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军都山斜拉渡槽换索工程施工工艺

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 277次

         贾志伟,唐小兵,潘晋

(武汉理工大学交通学院,武汉 430063

摘要:军都山斜拉渡槽已运营近30年,斜拉索大多数破损、腐蚀严重,不满足运营的需求。该渡槽为非预应力混凝土结构,更换斜拉索过程中须张拉临时拉索且采用切割方法,加快更换斜拉索的速度,缩短了工期,同时保证了斜拉索更换施工过程槽体变形、塔柱变形和斜拉索拉力控制均在正常范围内。

关键词:斜拉索,渡槽,换索,施工工艺

 Jundushan cable-stayed aqueduct cable replacement engineering construction technology

          Jia zhi-wei, Tang xiao-bing , Pan jin

(School of Transportation, Wuhan University of Technology,Wuhan 430063 ,China)

Abstract: Jundushan cable-stayed aqueduct has been operating for nearly 30 years, most of the cable damage, serious corrosion, does not meet the needs of operators. The aqueduct is a kind of non prestressed concrete structure, replacing the cable must be tension temporary stay and using a method of cutting the cable, to accelerate the replacement of cable speed, shorten the construction period, while ensuring the cable replacement construction process tank deformation, tower deformation and cable tension control in the normal range.

Key words: stay cable, aqueduct, cable replacement, construction technology

 


一、 工程概况

军都山斜拉渡槽是北京市延庆县白河堡水库南干渠上的重要输水建筑物,该渡槽跨越二道河、大秦铁路,京张、延柳两条公路从槽下穿过,使之处于立体交叉的汇集点上。渡槽是一座跨度为66+126+66m的双塔双索面悬浮式混凝土斜拉渡槽,是我国目前最大跨度和流量的斜拉渡槽,其宽跨比仅为1/39.375,是世界上宽跨比最小的斜拉钢筋混凝土结构之一。该渡槽结构采用扇形密索、四柱框架式塔墩、U形断面主梁(即槽身)、三孔连续的塔墩固结悬浮体系。渡槽全长276.1m,设计流量为5m3/s,槽底距地面最大高度为27m。槽身为普通钢筋混凝土半封闭U型薄壳结构,高1.8m,宽3.2m,槽壳内半径R1.2m,壳厚t0.15m,圆心至槽顶距离f0.35m。一跨(拉索在槽身上的锚固点间距)槽身长6m,每跨槽身两侧设有与斜索角度相同的斜向锚固块(即牛腿)并于边梁紧密结合。牛腿中预留斜孔,用于锚固拉索。预留孔中心间距(横向索距)为2.8m。为提高主梁的横纵向刚度,槽身为成半封闭式。每跨槽身开4个矩形孔,孔口尺寸为1.4×1.0m2。每节槽身预制段长5.6m,宽0.4m的接缝设在两索中间,此处槽壁加厚至0.25m形成边肋。槽顶两侧人行道宽0.9m,外边设有金属栏杆。每塔10对斜拉索和垂直索组成一个索面。全桥共84根拉索,其中外边索与槽身最小夹角21°,最大索长65.1m。每根索根据拉力大小分别采用3468根φ157φ5)钢绞线,两端用组合式槽销锚锚固在索塔和槽身牛腿上。拉索外套PE管,采用内灌水泥改性浆的方法进行拉索防[1]


 

 

 

 

 


                     图军都山斜拉渡槽


二、更换斜拉索前准备

2.1  为满足换索施工的工艺需求,需在塔墩、塔身搭设脚手架、防护网,工作电梯,可移动式挂篮,及在跨公路、铁路的槽身段搭建防护棚;鉴于渡槽的宽夸比较小,考虑施工安全方面,在中跨搭建临时支撑,使双塔斜拉渡槽变为独塔斜拉渡槽,所有这些临时结构设施必须由设计确定,并按要求制[2]

