中承式及下承式拱桥吊杆的快速更换施工方法与流程

本发明涉及拱桥吊杆的更换方法，具体是指一种中承式及下承式拱桥吊杆的快速更换施工方法。

背景技术：

由于吊杆拱桥造型优美，跨越能力大，一般建于城市道路，成为城市的一道亮丽风景线，提升了城市形象，然而城市道路车流密集，行车道又有限，吊杆更换一般需要全桥封闭或者封闭部分车道，对市民生活影响较大。一般主管部门为减少对交通的影响，对工期要求严格。

早期的中承式及下承式拱桥，在设计施工时将吊杆锚固在拱肋或横梁，该锚固形式是基于当时技术的局限性及对后期养护、更换的欠长远性作出的选择，可以杜绝拱肋及横梁部分外露吊杆钢丝的锈蚀，同时使吊杆与拱肋及横梁部分形成统一的刚性体，提高了其整体性，增加了吊杆与拱肋及横梁的锚固力，然而造成后期吊杆更换时影响因素多，技术要求高，施工工艺复杂，更换难度大，导致更换效率低下，根据现阶段吊杆更换技术特点，如果要加快吊杆更换进度，有且只有加大投入临时吊杆、作业人员及机械的方式，这不仅仅是一种浪费，而且多根吊杆同时更换会导致结构受力更为复杂，增加吊杆更换的危险性。

拱桥吊杆更换主要工艺为安装操作平台，测量监控准备、安装临时兜吊系统、张拉临时兜吊系统，切断旧吊杆、拆除原旧吊杆、安装和张拉新吊杆、拆除临时兜吊系统，吊杆索力调整等工序，在不增加临时吊杆和作业人员机械投入的情况下，决定吊杆更换速度的关键节点工序为费时最长的旧吊杆上下锚固段的拆除，数据统计分析，吊杆取上锚头及取下锚头工时分别占吊杆更换总工时的33.7％、24.5％，工时之和占吊杆更换总工时的58.2％，吊杆在拱肋和横梁上下锚固段预埋钢管内钢丝与水泥浆固结成整体，预埋钢管与钢丝间的间距小，采用其他方式清除水泥浆费时且效率非常低下，而高压水射流对物料的破碎作用主要为水射流对颗粒的冲击及水楔作用、颗粒相互之间及颗粒与管壁之间的摩擦剪切作用等。因为钢管与钢丝是匀质的固体材料，在设定额定水压力情况下，高压水射流不对预埋钢管内钢丝造成冲击，只对预埋钢管与钢丝之间的水泥浆进行清除，因此高压水射流不会损害到钢丝及钢管等其他钢结构。使用高压水射流破除钢筋混凝土技术，可以采用计算机操控设备，破除过程均在程序控制下进行，施工更为安全可靠。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种中承式及下承式拱桥吊杆的快速更换施工方法，该施工方法能够在较少投入临时吊杆、作业人员及机械的条件下，达到快速更换旧吊杆的目的，特别是在适用于早期将吊杆锚固在拱肋或横梁的中承式及下承式拱桥吊杆更换施工，该施工方法效率更高。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：一种中承式及下承式拱桥吊杆的快速更换施工方法，其特征在于：该施工方法包括如下步骤：

步骤一：安装操作平台，准备测量监控；

步骤二：安装临时兜吊系统；

步骤三：张拉临时兜吊系统，切断旧吊杆；

步骤四：拆除旧吊杆；

步骤五：安装和张拉新吊杆，实现吊杆的更换；

步骤六：拆除临时兜吊系统，新吊杆索力调整。

本发明中，所述步骤一，安装操作平台，准备测量监控，具体处理过程如下：

(1)安装的操作平台有两个，一个是在拱肋上用架管搭设的操作平台，用于吊杆的张拉用，也可以作为新吊杆安装用，另一个是在吊杆下端用施工挂蓝作为操作平台，用于供施工人员安装下锚头及张拉设备；

