中承式及下承式拱橋吊桿更換工法

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》是上海同吉建築工程設計有限公司、上海同吉預應力工程有限公司、同濟大學完成的建築類施工工法，完成人是熊學玉、汪繼茹、黃海應、宣守明、李新川，適用於中承式及下承式拱橋的吊桿更換工程。

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》主要的工法特點是採用逐級卸載的方式，對橋樑結構原有的受力狀態改變較小；施工簡單，施工作業面小，更換期間對橋樑的交通影響較小。

2008年1月31日，《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：中承式及下承式拱橋吊桿更換工法
• 工法編號： YJGF061-2006
• 完成單位：上海同吉建築工程設計有限公司、上海同吉預應力工程有限公司、同濟大學
• 主要完成人：熊學玉、汪繼茹、黃海應、宣守明、李新川
• 套用實例：安徽省合肥市壽春路橋
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

截至2005年，已建成正在服役的拱橋，其中絕大部分屬於中、下承式拱橋。這些已經建成的帶吊桿的拱橋，幾乎都把吊桿設計為永久結構的一部分即不可更換性。而對於使用壽命遠低於橋樑的設計基準期的吊桿而言，更換受損嚴重的吊桿是不可避免的，從而確保橋樑正常運營要求。

由上海同吉建築工程設計有限公司、上海同吉預應力工程有限公司與同濟大學聯合開發與套用的中承式及下承式拱橋吊桿更換工法，是為了適應拱橋吊桿更換的需要，於2001年開始對拱橋吊桿的更換技術立題研究，形成了一套完整的吊桿更換技術，並將研究成果套用於合肥壽春路橋以及杭州葉青兜橋的吊桿更換過程中。

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》嚴格地控制橋樑結構的變形和內力變化既保證更換過程中安全，又真正做到對橋樑的整體結構不造成新的損傷，且能根據需要改善橋樑的受力狀態，使其受力狀態更合理，因此工法既具有良好的社會效益、同時具有很好的經濟效益。

工法特點

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的工法特點是：

1.採用逐級卸載的方式，對橋樑結構原有的受力狀態改變較小，對橋樑結構既保證更換過程中安全，又真正做到對橋樑的整體結構不造成新的損傷。

2.施工簡單，施工作業面小，更換期間對橋樑的交通影響較小，合理安排下可以做到不中斷交通。

3.施工過程中，橋樑結構的力傳遞路徑明確，便於進行施工監控。

操作原理

適用範圍

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》適用中承式及下承式拱橋的吊桿更換工程。

工藝原理

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的工藝原理敘述如下：

一、更換遵循的原則

1.更換吊桿時必須保證橋樑結構安全，不能因為更換吊桿而損壞橋樑構件，更換吊桿後橋樑仍滿足設計要求和今後的運營要求；並且在整個施工階段，要保持原橋結構的受力狀態在安全許可的範圍內變化，儘可能地減少施工引起的內力和線性偏差。

2.更換吊桿期間要做到最低限度對交通的影響，故要求施工工序少、施工方便、工期短、更換吊桿時少占用橋面。

二、更換方法

中承式及下承式拱橋吊桿更換工法，是對中承式及下承式拱橋的吊桿進行更換的一種動態無損傷施工工法。根據原則（1）和（2），先將原有吊桿的索力逐步轉移到工具吊桿上，等到原吊桿處於完全卸載的狀態，將其拆除，然後換上新吊桿進行逐級載入，與此同時工具吊桿逐級卸載，直至新吊桿達到新的設計索力，這時再將工具吊桿卸除。

具體操作是在擬更換吊桿的附近先安裝工具吊桿，由該工具吊桿輔助工作的情況下逐步對舊吊桿卸載，與此同時，對工具吊桿施加相同的力以保證施工中對橋樑的結構受力狀態的改變在安全許可的範圍內；舊吊桿卸載至零應力時，拆除舊吊桿和安裝新吊桿，對新吊桿張拉和工具吊桿卸載（與前面過程相逆），直至工具吊桿處於零應力狀態時即可拆除之。

施工工藝

• 工藝流程

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

操作要點

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的操作要點見（圖2～圖5），具體敘述如下：

一、關於工具吊桿的設計、製作

1.安全係數要求：受拉能力的安全係數大於4，即工具吊桿的安全抗拉能力超過換索過程中工具吊桿所受拉力的4倍，千斤頂支撐反梁的抗彎、抗剪能力以及整個工具吊桿各處連線的連線強度能力的安全儲備與整體受拉安全儲備相同。

