非洲地区旧悬索桥全吊索更换施工工艺技术

◎ 徐涛 王志果 廉政 蒋宇辉 中交二公局第二工程有限公司

莫桑比克SAVE河旧悬索桥的吊索布置为国内少见的斜吊索形式，为降低全吊索更换的施工的风险，从工艺流程角度全局性地把控整个更换过程；同时为适应吊索在国内工厂加工半成品后再转国外现场灌注制作成品的模式，本文围绕SAVE河旧悬索桥的全吊索更换施工工艺流程和现场灌锚技术展开了一系列研究。

1.工程概况

SAVE河旧桥位于莫桑比克伊尼扬巴内省与索法拉省交界，是一座长870m（120m+210m×3+120m）的四塔五跨悬索桥，桥面宽度11.6m，布置2 条宽3.6m 的车道和2条宽1.85m的人行道。桥塔为钢筋混凝土门式桥塔，2肢塔柱之间设置有钢筋混凝土横梁及斜撑，使桥塔在横向成为一个框架体系。

主缆的公称直径为190mm，由镀锌平行钢丝组成。原吊索的公称直径为55mm，由镀锌平行钢丝组成，通过索夹与主缆连接，交叉锚固在横梁上。原吊索在主梁上的锚固距离为10m。为提高桥梁的整体刚度及抑制风振，全桥的原吊索为斜向设计，并在主梁内安装有2道纵向刚性索钢束。

在运营41年后，该桥发现了吊索系统疲劳和混凝土梁损坏等问题。且在本次吊索更换前，桥梁已经在限载状态下运营了多年，期间也发生过断索的事件。考虑到吊索本身的缺陷问题、大部分吊索病害较为严重以及吊索受力极不均匀等因素，除两端刚性吊索外全部吊索，本次吊索更换共需更换共328根。

新吊索采用预制平行钢丝束，钢丝束外挤包黑色HDPE 进行防护，护套外径54mm；钢丝采用直径5.0mm镀锌高强钢丝，钢丝标准抗拉强度不小于1860Mpa。钢丝束外挤4.5mm厚黑色HDPE进行防护，每根吊索由61根钢丝组成。最短索约12.5米，最长索约34米，共328根，钢丝总量约63吨[1]。

2.全吊索更换顺序及吊索更换工艺流程

全吊索更换的施工内容主要包括：临时吊索的安装、索夹复位及主缆缠丝防护的修复、原有吊索拆除、新吊索安装、桥面线型与索力的调整等。根据该悬索桥自身的设计结构和吊索更换工艺的特点，从全桥角度确立吊索更换顺序，并对单组（或单根）吊索更换的施工工艺流程进行研究，对确保吊索更换顺利进行具有重要意义。

2.1 全吊索更换先后顺序

吊索更换总体上分为4个以主塔为对称中心的施工单元，且按主塔施工单元次序依次进行更换，在每个主塔施工单元内均遵循两个对称原则，即“大小里程（以主塔为对称轴的前后侧）对称更换”以及“上下游（左右幅）对称更换”。

具体更换顺序如图1。

图1 吊索更换施工顺序图

顺序1：1#塔塔区吊索更换。

顺序2：从1#塔同时向边、中跨对称更换吊索，边跨至更换完成，中跨更换至跨中位置。

顺序3：2#塔塔区吊索更换。

顺序4：从2#塔同时向1#塔、3#塔对称更换至跨中位置。

顺序5：3#塔塔区吊索更换。

顺序6：从3#塔同时向2#塔、4#塔对称更换至跨中位置。

顺序7：4#塔塔区吊索更换。

顺序8：从4#塔同时向边、中跨对称更换吊索，边跨至更换完成，中跨更换至跨中位置。

顺序9：跨中非对称吊索更换。

顺序10：全桥吊索索力测试和桥面线形调整，安装HDPE整体防水罩，完成所有施工任务。

2.2 吊索更换工艺流程

在每个主塔施工单元内，吊索更换基本以同一个索夹连接的2根吊索（上下游对称共计2个索夹及4根吊索）为一组由主塔向跨中的方向依次进行更换施工。过程中，现场根据施工进度需求保持临时吊索的同步安装与转移，主缆操作平台的同步行走以及梁底下车的同步移动。

