CN105002836A - 一种原位快速更换拱桥系杆的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位快速更换拱桥系杆的施工方法，在现有营运中拱系杆达到寿命周期对原有拱桥系杆进行快速更换操作,更换时两边对称同时拉临时系杆,通过等效置换两边对称逐步断索。对拱桥系杆进行安全更换并到原有的受力状态，增加桥梁系杆的安全储备，并且能够进行二次更换，延桥梁使用寿命，节约工程造价，总体经济效益和社会效益较好。

Description

一种原位快速更换拱桥系杆的施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁，尤其是一种涉及桥梁系杆清孔和快速更换系杆的方法。

背景技术

系杆拱桥是拱桥古老家族中的年轻一员，诞生于19世纪后期，系杆拱桥是梁、拱组合而成的复合体系，因其造型优美而广泛应用于桥梁工程当中。系杆是系杆拱桥的生命线，拱脚两端巨大的水平力通过系杆来抵消，因此，系杆可靠性对拱桥整体安全性起着决定性作用。随着时间的推移，上世纪90年的修建的系杆拱桥因为系杆的防腐方法十分简陋，系杆的锈蚀较为普遍。长期运营也会造成系杆发生应力松弛，也会因为动荷载的影响出现疲劳现象。限于建桥时的设计计算能力和张拉设备的制约，系杆在施工过程中的应力控制与设计要求相差较大。根据国内系杆拱桥、吊杆拱桥事故统计，同类型系杆与吊杆的统计使用寿命约为20年。新版的《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)明确了桥梁的吊索、系杆为可更换部件，设计使用年限为20年；因此，为保证桥梁的使用安全，对系杆进行更换是十分必要的。

有关资料显示，国内系杆拱桥的系杆加固多采用新增系杆方案，例如成都市青龙场立交桥。新增系杆方案无法解决原有系杆的劣化问题，新更换的系杆偏离原有拱肋轴线，也存在一定的偏心，同时由于拱脚的构造限制，新增加的构造设施也会影响原拱脚的受力，所以新增系杆方案存在较大的局限性，也因为新增系杆突出桥面，严重影响美观。加之部分新增加系杆仍然无法更换，导致安全隐患；在施工方面也难以保证更换系杆过程中整个桥梁结构受力保持平衡给施工操作带来很大难度。

发明内容

鉴于现有更换系杆技术的以上不足，本发明要解决的技术问题是：在原有结构混凝土拆除时不损伤其他结构物；等效置换荷载更换系杆使整个桥梁结构受力保持平衡；清孔时不会对孔道内的构造设施(如波纹管)造成损伤，提高工作效率。

本发明的目的通过如下技术手段来实现

新旧系杆更换的原则是尽量不改变结构现有工作和受力状态，更换施工尽量减少对拱肋和其他结构部位的损伤。措施如下：

一种原位快速更换拱桥系杆的施工方法,在现有营运中拱桥系杆达到寿命周期对原有拱桥系杆进行快速更换操作,包含以下的步骤:

1)高压水射流技术切割原封锚端高标号混凝土；

2)在主拱圈拱背上钻孔植筋浇筑混凝土并对称安装临时系杆；

3)两边对称同时张拉临时系杆,通过等效置换两边对称逐步断索即：在张拉临时系杆(2)的同时，采用切割机同步对一原系杆对称进行断索；其间,随时对临时系杆(2)和被断索的原系杆张力变化进行监控,使得临时系杆(2)即时张拉力与被断索的原系杆即时张拉力之和恒定于一原系杆的设计张拉力,当系杆(2)张拉力达到原系杆的设计张拉力时,该原系杆被割断最后一股钢丝；

4)移除被割断的原系杆直线段系杆，对于埋在拱脚波纹管内的系杆采用不同吨位的千斤顶进行拔出并同时监控结构受力变化情况；

5)对拔出的原系杆拱脚波纹管内进行高压水射流技术清孔；

6)安装新系杆并对称张拉至设计要求荷载值,即,采用与3)相同的方式,在张拉新系杆的同时对临时系杆(2)解张,当新系杆)张拉力达到原系杆的设计张拉力时,临时系杆(2)张拉力为零；

