吊杆更换施工监控方案A

S237淮江公路北澄子河大桥维修加固工程
吊杆更换施工监控方案
一、工程概况
北澄子河大桥位于S237淮江公路扬州段，设计桩号K6+919.0，桥梁中心线与河道中心桥夹角为90°，桥跨布置为3×25+50+1×25m，桥梁全长156.1m，主桥采用跨径为50m的系杆拱，系杆尺寸为1.80×1.25m(高×宽)，均为箱形截面；系杆拱矢高10.5m。

矢跨比1/4.571，抛物线线形。

拱肋、系杆、横梁、风撑均采用预制安装。

两侧引桥采用25m后张法预应力混凝土空心板梁，钻孔灌注桩基础。

主桥吊杆为刚性吊杆，内侧钢管内为12Φj15.24钢绞线，灌注C40水泥砂浆，内侧钢管与外侧钢管之间灌注C40微膨胀混凝土。

锚具采用OVM15-12型锚具，配套张拉千斤顶型号为YCW250B。

吊杆施工时先灌注好内、外侧钢管间的混凝土，然后安装张拉吊杆。

设计荷载：汽车-20级，挂车-100。

桥梁宽度：净-16.0+2×0.5=17.0m。

桥梁于2002年10月竣工投入使用。

江苏省交通规划设计院股份有限公司于2011年对全桥进行了详细检测。

主要检测结果如下：
1、拱肋
除拱肋表面涂层开裂、东侧拱肋表层混凝土局部剥落外，无其他裂缝。

2、风撑
拱肋间风撑普遍存在混凝土锈胀露筋，钢筋锈蚀，钢筋保护层厚度偏低，风撑在节点位置开裂。

3、排水系统
在护栏底设有排水孔，水由护栏与系梁间间隙向下排出，系梁内侧面大量水迹，部分排水孔堵塞，桥面有积水，伸缩缝处排水不畅。

4、支座
盆式橡胶支座钢盆锈蚀。

5、系梁
系梁底面钢筋保护层偏低，东西系梁两端(支座至第一根吊杆节段)底面均锈胀露筋，钢筋锈蚀严重。

6、吊杆
通过下锚头检测发现：3个锚头存在部分钢绞线回缩现象，分别为西侧3#、西侧6#和西侧8#；6个锚头存在沿钢绞线滴水现象，分别为西侧3#、5#、7#、8#、9#和东侧8#；部分锚头钢绞线表面潮湿；同时存在部分封锚混凝土未充实等现象。

上锚头埋深均大于设计文件要求，除E1外，封锚混凝土均潮湿，甚至积水，钢绞线有不同程度的锈蚀。

西侧W3、W6、W8号吊杆有钢绞线回缩现象，其中W8号吊杆7束钢绞线回缩(共12束)，其中两个夹片完全脱落，已严重影响桥梁的安全运营。

根据桥梁的实际情况，为了保证桥梁正常的安全使用和增加结构耐久性，采用以下的维修加固处理方案：
1、更换全桥吊杆。

更换本桥的全部吊杆。

2、对于风撑、系梁的钢筋外露、钢筋锈胀锈蚀病害，采用凿除松散部分混凝土，对钢筋进行除锈防锈处理，用环氧砂浆分层填充至构件原表面。

3、对于其他构件存在钢筋混凝土保护层偏薄的情况，在构件外表面涂刷表面迁移型阻锈剂。

4、及时清理桥面堵塞泄水孔，完善桥面排水系统。

5、完善伸缩缝在护栏断开处的构造措施，防止桥面渗水至桥台和支座处，腐蚀桥台和支座；。

6、在支座四周粘贴滴水檐，同时，对支座钢板进行除锈、防锈处理。

7、对系杆和拱肋的封锚混凝土进行防水处理。

8、对拱桥上下部结构混凝土风化、破损露筋等，凿除松散混凝土，直至露出坚实骨料，钢筋进行除锈、阻锈处理后，分层填补轻质修补砂浆至原构件表面。

9、对全桥缝宽＜0.15mm的裂缝，采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理；缝宽≥0.15mm 的裂缝，采用裂缝灌注胶或专用环氧树脂浆液进行灌缝处理。

吊杆更换施工技术难度较大，施工风险较高。

因此，扬州市公路管理处委托我院对本桥换索进行施工监控。

二、施工监控依据
1、签订的桥梁监控技术服务合同。

2、S237淮江公路北澄子河大桥维修加固设计施工图(2011年)。

3、S237淮江公路北澄子河大桥竣工图(2002年)。

4、S237淮江公路北澄子河大桥检测报告(2011年)。

三、施工监控对象和目标
施工过程中的主要监控对象是桥面标高、换索伸长量和索力。

施工监控目标是要达到吊杆更换过程中不破坏桥面铺装并基本保证整体受力不变，不改变各吊点的受力状况，保持桥梁主体结构的稳定和均衡状态。

四、施工监控标准
根据《公路工程质量检验评定标准(土建工程)》(JTGF80-1-2004)和《S237淮江公路北澄子河大桥维修加固设计施工图(2011年)》的要求，制定了本桥的施工监控标准。

