期进度、减少投资、减少对交通的影响等因素。

(3) 旧索拆除施工中拆除旧螺母是关键，由于大桥经过多年的运营，斜拉索锚头出现不同程度的锈蚀，施工中出现少量锚头螺母无法拆除，针对这类情况应分析原因，采取不同的措施予以解决。

参考文献

[1]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2]周孟波.斜拉桥手册[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]晏国泰.重庆渝合高速某桥斜拉索更换施工组织设计[Z].武汉:武汉二航路桥特种工程有限责任公司,2014.

[4]盛海军,李少芳,晏国泰.珠海淇澳大桥换索施工技术[G]. 中国公路学会桥梁和结构工程分会2007年全国桥梁学术会议论文集.北京:人民交通出版社,2007:1001-1009.

[5]晏国泰,李少芳,李旺准.印尼泗马大桥斜拉索安装技术总结[J].路桥技术,2010(2):72-75.

[6]晏国泰,谢金齐,李冰.斜拉桥斜拉索安装牵引方法研究[J].交通科技,2012(4):33-35.

收稿日期：2015-04-27

Cable Replacement Technology of a Bridge of Chongqing Yuhe Expressway

YanGuotai,HongDehong,HuangZhen,ChengJianming

(CCCC Road & Bridge Special Engineering Co., Ltd., Wuhan 430071, China)

Abstract：In this paper, combined with a cable-stayed bridge of Chongqing Yuhe expressway, the cable replacement construction technology of the cable-stayed bridge is introduced, such as the preparation, equipment selection, demolition of old cable, tension control and other key processes, and demolition of the old nut is emphatically introduced. In view of the emergency endangering bridge structure, traffic and navigation safety, consideration should be given to shortening the construction period, reducing investment and the influence factors for the selection of construction scheme.

Key words:cable; replacement; dismantling old cable; the removal of the old nut

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.005