3.吊索更换施工工艺

3.1 吊索更换施工步骤

如前所述，吊索更换在每个主塔施工单元的主塔位置开始，即先更换一次主塔区的吊索，再以主塔为对称中心，大小里程侧同步循环更换非主塔区的吊索直至跨中结束。

以同一个索夹连接的2 根吊索为一组施工对象，大小里程侧对称施工，也即每次更换2组吊索。每次更换施工结束，均完成8根旧吊索的割除与对应8根新吊索的安装（大小里程侧对称施工，单侧2 对，共计4对）。当混凝土横梁上的2对交叉吊索被更换完成，临时吊索索力伴随落梁结束全部转换至新吊索，且桥面线形及新吊索索力达到预期目标时，该横梁对应的临时吊索方能拆除并移至下一个安装位置。

伴随着吊索更换的进行，临时吊索的安装位置和主缆操作平台（平台一次移动可以覆盖2个前后相邻的主缆索夹）也需由主塔逐步向跨中方向移动。

步骤一：

在主塔区域安装5对临时吊索系统，其中一对临时吊索系统借助H型钢设置在主塔横隔梁与斜撑形成的空隙处，而其他4对临时吊索系统对称设置在主塔两侧的主缆上。

安装临时吊索T1、T2、T3、T4、T5和标记索夹A1、A2、A3和A4的正确位置。

接着分级缓慢张拉临时吊索T1、T2、T3以提梁，使桥面标高达到目标高度（满足线形调节目标和施工操作空间的要求）。为了确保桥面的高程不会突然变化，临时吊索T4和T5也应稍微同步提升至合适的高程以使线形平稳。

步骤二：

先对称拆除旧吊索C1、C2 和C3、C4，再将索夹A1和A2复位至正确位置，最后按流程安装新吊索H1、H2和H3、H4。

步骤三：

临时吊索T1、T2、T3逐步卸载（T4和T5同步卸载缓降），使索力缓慢转移至新吊索H1、H2和H3、H4。

监控测量T2-T1-T3段桥面高程以及新吊索H1、H2和H3、H4的索力是否满足设计要求。当新吊索索力与桥面线型满足设计要求时，拆卸临时吊索T1，并将T1移至T6位置，同时在T7处添加一对新的临时吊索。当不满足要求时，再次张拉临时吊索系统，增减新吊索下锚头位置的垫片对新吊索索力与桥面线形进行调整，直至新吊索索力与线形满足设计要求后拆除临时吊索T1。

接着再次张拉临时吊索T2、T4、T6以及T3、T5、T7，按上述步骤对称完成旧吊索C5、C7和C6、C8的更换与监控确认。更换完成后，临时吊索T2移至T6前一个位置，临时吊索T3移至T7前一个位置，为下一组吊索更换施工做准备[2]。

如此循环重复前述施工过程，直至完成整个主塔施工单元的吊索更换施工。

3.2 旧吊索的拆除、索夹的复位安装与新吊索的安装

在临时吊索系统完全持荷且旧吊索完全释放后，进行旧吊索的拆除和新吊索的安装等工作。

（1）旧吊索的拆除施工。旧吊索拆除前，施工人员需在吊索上锚头以及桥面附近分别安装牵引绳，旧吊索下锚头处原有的垫片可自由移除。施工人员通过切割机将旧吊索沿桥面索导管的位置切断，接着通过旋转索体来释放旧吊索上锚头与主缆索夹的连接，最后通过上锚头附近的牵引绳捆牢旧吊索的上锚头并将旧吊索上半部分缓慢下放至桥面。

