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【工程案例】广东九江大桥斜索桥拉索更换施工方法浅析

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斜拉桥的拉索更换是因为拉索钢丝的锈蚀或断裂,必然导致拉索受力的重新调整,引起整个结构的不安全甚至破坏。因此,对锈蚀拉索进行拉索更换是斜拉桥的常见工程。广东省南海镇九江大桥是325国道上的一座特大型独塔斜拉桥,主跨为2×160m独塔斜拉桥。拉索采用平行钢丝外加黑色低密度聚乙烯PE保护层结构形式。中资路桥换索前的检测发现,大部分拉索的PE防护层出现开裂和剥落,钢丝锈蚀严重,直接影响大桥的结构安全。


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1 ,拉索换索前的施工准备

1.1施工现场准备

(1)搭设脚手架

旧拉索的拆除,新拉索的安装、张拉施工均需要操作平台。为便于人员上下和运送材料,在每个塔柱四周布设钢管脚手架,支架材料采用Φ48㎜×3.5㎜的脚手架钢管,全部支撑在承台基础上,在支架内设置“之”字型爬梯。为保证钢管脚手架的稳定,每隔5 m设一道夹持塔柱的水平横联。

(2)清理工作

此项工作主要针对上锚杯、下锚箱、上下锚管的清理。首先,打开原上锚杯钢护筒,清除黄油、旧钢丝及锈迹。然后,对下锚箱外封钢板气割清除,利用空压机配以风镐凿除下锚箱内的残存混凝土。最后,在上下锚箱清理工作完成后,即着手对上、下锚管的清理。先拆除橡胶减振器,凿除混凝土索座,割除多余锚管,利用电钻、风钻及钢钎将锚管内清理干净,然后在底锚管和索管之间进行防护,在接点处采取注塑防护,严防雨水侵入。如果不进行清理工作,拉索上锚具卸不下来。因此,此项工作需换索前完成。

(3)核对拉索参数

当塔和梁上的支架完成以后,打开拉索锚箱,对拉索锚端的外露尺寸进行测量,以便计算、复核拉索制作长度。

1.2施工机械准备

拉索更换工作需要的主要施工机械有卸索、挂索的连接器,张拉螺杆引出杆、张拉千斤顶及油泵、卷扬机、油表、反力架,垫板等。监测设备主要有索力仪和精密水准仪。

1.3施工监控准备

在换索工程中需要进行全方位监控,主要针对索力和标高的监控。在卸索和张拉新索的施工程序中,运用索力仪和精密水准仪等仪器对所换索及相邻各索进行索力监测、对对应位置处的桥面标高位移进行监测,此外,还可以进行梁底或塔根部的混凝土应力监测。


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2,拉索换索施工工艺

2.1卸除旧索

2.1.1过程

在桥面安装收(放)索辊道并设置索盘,并清除梁上锚头钢护筒内混凝土,同时在索塔根部安装卷扬机,塔顶安装定滑轮组,在梁上待换索位安装悬臂挂篮。用卷扬机将千斤顶吊至塔上,在塔上张拉端锚头上装好张拉设备,对拉索进行松张。松张需进行两次松张对照,当两次油表读数差别不大时可进行卸索。卸索应分级进行,卸索至大螺母与锚头连接剩下4—5个螺纹时,卸下张拉设备,安装软牵引装置,继续进行放松至索力小于5t。待拉索放松后,用卷扬机牵引滑轮组吊索,缓慢收紧至软索牵引装置完全松弛后,拆除软牵引装置,用卷扬机将索徐徐放下,放在辊轴上。进入梁身段锚固端的挂篮,拆除固定端螺母,用卷扬机牵引将拉索下锚头抽出。最后将端头固定在空盘上收盘,运出现场。

2.1.2注意事项

(1)卸索时,应特别注意记录锚具大螺母松开时对应的千斤顶油表读数,并进行两次放张,以便对照,差别不大时方可进行卸索;

(2)卸索过程中,应全过程跟踪观测梁顶面标高变化,并与理论计算值进行对比,如有异常,应立刻停止斜拉索卸索工作,待找出原因后方可进行;

(3)卸索时,塔身两岸应对称进行,尽量保证主塔两侧受力平衡而不产生偏载。


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2.2拉索新索安装

2.2.1过程

将新索吊至锚固段附近,放置长度与索长相近,用卷扬机将拉索展开,平放在滚轮上。固定梁身段锚头,确定拉索吊点安装夹具,将下锚杯放入下锚头钢护筒中,将下锚头固定螺母安装至指定位置。在距索端1.5m处安装夹具,将拉索与卷扬机连接缓慢提升拉索,至锚头钢护筒附近。安装软牵引装置,直至能与新索相连接。安装齿板和连接器,调整千斤顶与撑脚,将工具动锚卡紧。将转换套与软牵引连接器对正,然后将连接器旋进转换套,开始软牵引张拉。钢绞线慢慢收紧,拉紧后拆除滑轮组吊钩。千斤顶行程20cm后,锁定工具定锚,油泵回油,工具动锚回到原位。然后重复此程序,直至拉索锚头进入钢护筒并行进至另一端露出3个螺纹,将固定螺母旋紧。卸除软牵引装置,安装张拉设备。检查无误后开始张拉;两侧千斤顶同步逐级加载至旧索卸载吨位;测频法复核索力及梁、塔测量,调整索力至符合要求;拧上拉索螺母。

2.2.2注意事项

(1)挂新索前用精密水准仪对桥面高程进行测量,测出拉索挂索前的桥面高程。

(2)新拉索展开时,用滚筒作为铺垫,目的是保护拉索防护层不被划伤或破坏。

(3)张拉新索应缓慢、分级进行;当索力达到设计索力时,持荷10min,此时需检查更换的新索索力是否达到原有索力,桥面高程是否恢复到换索前的高程。当确认索力和高程恢复到原有的索力和高程时,即可进行下一根拉索的更换


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2.3换索顺序

拉索逐根更换,并采取双向对称进行方式,即每次于塔柱两侧对称各更换一束,更换完成以后,于另一塔柱两侧再对称各更换一束,交替进行。同一索号更换完成后再进行下一索号更换。在更换斜拉索时,每束均按设计给定的索力进行张拉锚定,待同一索号斜拉索全部束均更换完毕后,全部的束再同时张拉进行索力调整,使其达到给定的索力。


3,换索后的索力调整

拉索更换工程中主要监控指标是索力和桥面标高,若对索力的大小及分布控制出现偏差,将会引起斜拉桥主梁内力分布变化,有可能最终使结构偏离原设计的理想状态,因此,换索后需进行必要的索力调整。调索的计算方法主要有影响矩阵法、逼近法、数学规划法等,应结合具体工程进行选择方案反复调整。

调索的原则是应兼顾主梁混凝土应力、主梁线形以及塔位的变化。具体来讲,调索应使主梁的局部下挠有所缓解,尽可能接近竣工线形;同时应使主梁上、下缘混凝土应力适度增减,避免产生过大的拉应力,以保证主梁的安全。  

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