人行斜拉桥换索工程施工控制

韩宏光

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司辽宁分公司，辽宁 沈阳 110003]

1 工程概况

本项目实施对象为一座偏东西走向单塔斜拉人行天桥，共由8 跨组成。其中主桥为2 跨单塔斜拉桥，跨径布置为2×47.25 m；桥塔采用门式钢筋混凝土索塔，结构体系采用塔墩固结，塔梁分离，在塔墩处主梁下设置竖向支撑- 半漂浮体系；拉索采用辐射型双面索，以索距为10 m 的中密索布置，塔每侧设4 对索，每根索由2 根标称直径28.5 mm的钢丝绳（19×W19 非转扭式普通右捻（z）钢丝绳，日本KOKOKW 钢铁会社生产）组成。进行换索设计时，新索采用规格为37φ5 的平行钢丝，钢丝强度为1 770 MPa。拉索布置立面图、平面图见图1、图2。

图1 拉索布置立面图(单位：cm)

图2 拉索布置平面图(单位：cm)

2 换索施工控制分析

2.1 斜拉索换索方案

该桥所处位置下方为铁路，日营运火车较多，经与铁路部门沟通，桥下无法采用临时支撑作为防护。为保证本项目换索工程顺利进行，决定采用临时斜拉索方案来代替桥下临时支撑方案。经多方单位共同商议，确定了换索工程的施工方案：

（1）安装临时索并张拉。

（2）拆除旧索。

（3）安装新索并张拉。

（4）拆除临时索。

（5）根据索力和标高的实测数据，经计算后再调整拉索索力。

2.2 斜拉索索力控制

斜拉桥在换索施工过程中，斜拉索会因不同施工阶段而受力不同，每当进行一个施工阶段时，斜拉索的索力都会进行一次重新分配[1-2]。因此，需要对换索施工控制过程中不同施工阶段的索力影响因素进行分析[3-4]。

索力的测量一般有磁通量法、传感器读数法、油压表读数法和频率法。

该桥斜拉索索力测试采用频率法。频率法是利用精密拾振器，拾取斜拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，先根据频谱图来确定斜拉索的自振频率，再根据自振频率与索力的关系来确定索力值。用频率法测定索力，设备可重复使用。利用现有仪器及分析手段，所测定的频率精度可达0.005 Hz。

换索施工过程工况说明见表1。

表1 换索施工过程工况说明

通过对不同施工阶段索力的监测，得到各个工况下索力的实测值与理论值对比图（见图3～图6）。

图3 工况1、2 下原斜拉索的索力实测值与理论值对比图

图6 工况4、5 下新斜拉索的索力实测值与理论值对比图

由图3 可知：换索前索力实测值分布没有一定的规律性，且左右不对称，索力最大的索为3AN 号斜拉索，索力最小的索为4AN 号斜拉索；换索前索力实测值与理论值变化趋势基本一致。由于换索前该桥斜拉索已运营30 a 且已有损伤，主梁标高也有不同程度的下挠，因此斜拉索的索力值分布不一致属正常现象。由图4 可知：张拉临时索后，主梁恒载由临时索与原斜拉索共同承担，临时索分担了一部分原斜拉索的索力，致使其张拉后的索力实测值与理论值变化趋势基本一致；拆除原斜拉索后，临时索的索力实测值与理论值均增大，主梁荷载由临时索完全承担，且索力实测值的总体变化趋势与理论值相同。由图5 可知：安装新斜拉索后，临时索的索力实测值与理论值均减小，主梁荷载由临时索和新斜拉索共同承担，由于安装了新斜拉索并张拉，新斜拉索分担了临时索承受的力，临时索的索力实测值与理论值基本接近，且两者变化趋势基本一致。由图6可知：拆除临时索后，新斜拉索的索力实测值与理论值均增大，主梁荷载由新斜拉索完全承担，新斜拉索的索力实测值与理论值基本接近，且两者变化趋势基本一致，接近最后的理想成桥状态，但还需对索力进行调整，以便使新斜拉索的索力值满足正常要求。

图4 工况2、3 下临时索的索力实测值与理论值对比图

图5 工况3、4 下临时索的索力实测值与理论值对比图

经过调整索力阶段后，实测斜拉索索力值与设计索力值对比图见图7。

由图7 可知，调索后实测斜拉索索力值与设计索力值基本一致，最大误差为1.1%。由此说明，调索后的斜拉索索力已经满足要求，且误差均在2%以内，符合设计标准；也说明本工程采用临时索方案进行换索的成功。

图7 调索后实测索力值与设计索力值对比图

2.3 主梁线形控制

本工程主梁线形采用水准仪法测量。首先通过测量学原理计算出主梁的相对标高，然后在实际换索过程中完成对主梁线形的控制[5-6]。

各工况下主梁标高对比图见图8。

图8 各工况下主梁标高对比图

由图8 可知，主梁标高在各个工况下线形变化较明显。在换索前工况下，主梁原桥已有明显的下挠现象，最大下挠13 cm，因此在换索过程中对于主梁标高的控制仅作为参考，实际以索力控制为主；在张拉临时索的工况下，主梁标高有很大的抬高，原因是此时由临时索和原斜拉索共同承受主梁荷载；在拆除临时索的工况下，主梁标高开始有所减小，原因是拆除临时索后，主梁荷载完全由新斜拉索承担，且在拆除临时索后，主梁标高相对换索前有所抬高，说明在换索结束后主梁标高有所改善。

调索前和调索后主梁南侧标高的实测值对比图见图9。

图9 调索前和调索后主梁南侧标高的实测值对比图

由图9 可知，调索后的主梁标高比调索前略有抬高，变化值最大为5 mm。说明调索后主梁标高得到了进一步的改善，但主梁依然存在小于10 cm 的下挠。原桥运营后已有近14 cm 的下挠，经过调索后，主梁线形得到了改善，主梁标高有所抬高，结构受力状态也达到合理程度，但若是强行将主梁线形通过斜拉索拉回水平无下挠的位置，则对结构的受力状态不利，有可能导致主梁开裂以致损坏。因此目前主梁线形已处于最佳状态，适于行人在桥上行走，安全舒适，同时提高了桥下通行的净空。

2.4 主塔偏位控制

本工程主塔偏位采用全站仪法测量。通过测量学原理，根据2 点坐标值计算出主塔的相对位移即主塔的偏位值，以偏向一机路侧为正，偏向南直路侧为负，在实际换索过程中完成对主塔偏位的控制[7-8]。各工况下主塔偏位实测值见表2。

表2 各工况下主塔偏位实测值 单位：mm

由表2 可知，主塔在各工况下的偏位值均小于2 mm，主塔偏位不大，在换索施工过程中具有一定的安全性。主塔南北侧测点偏移量基本相近，有所不同是因为南北侧的索力分布不一致导致的，因此主塔偏位在施工过程中满足要求。

3 结 语

（1）通过对本桥换索施工控制过程的分析，讨论了换索过程中不同施工参数在不同施工阶段下的特点，得出5 种工况下的斜拉索索力实测值与理论值变化趋势基本一致，主梁线形、主塔偏位变化合理的结论。

（2）通过对本桥换索控制，得到换索后实测索力与理论索力值之间的误差最大为1.1%，均在规范要求的2%范围内；主梁线形得到较大改善，最大抬高4.9 cm，使行人出行更加舒适；主塔偏位最大偏移值为1.3 mm，未超过施工控制时的规范要求，因此换索施工过程均满足设计要求。

（3）本工程斜拉桥规模不大，因现场条件限制，桥下为铁路，故采用临时斜拉索方案进行换索。此方案具有可行性，可为类似工程提供参考。