中承式提篮拱桥体系转换加固技术研究

李刚，韩东

（武汉二航路桥特种工程有限责任公司，武汉430071）

1 引言

目前，桥梁加固技术主要有2 种方式：（1）直接加固薄弱区（如碳纤维加固、体外预应力加固等）从而达到提高局部构件承载力的目的；（2）改变原有结构受力体系，目前仅在小跨度桥梁中采用简支变连续梁的加固方法。由于大跨桥梁结构病害复杂，目前，大跨结构改变结构体系的施工案例中，仅有宁夏风陵渡大桥、山东东明黄河大桥是由连续刚构桥改为矮塔斜拉桥，但未见有吊杆拱桥改变体系的加固方法，中承式吊杆拱桥体系转换更是未见任何文献记载。随着国内大型施工设备发展和大型桥梁结构施工经验积累、桥梁大规模维养期的临近，有必要加快研究采用改变结构体系这一方式进行吊杆拱桥的加固，以延长桥梁的使用寿命，继续发挥作用[1]。

本文的研究依托成渝高速公路内江提篮拱桥改造工程，对该改造项目进行研究，有利于探索吊杆拱桥的体系加固方法，为吊杆拱桥体系转换提供案例及依据，同时，为其他类型桥梁体系转换加固提供指导。

2 工程概况

成渝高速公路新龙坳立交桥主桥为净跨117.80m 的中承式混凝土提篮拱桥，桥梁全长178.40m，跨径组合为2伊10m+102m+4伊10m。主桥吊杆布置为每一吊点（桥道横梁）设2 根夹角的45毅交叉吊杆体系。

该桥在多次专项检测中发现钢拉杆和吊杆之间存在较大的偏心，在活荷载作用下，钢拉杆产生反复的弯折变形，此类钢拉杆弯折受力体系在日常养护中难以检测，通过更换吊杆等维修加固方式难以彻底解决桥梁长期疲劳荷载作用下的安全隐患。为彻底解决桥梁吊杆及拱圈病害，保证桥梁安全运营及耐久性，决定将该桥由提篮拱桥结构转换成连续梁桥结构。

体系转换加固总体思路：拆除新增钢纵梁处人行道板、部分纵梁，在跨中及1/4 跨的中横梁下增设桩柱式桥墩，桥墩上增设2 道钢纵梁，原横梁搁置在钢纵梁的下弦杆上。将102m的主跨桥面系结构分为21.3m+2伊25.5m+21.3m 的4 跨连续梁结构（见图1）。原吊杆不进行转换，钢纵梁通过桥下顶升与原横梁密贴。重建拆除的人行道板、纵梁。

图1 提篮拱桥体系转换立面图

3 体系转换施工技术

3.1 下部结构施工

新增桩基采用人工挖孔成桩，主要包括6#～10#墩共5 排桩基，其中，9#～10#桩基为涉铁施工。桩基完成后进行承台、墩柱及盖梁施工。

3.2 钢纵梁加工厂预制

新增2 道钢纵梁采用钢板拼接而成的刚架单元。下弦杆采用箱型截面，高35cm，宽100cm，上下翼缘壁厚22mm，腹板厚22mm，内设22mm 厚纵向和横向加劲肋。上弦杆采用箱型截面，高55cm，宽100cm，上下翼缘壁厚22mm，腹板厚22mm，内设22mm 厚纵向和横向加劲肋。斜杆及竖杆采用截面形式为由钢板焊接而成的工字型截面，截面外轮廓尺寸为860mm伊350mm，壁厚22mm。弦杆与斜杆通过节点板采用焊接。钢桁架由A 节段、B 节段上、B 节段下、C 节段上、C 节段下、D 节段上和D 节段下7 种节段构成，节段与节段之间采用二氧化碳气体保护焊连接，钢材选取Q345qDNH 型钢[2]。

3.3 钢纵梁上方检修道桥面板及护栏拆除

为了不影响钢纵梁吊装就位，新增桥墩施工完毕，钢纵梁预制完成后，可拆除护栏及钢纵梁上方2 片检修道空心板。护栏及空心板拆除用绳锯整体切割，再采用汽车吊起吊运至场外。

