拱桥吊杆更换及系杆加固技术

拱桥吊杆更换及系杆加固技术,武汉二航路桥特种工程有限责任公司王世祥、晏国泰、赵东奎2009年10月,目录,一、总体概况二、工具吊杆的选择三、广东某拱桥吊杆更换四、四川某桥吊杆更换五、系杆加固施工技术六、结束语,一、总体概况,一、总体概况,1、概述据不完全统计，截止2007年底，我国在建和已建的钢管混凝土拱桥达200余座，其中200m跨径以上的已超过30座。在桥梁中吊杆起到上连钢管拱肋、下连横梁，传递主跨内桥面系的荷载（含恒载和活载）到主拱圈；而系杆则相当于中下承式钢管混凝土系杆拱桥的“脊柱骨”，在桥梁中平衡整个桥的水平推力，将整个桥梁有机联合成一个整体。,一、总体概况,2、主要病害及维修方法2.1吊杆的主要病害A、上、下锚头防护混凝土开裂、脱落；B、锚固松动、失效；C、导管内积水、灌浆不密实；D、防护套破坏老化、开裂、破损；E、索轴线偏位，短吊杆受剪；F、吊杆钢绞线或钢丝受力不均匀；G、索体出现疲劳断丝。,一、总体概况,锚头积水钢丝锈蚀吊杆偏心严重,一、总体概况,PE开裂、钢丝锈蚀,一、总体概况,PE开裂,一、总体概况,吊杆偏心系杆钢箱挤压原吊杆,一、总体概况,灌胶不密实、偏心,一、总体概况,墩头锈蚀，钢丝直径减小,一、总体概况,2.2吊杆的维修方法A、对于钢丝锈蚀、锚头锈蚀、钢丝断丝和吊杆护套破坏很严重的建议吊杆更换；B、对于吊杆护套破换不严重的建议仅更换吊杆护套；C、对于索力不均匀的建议调整吊杆索力；D、对于仅导管内积水的建议排干水，重新填充防水材料。,二、工具吊杆的选择,二、工具吊杆的选择,吊杆拱桥横梁之间的联系较弱，拆除一根横梁的吊杆，附近的吊杆无法替代原吊杆来支撑横梁，必须采用临时兜吊系统来替代旧吊杆。,二、工具吊杆的选择,2.1吊杆更换原则吊杆更换的原则上尽量不改变结构的受力状态，保持现有结构的连续性，临时吊杆和新吊杆的索力尽量与旧吊杆保持一致、标高一致。,二、工具吊杆的选择,临时吊杆的确定满足结构受力要求。能准确的控制索力。能适应长短吊杆的位置变化。安装、拆除方便。,二、工具吊杆的选择,方案一：临时吊杆拱顶张拉法在拱顶需更换吊杆两侧缀板中间钻孔，并在孔上方进行找平。通过钢绞线、扁担梁将拱肋和下端横梁相连。将旧吊杆力通过临时吊杆和肩担梁传递到两侧的相临两根吊杆上，再割除旧吊杆，装上新吊杆。,二、工具吊杆的选择,方案二：桥面桁架吊装法在桥面两侧各放一组贝雷梁，利用贝雷梁做肩担梁，在贝雷梁中间设一组四根精轧螺纹钢筋作临时吊杆，穿过桥面，兜吊下横梁，将旧吊杆力通过临时吊杆和肩担梁传递到两侧的相临两根吊杆上，再割除旧吊杆，装上新吊杆。,二、工具吊杆的选择,方案三：桥面钢丝绳扁担梁张拉法将上悬钢丝绳（钢绞线）连接主拱圈及钢吊梁，通过精轧螺纹钢（钢绞线）、扁担梁与下横梁相连接。将旧吊杆力通过临时吊杆和肩担梁传递到两侧的相临两根吊杆上，再割除旧吊杆，装上新吊杆。,二、工具吊杆的选择,方案四：上下扁担梁张拉法在拱圈和横梁上设置上、下吊梁，中间用钢绞线相连。通过上端的千斤顶张拉或放松钢绞线，将旧吊杆力通过临时吊杆和肩担梁传递到两侧的相临两根吊杆上，再割除旧吊杆，装上新吊杆。,三、吊杆更换施工技术,扁担梁张拉法,二、工具吊杆的选择,三、广东某拱桥吊杆更换,三、广东某拱桥吊杆更换,1、原桥概况该拱桥是一座自锚式钢管混凝土中承式系杆飞燕拱桥，其跨径组合为45m+200m+45m，全长290m；桥宽28m；主桥中跨为200m，矢高44.4m；吊杆采用镦头锚锚固的平行钢丝束组成，每根吊杆有144根平行高强钢丝，钢丝标准强度为1600MPa。,三、广东某拱桥吊杆更换,吊杆PE保护套多处出现开裂，全面老化。高强钢丝出现严重锈蚀，锈斑已明显减少了钢丝直径。吊杆下锚头锚杯及螺母处严重锈蚀，部分钢丝墩头半个球头已全部锈蚀脱落，吊杆安全系数降低。