2.2  鉴于渡槽已建成近30年,故换索前应对渡槽主要部位进行加固处理,如塔架粘贴碳纤维布、牛腿部位裂缝处理并粘贴钢板、槽身裂缝注胶修复等。

三、一般斜拉桥与军都山斜拉渡槽

3.1 一般斜拉桥换索的常规做法

   (1) 一些斜拉桥换索设计的常规做法是对拉索进行逐根更换,利用利用千斤顶将斜拉索拉到锚固螺母刚能拧动(此时通过油压表记录索力吨位与测试索力相比较),然后拧松锚固螺母,通过千斤顶回油将斜拉索原张拉索力完全释放。此时将斜拉索再次锚固,拆除千斤顶,将塔内卷扬机钢丝绳与斜拉索锚头连接,准备向下放[3]。但是,这种常规做法需较长的工期。

    2)一般斜拉桥为预应力混凝土或钢结构,且斜拉索的间距小,在没有临时拉索的情况下,拆除一根斜拉索对桥梁结构的影响甚微。

3.2 军都山斜拉渡槽的特殊性及解决办法

1) 根据现场情况,锚具为由12个等距U型锚槽构成的锚[1],旧索拆除不能退落张拉端锚圈,不能采用斜拉桥换索的常规做法,故采用在梁端槽面上实施切割拉索方案。这种切割拉锁的方法可以加快更换斜拉索的速度,缩短工期。

(2) 军都山斜拉渡槽由于槽面窄,且为钢筋混凝土结构,两根斜拉索之间的距离为6米,若拆除一根斜拉索,则12米内钢筋混凝土容易出现拉裂问题,所以更换斜拉索的过程中需张拉临时拉索。通过MIDAS CIVIL计算,当拆除19号斜拉索时(如图1),12米内的模型共用36个单元模拟,在渡槽两侧张拉两根80KN的临时拉索,比较有临时拉索时的渡槽顶、底面的应力变化量与无临时拉索时的渡槽顶、底面的应力变化量。

2、图3给出了拆除19号斜拉索时,有临时拉索与无临时拉索时的渡槽顶、底面的应力变化量。从图中可以 看出,有临时拉索时,渡槽顶面的应力变化量减小了约0.5MPa(约无临时拉索时的渡槽顶面应力变化量的一半),渡槽底面的应力变化量减小了约0.8MPa(约无临时拉索时的渡槽底面应力变化量的一半)。考虑到军都山斜拉渡槽的结构为非预应力的钢筋混凝土,且渡槽的U型结构,增加0.8MPa的应力变化量可能会导致换索过程中12米内钢筋混凝土容易出现拉裂问题,所以对于非预应力结构的斜拉桥,斜拉索更换过程中,张拉临时拉索是必要的,以保证桥梁或渡槽的结构安全。


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                     图2 拆除19号斜拉索渡槽顶面应力变化量

            Figure 2  Demolition of No. 19 cable-stayed aqueduct surface stress variation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                        3 拆除19号斜拉索槽底应力变化量

          Figure 3  Demolition of No. 19 cable-stayed aqueduct  bottom stress variation

 

 


四、拆除旧索

4.1拆除施工顺序

前期材料、机械设备准备→安装垂直起吊、牵引系统→安装拉索下落限位支架→拆除原有拉索的减震块的附件→安装特制索夹和钢绞线→安装拉索承索器→切割固定端拉索PE外套、及切割拉索逐级卸载→将张拉端锚头下放斜拉索至桥面,同时将斜拉索割断,截断成4-6m的小节段→汽车吊装车运走,一组斜拉索旧索拆除完成→拆除固定端锚头→清理下锚孔→钢套管防雨、防锈措施处理→进行下一道工序。