五、施工监控细则
㈠桥面标高监测
换索施工前，设置临时水准点，在主桥外选择一能同时观测到上、下游18根吊杆处系梁顶面高程测点的合适位置，架设DS-1精密水准仪，并测量其相对高程。

换索过程中，跟踪监视换索处测点、对称测点以及邻近测点的标高变化情况。

换索结束后，再次测读终值，并与初值进行比较，作为是否需要重新调整索力的依据之一。

测量宜在气温相对稳定的时段进行。

㈡拉索钢丝伸长量监测
在吊索张拉过程中，严格控制拉索钢丝伸长量，使其伸长量满足设计计算要求。

㈢索力监控
1、吊杆索力测试目的
吊杆索力的大小，不仅直接关系到吊杆的受力，同时还会影响系梁、拱肋的受力，故在施工阶段及施工结束后，准确测定吊杆的索力并将其调整到设计允许误差以内，对保证施工安全及桥梁的设计线型是非常重要的。

在吊杆施工过程中，施工单位是通过油压表来控制张拉力的，监控单位采用振动频率法同时对索力进行测试，可对索力进行校核，以确保索力测试的结果。

在后期的桥梁养护中，为了解结构的受力状态，需及时检测吊杆索力，而常规的检测均为振动频率法，此法对短吊杆的测量误差很大，必须在施工过程中结合千斤顶张拉数据进行修正，故通过施工中吊杆索力测量，可为今后的测试积累资料。

2、索力测试的仪器
索力测试采用BH5906B 无线遥测振动测试分析系统。

3、吊杆索力测试的方法
吊杆索力的大小将直接对结构的施工质量和施工状态产生影响，必须在施工过程中比较准确地了解索力实际状态，选择适当的量测方法和仪器，并设法消除现场量测中各种误差因素的影响，以确保量测效果。

通常吊杆采用三种方法进行量测：压力表量测法、压力传感器量测法、振动频率量测法。

根据该桥的实际情况，吊杆索力采用压力表量测法和振动频率法量测。

4、吊杆索力测试的原理
压力表量测法是在张拉前将千斤顶、油泵、油压表进行配套标定，得出油表读数与千斤顶张拉力之间的关系，在张拉时用油表读数测定张拉力的方法。

此法直观有效，在张拉施工时使用，但由于费时费力，不适宜后期的索力测量。

本桥同时采用振动频率法在施工过程中对索力进行检测。

这种方法利用临时紧固在吊杆上的高灵敏传感器拾取吊杆在环境激振下的脉动信号，进行频谱分析，由功率谱图上的峰值来判断斜索的各阶频率，然后再根据频率与索力之间的关系求得索力。

根据弦振动理论，当张紧索抗弯刚度可急略时，其动力平衡方程为
02222=∂∂-∂∂x
y T t g y m 式中：y ——横向坐标(垂直于索的长度方向)
x ——纵向坐标(沿索的长度方向)
m ——单位索长的质量
T ——索的张力
t ——时间
若索的两端为铰结时，解上述方程可得：
式中：n f ——索的第n 阶振动频率
l ——索的计算长度
n ——振动阶数
K ——比例系数，g
ml K 2
4=
对于同一根缆索，T 2222222121k
f f f k === 亦有：
k f f f f k ::3:2:1::::321 =
即：
112312f f f f f f f k k =-==-=--
反映在频谱图上，各阶频率是等间距的，其间距值大小即等于基频1f 。

在实际测量过程中，可以充分利用这个特性，来判断是否为缆索自振的频谱，凡与缆索振动的频谱特征一致的频谱图，才确认为缆索振动的频谱图，否则要分析原因，检查仪器，重新测量，这样才能确保测试结果的正确性。

索力公式推导时采用的是简化的计算模型，与实际情况存在一定的差异。

为了减小测试误差，需要标定拉索的参数，对理论计算公式进行修正。

标定在施工现场进行，具体作法是：对钢索分级张拉.通过张拉千斤顶和油表，读取各级张拉力，同时用索力测试仪测量索在各级拉力下钢索的基本频率，根据基本频率计算出索力，与施工张拉力进行比较，求出修正系数α。

5、吊杆索力测试比例系数K 、修正系数α
在进行索力测试时，按频率法测索力采用的理论计算公式为如下：
考虑索力标定修正系数α，则：
其中比例系数g
ml K 2
4=，l 为吊杆上下锚固点间的长度，由于缺乏实测数据，按设计取值；g m /为吊杆含PE 单位重，此重量由由吊杆生产厂家提供。

㈣监控步骤
六、对施工单位的协作事项要求
1、设置并保护临时水准点，以保证整个施工过程中均可用于测量。

2、提供拉索出厂检验报告及有关技术参数。

3、提供施工方案。

4、为施工监控提供电力、适宜的人力和机械帮助。

扬州大学道路与交通工程研究所2011年10月。