旧吊索的下部分则在梁底操作平台上将下锚头连同索体拉出，再通过桥面附近的牵引绳拖拽至桥面，注意旧吊索无法从下方拉出时则采用手压千斤顶辅助顶出下锚头。

旧吊索移除后，需对索导管内的锈蚀和杂物进行清理，以便新吊索的安装。

（2）索夹的防腐处理及复位安装。在旧吊索拆除之后以及新吊索安装之前，需先拆除索夹并进行除锈、涂装防腐及重新安装利用。在重新安装索夹时，施工人员需根据原索夹设计位置进行测量，判断索夹是否存在滑移，对发生滑移的索夹在除锈防腐后还应按监控标记的新位置进行复位安装。此外，索夹螺杆的病害情况应当被重点检查，若存在较明显病害如腐蚀严重或存在裂纹等，需更换为新的螺杆。

索夹复位的顺序：拆除索夹、主缆索夹安装部位防腐处理、复位的测量与放样、索夹复位安装、张拉索夹螺杆。

1）索夹拆卸清理。旧吊索拆除后卸下索夹，旧索夹拆除采用电动扳手与电钻配合将索夹螺杆卸力，索夹螺杆无法拧动时采用砂轮切割机将索夹螺杆切断，再用电钻或风镐将索夹上下两半敲开，取下索夹对主缆索夹位置和旧索夹做防腐处理，并对主缆索夹安装位置与旧索夹接触面做处理，使索夹与主缆间的摩擦系数达到设计要求。

2）索夹安装复位。在夜间温度稳定无风时，根据设计要求对索夹放样，索夹放样采用全站仪放出吊索中心线与主缆天顶线的交点、用钢尺量距法放出索夹天顶线交点至索夹两端的距离，精确地放出各个索夹的安装位置。

索夹由上下两半组成，在索夹长度范围内，将上半索夹移至主缆安装位置使索夹两端和索夹中心线与主缆天顶线和主缆上索夹安装边线重合，将下半索夹调至主缆下的位置，并用临时螺杆将索夹固定，注意保证索夹两侧两半之间的槽缝是相等的。

3）索夹螺杆安装与紧固。施工人员按要求用永久螺栓替换索夹安装的临时螺杆，注意避免移动索夹的位置，用液压式扭矩扳手对拉杆施加轴力，轴力导入过程中注意防止主缆索股钢丝夹进索夹两侧的企口缝内，并应使索夹两半合缝均匀。当索夹螺栓张拉至企口缝咬合一部分，再次检查索夹位置，确认无误后，继续用液压式扭矩扳手导入轴力至预定扭矩，并锁紧螺母，索夹螺栓紧固力根据设计确定，整个紧固张拉过程应分次对称完成[3]。

3.3 新吊索的安装以及安装后调整

新吊索安装前，需先对桥面梁内预埋的索导管进行除锈打磨，安装过程中应避免索导管内壁对新吊索PE护套的磨损。另外还需做好两个准备，一是在待换吊索上端索夹锚固附近用卷扬机在主缆上设置吊点，二是在桥面吊索锚固点的桥边缘用土工布或者导向轮铺垫。

吊索需从放索盘拉出以防止PE受损，在距吊索上端端头3米处安装起吊抱箍，施工人员利用卷扬机将吊索全部从放索盘里提出，使吊索悬吊在空中，接着将吊索缓慢从导向轮上下放至桥底，如果桥底净高低于吊索长度，锚头下放至桥底的施工平台时则需采取手拉葫芦将锚头锚固定在横梁上，确保吊索完全下放到横梁底。

在桥底施工平台上通过人工将吊索上端头沿索导管穿出至桥面，桥面同时用提前连接好的麻绳从桥面辅助拖拉，新吊索上端头穿出桥面后继续拉出索体进入现场灌锚工序，即对半成品新吊索通过灌注上端锚具以完成成品吊索的制作。待上端锚具灌注并顶压完成后，采用卷扬机提高吊索与索夹连接。

4.结语

SAVE河旧桥全吊索更换施工工艺流程为施工全过程给出了纲领性指导，不仅明确了全桥四塔五跨全吊索更换施工的先后顺序、流程工艺以及施工步骤，同时还总结了主缆上索夹的复位安装以及新吊索安装的施工方法。本文工艺技术的研究，为同类型旧悬索桥加固项目尤其是资源相对匮乏的海外项目施工模式提供了一种经济高效且安全可行的借鉴。