4.2 拆除方法及步骤

结合本桥实际(旧索报废不再利用),卸载方法采用两岸对称逐级切割卸载,1)拆除原有拉索的减震块的附件,使拉索在两锚固端之间没有限位约束;2)安装拉索限位索夹、承索器:方法是充分利用拆除索的上、下拉索限制待拆除索的运动方向,使上沿索面向塔和向下运动。限位索夹的安装位置确定,依据索长计算出索头拉动为200KN时的回缩距离,限位索夹的安装位置至应切断点应大于此距离;3)安装特制索夹,为了防止索突然回缩造成不安全因素,设置索运动反方向的索引装置,安装特制索夹和钢绞线,利用PE橡胶套与抱箍的摩擦力,依靠抱夹与索摩擦力限制和约束拉索的脱落速度,利用钢绞线和两固定索夹之间的固定措施,防止拉索突然回缩;4)索切割处去HDPE套;5)逐级卸载:各种准备工作就绪后,检查各限位装置及各项安全保险措施,一切正常后,即可两岸对称逐级火焰切割钢丝逐级卸载,在切割的同时,需要用自来水冷却所切割拉索高强钢丝束,当所剩钢丝接近假定的完全弹性断裂根数时,应再次检查各项限位装置的有效性,并强调切割人员的站位,直至钢丝在索自重作用少数钢丝断裂索脱落;6)塔上锚头拆卸及索卸下:索脱落后即可利用塔上吊点配合200KN手提千斤顶索引出上锚头,卸掉锚环。由塔上吊点放下拆出的旧索至桥面,同时将斜拉索割断,截断成4-6m的小节段,然后用汽车运输至堆放处;7)当锚杯卸下后,人工清理锚管。

五、新索安装

5.1 新索的展开

1)斜拉索挂索前需检查新索,确定新索无缺陷后等待起吊,重点检查锚杯与锚圈螺纹连接是否顺滑,外防护有无损坏。2)用吊车将索吊至槽面转盘,再用卷扬机牵引将拉索展开,平放在滚轮上,避免索与桥面接触,防止拉索在拖动中划伤防护[4]

5.2 新索的安装

1)新索安装先塔上后槽上,在塔上锚管上口安装好牵引倒拐支架系统,通过倒拐支架从塔上待安装拉索套管内向塔外引出由5T卷扬机作动力的牵引钢丝绳(φ28mm)至桥面,此时要调整牵引倒拐支架拉杆长度,使拉索通过套管时处于理论中心线,将下锚杯缓缓放入下锚头钢护筒中;2)在张拉锚头进拉索套管下口时,需用2台手拉葫芦调整索头对中索道钢管中心,便于锚头顺利进入套管;3)在张拉锚头装上连接器,利用手拉葫芦使锚头进入套管,利用千斤顶的力量,将连接器拉出锚管上口,此时,在连接器上拧上锚头螺母(连接器拉外丝口直径与锚头直径大小一样),锚头牵引至预定位置,拉索张力通过锚环传至锚板。

5.3 新索的张拉步骤

1)塔端锚垫板处安装张拉设施;2)启动油泵分级同步张拉,锚固螺母跟进锚固;3)伸长量控制及油表读数双控制;4)伸长量及油表读数校核,满足要求后,千斤顶持荷5min,拧紧锚固螺母,拆除张拉设施完成斜拉索张拉。

六、结束语

   斜拉渡槽换索是一项稀有的水利项目,经过50天后顺利完成全渡槽的斜拉索,斜拉渡槽拉索更换施工过程槽体变形、塔柱变形和斜拉索拉力控制均在正常范围内,提高渡槽的安全系数和使用寿命,也为类似工程的施工提供一些经验。

参考文献:

[1] 傅文洵,李德贤,贾瑞兴.军都山斜拉渡槽的设计与施工[J],水利水电技术,1991.05.

[2] 吴文静,邱雪莲.白沙大桥斜拉桥换索工程施工工艺[J],中国高新技术企业,2008.08.

[3] 袁兰兰.大跨径斜拉桥换索工程实践[J],城市道桥与防洪,2010,(12):109-112.

[4] 史久文,何兴伟,钟鸣. 章镇斜拉桥换索工程施工技术[J],山西建筑,20093519):311-312.

 

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