(2)建立导线点控制网，利用现有的高精度的全站仪测量恒载状态下各吊杆上下锚垫板之间的空间坐标以及桥面标高，作为施工中高程控制的基准。

本发明中，所述步骤二，安装临时兜吊系统，具体处理过程如下：

(1)将临时长吊杆运至拱肋上，临时长吊杆从张拉平台的四个挑梁端上锚固点预留孔穿下，每个预留孔穿一根临时长吊杆，按照实际长度接长；

(2)在桥面安装临时兜吊系统，临时兜吊系统包括转换梁、纵梁、横梁、下托梁和拱上转换梁以及千斤顶，纵梁、横梁、下托梁和拱上转换梁均为拱桥的原有结构，转换梁水平设置在纵梁上，在转换梁处共安装四台千斤顶对临时长吊杆进行张拉，然后将下托梁放到梁底，用临时短吊杆葫芦临时固定下托梁；

(3)将临时短吊杆穿过转换梁和下托梁的预留孔，采用临时短吊杆将下托梁与拱桥的纵梁和横梁相连接。

本发明中，所述步骤三，张拉临时兜吊系统，切断旧吊杆，具体处理过程如下：

(1)采用高压水射流清除位于拱肋和横梁上下锚固段之间的预埋钢管内的水泥浆，使得预埋钢管与管内的钢丝分离；

(2)通过监控对吊杆索力的测量，得出每根吊杆的恒载内力值，采用现有的逐级加载和释放内力的方法，将原有吊杆的索力逐步转移到临时长吊杆上；

(3)体系转换过程中对临时吊杆力进行分级张拉控制：分级张拉控制分别为0→20％→40％→60％→80％→100％，同时按同等索力割断旧吊杆钢丝，在桥面高1.5m处，分两次割断，并在每一级的张拉过程中控制桥面标高变化值在±5mm范围内。

本发明中，所述步骤四，拆除旧吊杆，具体处理过程如下：

旧吊杆切断后，拱桥的上锚头、下锚头采用拉拔方式直接将旧锚头取出，将拉拔装置安装在桥面下，以液压张拉千斤顶提供驱动力，以高强螺杆为千斤顶张拉件，高强螺杆与拱桥旧吊杆锚头之间通过连接器固定连接，采用液压张拉千斤顶整束拉拔拱桥旧吊杆的钢丝或钢绞线锚头，对旧吊杆拉拔后进行拆除，最后进行清孔。

本发明中，所述步骤五，安装和张拉新吊杆，具体处理过程如下：

(1)原吊杆预埋钢管清理完毕，处理锚垫板修补后，安装新吊杆；

(2)安装吊杆张拉设备，吊杆张拉设备采用现有设备，包括吊杆张拉连接头、张拉撑脚、千斤顶、张拉杆和张拉螺母，并调整对中；

(3)根据设计的张拉索力值、标高控制对新吊杆进行张拉，张拉分级进行加载，分级解除临时吊杆索力；

(4)新吊杆张拉到设计吨位，标高调整合适后，旋紧螺母和锁紧螺母，卸除吊杆张拉设备。

本发明中，所述步骤六，拆除临时兜吊系统，新吊杆索力调整，具体处理过程如下：

在全桥新吊杆更换完成后，拆除临时兜吊系统，测量全桥新吊杆索力和桥面控制点标高，通过计算分析来确定新吊杆索力和桥面标高是否达到设计要求，如果存在偏差，则进一步调整新吊杆索力，使其达到设计要求，待全桥调索完后再测一次索力和标高，作为施工纪录予以保存。

本发明的施工方法解决了现有吊杆更换技术中为了加快施工效率只能加大投入临时吊杆、作业人员及机械的方式，避免了多根吊杆同时更换导致结构受力更为复杂而增加的危险性，杜绝了质量安全隐患。