7)对另一原系杆重复进行3)至6)步骤操作；直至所有原系杆被新系杆替换；

8)封锚端高标号混凝压浆后完成更换过程。

采用本发明的方法，解决了现有营运中拱桥系杆达到寿命周期不能更换的实际情况，采用高压水射流技术保护性切割拆除封锚端高强凝土后对称等效置换桥梁荷载保持结构受力平衡再分批次拔出旧系杆，高压水射流技术清孔后进行新系杆的安装并提高了更换效率。能够对拱桥系杆进行安全更换并达到原有的受力状态，增加桥梁系杆的安全储备，并且能够进行二次更换，延长桥梁使用寿命，节约工程造价，总体经济效益和社会效益较好。

附图说明如下：

图1是拱桥系杆的构造示意图

图2是原拱桥系杆纵断面示意图

图3是图1的K部放大图

图4是图3的右向俯视图。

图5是图1的y-y剖视图

图中：1：临时锚头，2：临时系杆，3：吊杆，4：主拱圈，5-8：分别为四根系杆的编号；9：封锚端，10：系杆埋在压浆后的波纹管孔道内的系杆弧线段，11：系杆变截面后与直线段的交点，12-15：分别是对称侧四根系杆的编号，16：埋在人行道板内的系杆直线段，17:市政管线槽，20：早强快速混凝土。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。但是应该强调的是，下面的实施方式只是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。

本实施例是要将全桥48根系杆在确保结构安全的前提下进行全部更换，并使更换后结构荷载达到设计标准值。全桥系杆由48根每根由21束Φ15.24ksi-270级低松弛钢绞线组成，系杆端处埋入主拱圈拱脚波纹管内5.4米，与孔道成弧形均匀布置在96个孔道内，一端固定另一端张拉，原系杆张拉完成后在96个孔道内均灌注了M40号水泥砂浆进行了锚固，封锚端采用0.8米厚C50混凝土进行封闭。对该系杆防护打开检测发现，防护油脂皂化严重，且存在积水，部分钢绞线锈蚀严重，在更换过程中并发现部分钢绞线存在断裂的现象，已严重影响到该桥的正常使用功能，可以说系杆是该类桥梁的“生命线”，如果“生命线”出现问题将会对整个结构使用安全带来不可估量的后果；

更换过程如下：

1)高压水射流技术切割原封锚端高标号混凝土；原锚头的封锚端9采用C50的混凝土进行了封闭，按照传统的方法只能采用人工凿除、电锤、风镐破除或机械破除，此方法的缺点是易损伤建筑结构,有可能重新产生裂缝；表面处理质量不稳定而影响加固质量；工作效率低；在市区施工噪音较大不环保。

2)在主拱圈拱背上钻孔植筋浇筑混凝土构成临时锚头1并对称安装临时系杆2。

3)两边对称同时张拉临时系杆2,通过等效置换两边对称逐步断索即：在张拉临时系杆2的同时，采用切割机同步对一原系杆(以原系杆5为例，不失一般性)对称进行断索；其间,随时对临时系杆2和被断索的原系杆张力变化进行监控,使得临时系杆2即时张拉力与被断索的原系杆5即时张拉力之和恒定于一原系杆的设计张拉力,当系杆2张拉力达到原系杆5的设计张拉力时,该原系杆5被割断最后一股钢丝。

4)移除被割断的原系杆直线段16，对于埋在拱脚波纹管内的系杆采用不同吨位的千斤顶进行拔出并同时监控结构受力变化情况；,在结构受力平衡的前提下进行拔索,整体拔索装置采用钢材进行精加工,垂直于锚板方向精确就位安装,不得出现偏心受力和应力集中的现象,注意整体拔索件与钢绞线轴线要垂直受力,正式拔索前采用5-8mpa的力进行持荷,再次进行受力调整检查无误后进行正式拔出；在此过程中需随时对结构的变化状态进行监控。