2.穩定與整體性：在工具吊桿安裝、吊索更換過程中，工具吊桿結構應具備很好的穩定性與整體性。

3.構造要求：工具吊桿的幾何構造要符合工具吊桿裝拆、千斤頂裝拆、換索操作、位移與索力控制的要求。

4.上端支座：工具吊桿的上端支座要與拱肋及工具吊桿有可靠的連線；支座整體抗壓能力與局部受壓承載力要有足夠的安全儲備。

5.設計計算檔案：要有完善的設計圖紙詳細計算書，並經專家審核通過。

二、關於換索過程的控制

1.實施豎向位移和索力的雙重控制。

2.換索過程確保整體橋樑結構不產生附加裂縫和破損。

3.要有準確、可靠的豎向位移控制措施（應同時採取多種手段，以相互驗證）。在吊桿張力由舊吊索向工具吊桿的轉移和由工具吊桿向新吊索的轉移過程中，對各級豎向位移值進行及時全面記錄。

4.拱肋與橋面之間的相對位移為豎向位移控制的重點；同時對橋面的標高進行控制。

5.在吊桿張力由舊吊索向工具吊桿的轉移和由工具吊桿向新吊索的轉移過程中，對舊吊索、工具吊桿、新吊索的各級豎向位移值進行及時全面記錄。

三、關於吊桿張力由舊吊索向工具吊桿的轉移

1.按設計目標牢固可靠地安裝工具吊桿。

2.對安裝好的工具吊桿實施預緊初張拉。

3.對舊吊索的鋼絲進行分級切割或釋放，對工具吊桿進行分級張拉，鋼絲分級切割工具吊桿分級張拉交替進行。

四、關於吊桿張力由工具吊桿向新吊索的轉移

1.按設計目標牢固可靠地安裝新吊索。

2.對安裝好的新吊索實施預緊初張拉。

3.對新吊索進行分級張拉，對工具吊桿進行分級卸載，分級張拉與分級卸載交替進行。

4.對新吊桿兩端的錨具，應及時進行密封與防腐處理。

五、關於張拉與控制的設備及儀表

1.張拉設備根據規範要求進行標定，並出具《標定證書》。

2.拱肋與橋面相對位移的測量儀表必須進行標定，並出具《標定證書》，不能因儀表支座的擾動影響測量結果。

3.橋面標高的測量儀器必須進行標定，並出具《標定證書》。

六、關於索力與豎向位移對應關係的控制

載入或卸載索力與豎向位移的測量值應基本符合理論的計算值。換索過程中，一旦發現索力與豎向位移的對應關係異常，必須立即停止操作，待分析出原因並採取相應的有效措施後，方可繼續進行。

材料設備

一、材料

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》所用的主要材料見表1。

表1 吊桿更換施工的主要材料

規格	技術指標	用處備註	規格	技術指標	用處備註
鋼筋/鋼絞線	安全係數≥4	用做工具吊桿	水泥	早強水泥	澆築三角墊塊
槽鋼	需進行承載力、疲勞驗算	固定工具吊桿	╱	╱	╱

二、設備

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》所用的主要設備見表2。

表2 吊桿更換施工的主要設備

序號	名稱	數量	用於施工部位備註	序號	名稱	數量	用於施工部位備註
1	千斤頂	5	吊桿張拉	5	貨船	2	水中支架
2	振動器	4	振搗	6	水準儀	1	監測
3	卷揚機	1	吊桿安裝	7	全站儀	1	監測
4	手拉葫蘆	4

質量控制

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的質量要點在於：工具吊桿必須進行承載力驗算以及破斷試驗；新吊桿必須進行承載力驗算以及破斷試驗；工具吊桿工作期間必須對其進行必要的防護。

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》應執行《公路橋涵設計通用規範》JTGD 60—2004；《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》JGJD 62—2004、《混凝結構設計規範》GB 50010—2002、《鋼結構設計規範》GB 50017—2003，除此以外，在施工還應做到：橋樑的幾何變形和內力變化處於安全許可的範圍內；還應加強現場管理。

1.技術管理

成立由技術員組成的施工技術組，由技術總工負責，具體職責為：施工前向施工員做出明確清晰的交底，監督施工參數的實施、根據施工情況及時調整施工參數；處理施工中出現的異常情況。

2.質量管理

成立由操作班長和質檢員組成的QC小組，由質量工程師負責，具體職責為：建立質量安全保證體系和方針目標工作流程圖，定期對工人進行培訓教育，增強質量意識，所有人員均持證上崗。嚴格檢驗各工序，尤其是對隱蔽工程必須同監理工程師配合、嚴格檢查，每道工序均需簽字驗收後方可進行下道工序施工。嚴格各項施工材料合格證的把關制度，設定專職的材料員。

安全措施

採用《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.嚴格遵照國家頒發的《市政工程安全操作規程》、《市政工程安全技術規程》。