3.4 钢纵梁吊装与安装

钢纵梁各节段中，C 节段下为最大节段，长度为8.5m，起吊重量约为18t，吊装采用2 台5t 卷扬机在桥面上进行，在主拱圈上各节段对应位置设置吊环，吊环采用26mm 的钢丝绳（破断拉力不小于352kN）固定在主拱圈上，并种植高强锚栓防止钢丝绳滑动。吊装采用22mm 的钢丝绳（破断拉力不小于252kN），滑轮组采用6 股绳的动滑轮，吊装钢丝绳受力约为：F=1/2伊1/6伊18伊10=15kN，安全系数跃8。

预先拆除钢纵梁上方检修道桥面板形成施工空间，通过滑轮组实现钢纵梁节段的垂直起吊，先吊装6#墩侧A 节段，再吊装B 节段、C 节段、D 节段，依次完成6#～9#墩非涉铁部分钢纵梁的全部节段吊装。

钢纵梁各节段吊装到指定位置后，移动活动支架，将钢纵梁下放到支架上，并对钢纵梁整体线形进行调整，保证钢纵梁拼接平顺，然后采用二氧化碳气体保护焊将钢纵梁连成整体。

3.5 同步顶升体系转换

钢纵梁焊接形成整体后进行体系转换，利用同步顶升系统整体顶升。全桥控制顶升力为桥面系及钢纵梁恒载之和的30%，顶升完成后，横梁位移理论计算值分别为：6#、10#墩横梁上移3mm，7#、9#墩墩横梁上移9mm，跨中8#墩横梁上移11mm。

全桥控制顶升力为1510t，在6#、10#墩盖梁上各布设1 台千斤顶，7#～9#墩盖梁上各布设3 台千斤顶，千斤顶型号为100t。顶起钢纵梁时，采用并联单动式千斤顶，每个顶升点由同1 台电动油泵供给动力，通过电脑控制每台千斤顶的顶升位移，完成同步顶升。顶升分为桥梁及钢纵梁恒载之和的10%、15%、20%、25%、30%五级同步顶升，每级顶升完成由施工监控单位测量各项数据，随时整理分析，如有异常，及时处理。

3.6 安装支座及落梁

钢纵梁顶升到设计位置后，使用临时钢垫块支撑钢纵梁，安装新支座，然后在支座及盖梁之间填充高强灌浆料，保证无间隙落梁。支座安装位置确保无误后，使支座上表面与钢纵梁底充分接触。高强灌浆料填充完成并达到设计强度要求后，即放下钢纵梁，钢纵梁放置施工步骤与顶升施工步骤相反。落梁过程要保持整体平稳，由计算机控制同步下降液压系统完成，直到梁体落实为止。

4 体系转换结果

通过第三方监控单位对内江提篮拱桥体系转换前后施工监控表明：（1）桥面高程变化控制在设计容许的范围内，与理论计算基本一致，结构变形监控表现良好。（2）由本桥拱脚及桥墩处应力监测结果可知，各控制截面受力状态均和理论计算值接近，误差均在可控范围内，可验证理论计算和实际结构受力一致，桥梁结构安全。各测点应变随测量日期的变化情况整体平稳，无太大差值。（3）体系转换前后采用频率法测试索力，从吊杆测试结果可知，上下游对称吊杆及跨中两侧对称吊杆自振频率基本相同，偏差均在可控范围10%之内，吊杆受力对称性良好。（4）体系转换后钢纵梁承载反力总和为1580t，与体系转换设b吧v计计算理论值较为接近，满足体系转换要求。

本次提篮拱桥改造效果达到了预期目标。将提篮拱桥结构转换成连续梁桥的结构形式，在全国范围内尚属首例，系统化总结出中承式提篮拱桥体系转换关键技术，可以极大地提高施工效益，对相关领域的设计施工问题具有很好的借鉴指导价值。