本发明的施工方法施工速度快、施工风险低、可操作性强。

与现有技术相比，本发明具有如下的显著效果：

(1)本发明利用高压水射流具有的独特性，快速清除吊杆预埋钢管内计算深度的水泥浆，比传统清除预埋钢管管内水泥浆快10倍以上，是普通方案效率的5倍。

(2)本发明在吊杆力转移至兜吊系统后，上下锚头采用液压千斤顶拉拔的方式将旧锚头取出。

(3)本发明对桥梁结构原有的受力状态改变较小，施工简单，施工作业面小，更换期间对桥梁的交通影响较小，合理安排下可以做到不中断交通，施工速度快，效率高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明操作平台示意图；

图2是本发明临时兜吊系统示意图；

图3是本发明吊杆切割示意图；

图4是本发明拆除原吊杆示意图；

图5是本发明安装新吊杆示意图。

附图标记说明

1、旧吊杆2、拱肋

3、操作平台4、临时长吊杆

5、临时短吊杆6、转换梁

7、下托梁8、拱上转换梁

9、千斤顶10、纵梁

11、横梁12、高压水射流

13、预埋钢管14、水泥浆

15、钢丝16旧吊杆钢丝

17、上锚头18、下锚头

19、拉拔装置20、新吊杆。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明一种中承式及下承式拱桥吊杆的快速更换施工方法，包括如下步骤：

步骤一：安装操作平台，准备测量监控，具体处理过程如下：

(1)安装的操作平台3有两个，一个是在拱肋2上用架管搭设的操作平台，主要是用于吊杆的张拉用，也可以作为新吊杆20安装用。另一个是在吊杆下端用施工挂蓝作为操作平台，用于供施工人员安装下锚头18及张拉设备；

(2)建立导线点控制网，利用现有的高精度的全站仪测量恒载状态下各吊杆上下锚垫板之间的空间坐标以及桥面标高，作为施工中高程控制的基准。

步骤二，安装临时兜吊系统，具体处理过程如下：

(1)将临时长吊杆4运至拱肋2上，临时长吊杆4从张拉平台的四个挑梁端上锚固点预留孔穿下，每个预留孔穿一根临时长吊杆4，按照实际长度接长；

(2)在桥面安装临时兜吊系统，临时兜吊系统包括转换梁6、纵梁10、横梁11、下托梁7和拱上转换梁8以及千斤顶9，纵梁10、横梁11、下托梁7和拱上转换梁8均为拱桥的原有结构，转换梁6水平设置在纵梁10上，在转换梁6处共安装四台千斤顶9对临时长吊杆4进行张拉，然后将下托梁7放到梁底，用精轧螺纹钢制成的临时短吊杆葫芦临时固定下托梁7；

(3)将临时短吊杆5穿过转换梁6和下托梁7的预留孔，采用临时短吊杆5将下托梁7与拱桥的纵梁10和横梁11相连接。

步骤三，张拉临时兜吊系统，切断旧吊杆1；具体处理过程如下：

(1)采用高压水射流12清除位于拱肋2和横梁上下锚固段之间的预埋钢管13内的水泥浆，高压水射流喷枪采用现有设备，绕吊杆左右旋紧，利用高压水射流的冲击力将预埋钢管13内的水泥浆14破碎并冲出，使得预埋钢管13与管内的钢丝15分离；

(2)通过监控对吊杆索力的测量，得出每根吊杆的恒载内力值，采用现有的逐级加载和释放内力的方法，将原有吊杆的索力逐步转移到临时长吊杆4上；

(3)体系转换过程中对临时吊杆力进行分级张拉控制：分级张拉控制分别为0→20％→40％→60％→80％→100％，同时按同等索力割断旧吊杆钢丝16，在桥面高约1.5m处，分两次割断，并在每一级的张拉过程中控制桥面标高变化值在±5mm范围内。

步骤四，拆除旧吊杆1，具体处理过程如下：

旧吊杆切断后，拱桥的上锚头17、下锚头18采用拉拔方式直接将旧锚头取出，将拉拔装置19安装在桥面下，拉拔装置19采用现有设备，包含高强螺杆和连接器，以液压张拉千斤顶9提供驱动力，以高强螺杆为千斤顶张拉件，高强螺杆与拱桥旧吊杆锚头之间通过连接器固定连接，采用液压张拉千斤顶整束拉拔拱桥旧吊杆的钢丝或钢绞线锚头，对旧吊杆1拉拔后进行拆除，最后进行清孔。