,三、广东某拱桥吊杆更换,2、新吊杆的选择2.1、新吊杆的特点本桥新吊杆采用钢绞线整束挤压，整体张拉技术，锚固可靠，结构尺寸紧凑，张拉调索方便，防腐性能。钢绞线两端采用锚碇管将其压制锚固，并制作出外螺纹，用螺锁紧，为弹性好，安全性高的锚索。由于采用比钢丝强度更高的1860MPa钢绞线，在相同设计应力下，拉索的截面可以最小化，并且拉索重量降低，改善了桥梁承重条件。,三、广东某拱桥吊杆更换,3.2临时吊杆的选择项目部通过多次认证，多次比选，选择了方案一（拱顶钻孔）为首选方案进行施工。1、保证桥下横梁钻孔空间。2、方便后期的吊杆更换。3、施工器械重量轻，无需大型吊装设备。,三、广东某拱桥吊杆更换,3.3施工工艺换索施工过程主要分“临时索张拉、旧吊杆拆除”与“新吊杆张拉、临时索拆除”两次体系转换过程。在转换前须在拱圈上钻孔、浇筑找平块，安置临时吊杆的横梁下托梁，钢绞线，锚具，安装张拉设备。,三、广东某拱桥吊杆更换,3.3.1、体系转换前准备（1）扁担梁的制作在更换吊点下横梁附近需要安装扁担梁。扁担梁是更换吊杆过程中的主要受力构件，是将原桥横梁托起，不使横梁和桥面下落的主要构件。所以扁担梁的设计、加工制作极为重要。加工完成后，项目部对扁担梁做了荷载试验。满足3倍安全系数。,三、广东某拱桥吊杆更换,扁担梁,三、广东某拱桥吊杆更换,（2）搭设施工平台施工平台：在拱圈上面搭设井字形支架，四周与拱圈锁紧，拱顶加钢管形成台阶，在原桥锚头处和找平块处搭设操作平台，平台周围及拱圈底面、侧面挂安全网。在梁端设置施工平台。,三、广东某拱桥吊杆更换,施工吊架,三、广东某拱桥吊杆更换,桥下吊架,三、广东某拱桥吊杆更换,（3）拱圈钻孔灌胶因拱圈弦管、缀板脱空严重，为了防止找平块在受压后沉降，找平块内的钢筋和砼发生相对错动，导致找平块开裂，临时吊杆系统失稳的危险，故在张拉前进行灌胶，,三、广东某拱桥吊杆更换,（4）拱圈钻孔及找平块因拱圈弦管、缀板脱空严重，为了防止找平块在受压后沉降，找平块内的钢筋和砼发生相对错动，导致找平块开裂，临时吊杆系统损坏的后果，故在张拉前进行灌胶，,三、广东某拱桥吊杆更换,工具吊杆的张拉端,三、广东某拱桥吊杆更换,3.3.2第一次体系转换（临时吊杆张拉、旧吊杆拆除）第一次体系转换：将旧吊杆的索力转换为临时工具吊杆受力。分级张拉临时吊杆钢绞线，并且同时切割旧吊杆。在每次分级张拉和切割过程中，仔细观测桥面标高变化和索力的变化，避免损坏桥面。,三、广东某拱桥吊杆更换,切割钢丝：索力转换，直接切割卸载旧吊杆的拉力,三、广东某拱桥吊杆更换,取出旧吊杆：1、上端在原旧导管外钻孔，将导管和旧吊杆一同取出。2、下端在横梁导管内钻孔，取出旧吊杆。,三、广东某拱桥吊杆更换,三、广东某拱桥吊杆更换,三、广东某拱桥吊杆更换,工具吊杆的钢绞线,三、广东某拱桥吊杆更换,3.3.3新吊杆安装安装新导管：拱圈上钻孔时在导管歪钻孔，将导管和旧吊杆一同取出。灌注环氧砂浆：新导管与砼之间的间隙灌注环氧砂浆。挂索：,三、广东某拱桥吊杆更换,三、广东某拱桥吊杆更换,三、广东某拱桥吊杆更换,3.3.4第二次体系转换第二次体系转换：将临时工具吊杆的拉力转换到新吊杆上。分级张拉新吊杆，每张拉一级后卸掉临时吊杆相应的索力。在每次分级张拉过程中，仔细观测桥面标高变化和应力的变化，避免损坏桥面。,三、广东某拱桥吊杆更换,3.6索力的置换第一次体系变换：张拉临时钢绞线、切割钢丝第二次体系变换：张拉新吊杆、卸载临时索钢绞线,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,4.1工程概况该拱桥主桥跨径120米，是我国第一座吊杆交叉布置、拱圈内倾的中承式拱桥，因吊杆的安全系数不足，而对全桥吊杆进行更换。,四、四川某拱桥吊杆更换,4.2吊杆更换要求1、不能损坏桥面铺装、2、不能中断交通。,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,选择工具索替代旧吊杆受力后，才能拆除旧吊杆，更换新吊杆。