2.建立安全管理組織，以項目經理為安全保證體系第一責任人的安全領導小組，下設專職安全員。

3.高空作業的安全技術措施

凡在離地面3米以上的地方進行工作，均視為高空作業。高空作業時，所搭設的腳手架、井字架和安全網，在搭設完畢後，必須經安全人員驗收合格後方能使用，並做好使用期間的維護保養；安全帶在使用之前應進行檢查，並定期進行靜負荷試驗，確保無破損等現象；進行高空作業時，除有關人員外，其他人員不許在工作地點的下面逗留或通行。工作地點範圍內應有圍欄或其他保護裝置。

4.水上作業安全保證措施

進行水上作業前，先要落實防護設計。在船上支架的四周掛密目網；在水上作業點放置救生衣，並做好如何正確實用救生衣的教育；配備一艘小船，一當有人落水就進行搶救。

5.吊桿張拉安全保證措施

在張拉平台的四周設定防護網；在吊桿張拉前進行安全注意事項等技術交底；在張拉前對所有張拉設備進行檢查並且試運轉；張拉人員要戴手套、安全帽才可以進行張拉工作；在張拉過程中應嚴格聽從指揮人員的口令進行操作，以免出現事故。

環保措施

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的環保措施如下：

一、應執行的規範

1.《公路橋涵設計通用規範》JTGD 60—2004；

2.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規範》JGJD 62—2004；

3.《混凝結構設計規範》GB 50010—2002；

4.《鋼結構設計規範》GB 50017—2003。

二、更換施工環保措施

1.施工過程中，應採用逐級張拉或卸載，確保每個工況下的結構受力狀態改變均在要求的限值的範圍內。

2.在拆除舊吊桿過程中，應先分級張拉工具吊桿，再分級切割舊吊桿。

3.在張拉新吊桿過程中，應先分級張拉新吊桿，在分級卸載工具吊桿力。

三、監測措施

在吊桿更換過程中，在擬更換吊桿附近應設定變形和應力監測點。所測數據要及時反饋，用信息化施工手段最佳化推進參數。

效益分析

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的效益分析如下：

1.與一般的吊桿更換施工方法相比，以工程實例1為例，比在水上做樁基支撐方案節省300多萬元人民幣，同時縮短了建設工期；以工程實例2為例，比在水上做樁基支撐方案節省400多萬元人民幣，同時在半封閉交通的情況下進行吊桿更換施工，對道路的交通運輸影響較小。

2.提出了吊桿拱橋的無損傷更換技術，解決了吊桿更換過程中涉及的結構方面、工藝方面的關鍵技術。

3.成功套用於中國國內首例拱橋的無損傷吊桿更換中，具有主動更換、對結構無損傷且安全性高、造價低、工期短等優點，具有經濟效益和社會效益。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》的套用實例如下：

• 工程實例1

安徽省合肥市壽春路橋建於1987年，為中承式鋼筋混凝土拱橋，計算跨徑72米，之間，矢比1/4。主拱圈由兩個箱形拱肋組成，中距15.2米，車行道設在梁拱肋非機動車道和人行道設在拱肋外。每根拱肋下有豎直平行吊桿14根，全橋共有28根吊桿。吊桿採用96根ф5標準強度為1670兆帕的高強鋼絲平行編組製成，兩端採用墩頭錨具。經過14年的運營，檢測發現該橋吊桿鋼筋因氯離子隨雨水從上端封錨處的收縮縫滲入已被全面腐蝕。某些鋼絲束的坑蝕還引起鋼絲應力集中，脆性增加。另外，鋼絲束因為現場墩頭錨固造成同束鋼絲張力不均勻，吊桿安全度極大降低。因此，決定對該橋吊桿進行全面更換。

2001年12月採用該工法施工，2002年2月成功地進行了28根吊桿的更換。在整個吊桿更換過程中，橋樑的結構受力狀態控制在容許的範圍內，整個橋樑結構未受到新損傷。

• 工程實例2

葉青兜橋建於1994年，跨越杭州市文暉路京杭大運河，主橋結構採用下承式鋼筋混凝土系桿拱橋，計算跨徑為71.6米，矢高為14.32米，橋面布置為3.25（人行道）+1.6（系梁）+18.0（車行道）+1.6（系梁）+3.25（人行道），通航要求300噸級。全橋共有34根吊桿。吊桿採用120根ф5的高強鋼絲平行編組製成，內灌環氧混凝土與鋼砂，兩端採用墩頭錨具。過12年的運營，檢測發現該橋吊桿內砂漿不均勻，部分鋼絲已經裸露、外層鋼絲已明顯鬆弛，管內積水呈強鹼性。因此，決定對該橋吊桿進行全面更換。

2006年5月採用該工法施工，2006年8月成功地進行了34根吊的更換。在整個吊桿更換過程中，橋樑的結構受力狀態控制在容許的範圍內，整個橋樑結構未受到新損傷。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《中承式及下承式拱橋吊桿更換工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。