步骤五，安装和张拉新吊杆20，实现吊杆的更换，具体处理过程如下：

(1)原吊杆预埋钢管13清理完毕，处理锚垫板修补后，安装新吊杆20；

(2)安装吊杆张拉设备，吊杆张拉设备采用现有设备，包括吊杆张拉连接头、张拉撑脚、千斤顶、张拉杆和张拉螺母，并调整对中；

(3)根据设计的张拉索力值、标高控制对新吊杆20进行张拉，张拉分级进行加载，分级解除临时吊杆索力；

(4)新吊杆20张拉到设计吨位，标高调整合适后，旋紧螺母和锁紧螺母，卸除吊杆张拉设备。

步骤六，拆除临时兜吊系统，新吊杆索力调整，具体处理过程如下：

在全桥新吊杆20更换完成后，拆除临时兜吊系统，测量全桥新吊杆索力和桥面控制点标高，通过计算分析来确定新吊杆索力和桥面标高是否达到设计要求，如果存在偏差，则需要进一步调整新吊杆索力，使其达到设计要求。

具体的吊杆索力调整方式与吊杆张拉的方法类似。待全桥调索完后再测一次索力和标高，作为施工纪录予以保存。

本发明的中承式及下承式拱桥吊杆快速更换施工方法解决了现有吊杆更换技术中为了加快施工效率只能加大投入临时吊杆、作业人员及机械的方式，避免了多根吊杆同时更换导致结构受力更为复杂而增加的危险性，杜绝了质量安全隐患。

本发明的施工方法施工速度快、施工风险低、可操作性强。

应用实例

工程实例1

高明大桥旧桥修建于1989年，桥址位于省道广高线s113上，东西向跨越西江，属于西江干流上的一座特大桥梁，是高明区对外交通运输的交通要道，该桥全长1092.1m，双向4车道，其跨径组合为(78.5+4×82.6)上承式钢筋混凝土肋拱桥+(2×110)中承式钢管混凝土吊杆拱桥+(5×79+68.2)m上承式钢筋混凝土肋拱桥，桥面总宽为13.35m，钢筋混凝土桥面。高明大桥处西江航道为内河ⅰ级航道，通行3000t海轮，通航净高22m，设计最高通航水位8.01m(珠基)。全桥吊杆数量为36根，旧吊杆规格为5-109钢丝，钢丝强度为1600mpa，破断力为349.2t。根据2011年常规检测报告，第6孔下游侧的5#吊杆索力与上一次检测相比变化了6.23t，变化幅度为11％。同时鉴于多数吊杆基本达到了使用年限，故更换全部吊杆。2016年2月，试验2根采用此工法，在整个吊杆更换过程中，桥梁结构受力状态控制在容许范围内，整个桥梁结构未受到新损伤，效率是普通工法的5倍。

工程实例2

佛山市佛陈大桥于1994建成通车，桥长883.84m，主跨115.80m。桥跨组合为：(15×16)m预应力空心板+(3×28.3)m钢筋混凝土连续梁+112.8m下承式钢管混凝土系杆拱+(3×28.3)m钢筋混凝土连续梁+(18×16)m预应力空心板，共40跨。主桥两肋上共设42根吊杆，间距5m。吊杆均采用sns/s-85×7mm镀锌钢丝挤包双护层纽纹型成品拉索，其上端采用lzm85ij-7型冷铸镦头锚锚于拱肋上管内锚板上，下端则采用自行设计的镦头锚锚于横梁内。2017年4月，试验6根采用此工法，在整个吊杆更换过程中，桥梁结构受力状态控制在容许范围内，整个桥梁结构未受到新损伤，效率是普通工法的5倍。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。