更换过程中，以旧吊杆的索力作为设计拉力来计算工具索和新吊杆的拉力。在体系转换过程中，根据桥面标高的变化调整索力。标高变化不超过10mm。,四、四川某拱桥吊杆更换,4.3两种工具吊杆的比选,上吊梁,拱圈,千斤顶,钢绞线,下吊梁,钢拉杆,下托梁,四、四川某拱桥吊杆更换,因此采用上下吊梁张拉方案：满足结构受力要求。控制索力转换，能够准确控制变形。能适应长短吊杆的位置变化。安装、拆除方便。,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,4.4吊杆更换前期准备：A、裂缝修补：灌胶或封闭B、纵梁加固：黏贴钢板,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,上吊梁、下吊梁、钢绞线、刚性吊杆、下托梁等五部分组成。分上、下吊梁，上吊梁通过拱顶浇筑找平块作为上吊梁的支撑平台。下面通过钢绞线与下吊梁连接。下吊梁通过钢吊杆与下托梁相连，下托梁托起横梁。在拱顶通过张拉钢绞线来达到新旧吊杆的转换。,四、四川某拱桥吊杆更换,C、临时工具吊杆安装上吊梁位置对称定位：为了保证横梁的受力平衡，吊梁的位置必须对称于横梁。找平块顶面垂直于拉力作用线。找平块与拱圈面设剪力槽、抗剪切钢筋。,四、四川某拱桥吊杆更换,钢吊杆及托梁,四、四川某拱桥吊杆更换,上吊梁安装,四、四川某拱桥吊杆更换,下吊梁安装,四、四川某拱桥吊杆更换,下托梁,总装图,上吊梁,下吊梁,下托梁,钢拉杆,短吊杆下部净空太小，无法安装下托梁和刚拉杆，下部采用钢丝绳代替。,钢丝绳代替,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,D、找平块设置：其顶面必须与钢绞线的受力方向垂直。对于拱圈倾斜、吊杆斜置的拱桥，必须准确计算放样找平块的顶面角度。,四、四川某拱桥吊杆更换,种植抗剪钢筋,拱顶制作找平块,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,新吊杆,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,临时工具吊杆张拉四台千斤顶同步张拉,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,取出旧吊杆,四、四川某拱桥吊杆更换,新吊杆安装,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,新吊杆张拉,临时吊杆卸载,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,新吊杆防腐,四、四川某拱桥吊杆更换,四、四川某拱桥吊杆更换,五、系杆加固技术,五、系杆加固技术,5.1系杆的主要病害一般系杆都在系杆钢箱中保护，系杆的病害形式不是很多，相对也不是很严重。系杆的主要病害有：系杆钢箱黄油流失严重；系杆钢箱内有少量积水；系杆钢绞线松动；封锚混凝土破损；钢绞线有锈蚀现场；系杆锚头有损坏。,五、系杆加固技术,钢绞线锈蚀,五、系杆加固技术,应力松弛,五、系杆加固技术,5.2维修方案A、不能更换的系杆，对旧系杆进行维护（排水、灌油、重新浇筑封锚砼等），并且适当增加新系杆；B、对于有预留孔道系杆或者可调可换的系杆，建议适当更换部分系杆钢绞线、并重做防护。,五、系杆加固技术,5.3广东某拱桥系杆加固技术5.3.1旧系杆的维护(1)先凿除原系杆钢箱盖板上的砼，然后打开钢箱盖板，检查钢箱积水和黄油流失情况，对表面生锈的系杆人工除锈，除去钢箱内的积水，并用高滴点固体油脂填充。(2)重做钢箱盖板，盖板与钢箱腹板间设置密封条。(3)系杆钢箱处理凿除的混凝土重新进行浇注，并在混凝土表面涂刷硅基防水渗透剂。,五、系杆加固