5)对拔出的原系杆拱脚波纹管内进行高压水射流技术清孔；传统的清孔在以往施工方法中多采用人工配合钢钎或钻机配合钢钎进行清孔，此施工操作难度大，不能确保施工操作人员的安全，而且容易对孔内的构造设施造成损伤，工期较长，每一孔清理需2周；而本次采用高压水流射拆除设备，利用高压射水流产生的压力带动喷头旋转对穿索孔道中波纹管管壁残留M40砂浆进行清洗、清除，每孔清理只需0.5-3小时，此施工对孔道内的构造设施不会造成任何损伤，达到了安全、快速、彻底清除孔内水泥浆和其他杂质。

6)进行对称梳编穿索安装新系杆并对称张拉至设计要求荷载值,即,采用与3)相同的方式,在张拉新系杆的同时对临时系杆(2)解张卸载,当新系杆)张拉力达到原系杆的设计张拉力时,临时系杆(2)张拉力为零。

7)对另一原系杆重复循环进行3)至6)步施工流程；直至所有原系杆(5、6、7和8)均被新系杆替换；完成系杆更换并达到设计要求的荷载值。

8)封锚端高标号混凝压浆后完成更换过程。

为克服系杆更换过程中索力的变化会对原桥受力状态产生变化，本方法系杆更换采用荷载等效置换、结构受力均衡、与原主体结构的内力和线形保持一致的原则进行更换；即张拉临时系杆时，同步对称进行断索，临时系杆的张拉按照设计的张拉力和伸长量进行控制，断索的关键在于卸除系杆索的张拉力，采用切割机将构成系杆的钢丝束逐步切断，不能整束一次切断，在此过程中需随时对结构的变化状态进行监控。

采用高压水射流技术对结构混凝土能够实现保护性拆除，不会对结构造成任何损伤，在钢筋排列紧密情况下能完成传统施工无法完成的混凝土剥离，清洁,拉毛,去涂层,剥离和钢筋除绣全部一次完成；与传统施工比较可大大提高效率(10倍)；缩短工期；提高施工质量；根据不同的表面处理要求可选择不同压力段,体现经济性；水作为介质,污染小，此创新施工完全符合相关规范要求----真正的无损加固。

Claims (2)

1.一种原位快速更换拱桥系杆的施工方法,在现有营运中拱桥系杆达到寿命周期对原有拱桥系杆进行快速更换操作,其特征在于,包含以下的步骤:

1)高压水射流技术切割原封锚端高标号混凝土；

2)在主拱圈拱背上钻孔植筋浇筑混凝土构成临时锚头1并对称安装临时系杆；

3)两边对称同时张拉临时系杆,通过等效置换两边对称逐步断索即：在张拉临时系杆(2)的同时，采用切割机同步对一原系杆对称进行断索；其间,随时对临时系杆(2)和被断索的原系杆张力变化进行监控,使得临时系杆(2)即时张拉力与被断索的原系杆即时张拉力之和恒定于一原系杆的设计张拉力,当系杆(2)张拉力达到原系杆的设计张拉力时,该原系杆被割断最后一股钢丝；

4)移除被割断的原系杆直线段系杆，对于埋在拱脚波纹管内的系杆采用不同吨位的千斤顶进行拔出并同时监控结构受力变化情况；

5)对拔出的原系杆拱脚波纹管内进行高压水射流技术清孔；

6)安装新系杆并对称张拉至设计要求荷载值,即,采用与3)相同的方式,在张拉新系杆的同时对临时系杆(2)解张,当新系杆)张拉力达到原系杆的设计张拉力时,临时系杆(2)张拉力为零；

7)对另一原系杆重复进行3)至6)步骤操作；直至所有原系杆被新系杆替换；

8)封锚端高标号混凝压浆后完成更换过程。

2.根据权利要求1所述的原位快速更换拱桥系杆的施工方法，其特征在于，在执行步骤1)时，如果桥桥墩和引桥是共用墩，应先对引桥进行同步顶升卸载。