摘要：本文以河南漯河市嵩山路澧河桥斜拉索更换工程为工程背景，首先分析了斜拉索桥的发展历史，并对斜拉索出现的主要病害进行了深入剖析，主要针对嵩山路澧河桥出现的实际斜拉索病害，针对由于多种原因，在斜拉索更换拆除旧索的过程中，常发生索塔上锚头的锚环因锈蚀或锚环加工匹配精度误差过大无法退出锚环，斜拉索更换速度慢的技术难题，从换索辅助装置、换索辅助平台、换索工艺、换索过程及新索防护处理等方面进行优化和研发，最后从整个施工工艺流程控制方面进行详细阐述，为国内各类斜拉桥拉索更换工程提供了参考依据。
关键词：双切法；快速拆换；斜拉索；退锚装置；监控系统
1、斜拉桥的发展现状
斜拉桥以其跨越能力大、尺寸小、用量省、净空大、施工简便、成熟度高以及造型美观等优点，与大跨径悬索桥相比，由于高次超静定体系，稳定性好，结构刚度大，抗风稳定性好，不需要超重锚碇结构等独特优势，近50年来在全世界大跨径桥梁得到了广泛的应用，经过60多年的不断发展和技术革新，在设计理念、施工控制技术、新型材料应用、防护措施等方面取得了巨大的发展，跨度也逐渐发展为超越1000米以上，在大跨径的桥梁建设中扮演了越来越重要的角色，据统计全世界跨径超过400米的斜拉桥100多座，其中中国已经超过60座。
斜拉索是斜拉桥的重要组成部分，是斜拉桥的生命线。从最早的高强度粗钢筋、高强裸钢丝到高强镀锌钢丝经过几代的技术革新，斜拉索制作技术取得了长足的进步，也大大促进了斜拉桥的发展。第一代斜拉索空心管+水泥浆+黑钢丝：此类斜拉索为现场制索；第二代采用黑钢丝外缠PE现场制索；第三代斜拉索镀锌钢丝+PE+工厂制作；第四代斜拉索为镀锌铝合金钢丝外挤压PE防护套工厂标准化制作。
2、斜拉桥斜拉索的主要病害
对于斜拉桥，斜拉索可视其为“生命”索，在很大程度上它的使用寿命也就是斜拉桥的使用寿命。由于长期裸露于自然环境中，在桥面活载、自然环境和材料自身受力状况等因素下高压工作，并遭受风雨振撞、化学物质腐蚀，斜拉索极限承载力快速退化，其静力强度以及疲劳抗力大大下降，并且各受力的进一步重分配可能引起更多斜拉索破坏，剩余斜拉索结构的整体性也会被损害，严重威胁斜拉桥的使用安全。
通过对国内外既有斜拉桥斜拉索现存病害的分析可知，斜拉索病害的主要形式为以下几种：斜拉索外部护套损伤，，外包PE套长期暴露在空气中，紫外线、有害气体、有害溶剂、雨水等逐步渗入，引起老化和龟裂;斜拉索腐蚀，由于拉索和周围介质发生电化学作用，造成氧化还原反应所致，加速拉索腐蚀;疲劳损坏，在外界环境激励下极易发生振动，引起的拉索振幅可达拉索直径的5-10倍，并破坏其防蚀保护结构，缩短拉索使用寿命，威胁桥梁安全;锚具锈蚀，杂物和水分进入锚具预埋钢导管导致锚具锈蚀，锚杯内部防护油脂干枯，锚杯内部有大量积水，严重影响了拉索的使用寿命;由于施工不当造成拉索切口、刻痕、套管搭接失败等导致拉索的使用寿命缩短;松弛引起的损伤;个别斜拉索孔道附近表层混凝土块脱落、斜拉索锚固齿块边角破裂、斜拉索锚固齿块有修补迹象。
3、漯河市嵩山路澧河桥换索工程概况
嵩山路澧河桥位于河南省漯河市西南，是漯河市嵩山路上重点咽喉工程。桥跨布置为60m+90m。桥面宽度为：0.5m，为独塔两跨单索面斜拉桥，主塔采用钻石型，拉索采用扇型结构，主梁采用箱梁结构，塔梁固结。斜拉索采用直径φ7mm低松弛镀锌高强钢丝，抗拉标准强度fpk=1670MPa。全桥斜拉索12对共24根。经过近20年的运营之后，经专检表明嵩山路澧河桥实测索力与设计索力偏差较大，影响桥梁结构的安全、使用寿命、耐久性、行车安全；检测结论：按照Ⅰ类养护的城市桥梁，该桥评定为不合格，需要进行加固和换索。
4、斜拉索更换设施、设备及工作辅助平台
4.1．斜拉索更换的主要设备及小型设备
4.1.1．起重、牵引设备
起重牵引设备在斜拉索更换施工主要用于塔顶吊、汽车吊、卷扬机等并配置辅助器具。
4.1.2．张拉设备
本工程主要涉及的张拉设备用于斜拉索拆除和更换后的张拉，根据索力的不同，现场配置200t穿心千斤顶3台、500t穿心式张拉千斤顶3台、ZB4-400及ZB4-800油泵各3台以及千斤顶张拉组件、脚撑等辅助设施。
4.2．斜拉索更换辅助装置及临时工程
4.2.1．塔顶垂直起吊系统
塔顶垂直起吊系统为塔顶主提升设备，与桥面上的卷扬机共同构成旧索拆除下放，新索安装的主要提升设备主要用于拉索下放、提升等工序。
4.2.2．索夹
索夹采用优质钢管与钢板焊接而成，在钢管同斜拉索接触处加垫优质橡胶垫，施工过程中可以很好的保护斜拉索免受损伤，为拆除旧索，新索挂索、压锚的着力点，作为挂索、压锚设备同斜拉索的连接工具。
4.2.3．桥面展索装置
卧式放索机由放索转盘、放索转盘底座及轴承三部分组成。做为舒展索体的主要设备。
4.2.4．放索小车
采用型钢特制，放索小车的作用是防止斜拉索在放索及水平运输过程中与桥面发生摩擦，损坏斜拉索外护套。
4.2.5．专业退锚装置
专业退锚装置包括特制连接器、大小张拉牵引杆、锚垫板、1-3#锚杯、穿心千斤顶、主副反力支架、索力监测器。
4.2.6．工作平台及辅助装置
为方便施工人员在斜拉索张拉端操作，需在索塔直线段搭设塔外可升降平台；采用加工挂架进行施工，在桥面各设置一台行走平车，沿顺桥向行走，作为梁体修补平台；在桥面搭设人行爬梯，爬梯需紧贴斜拉索塔，并植经锚固安全人行爬梯，满足工作人员上下索塔从事相应施工任务。
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4.2.7．索端倒拐支架
为高效实现已放张旧索牵引出锚孔及新索穿孔，在主塔索端设计倒拐支架，安装塔端倒拐支架，组装钢绞线牵引组件并吊至挂索锚孔附近，从索孔内穿钢丝绳，与锚头牵引钢绞线组件连接，启动卷扬机或手拉葫芦通过倒拐支架将锚头牵引进锚管。
4、斜拉索更换监控系统
斜拉桥为多次超静定结构，施工方法的不同，不但影响结构安装时的应力，而且对桥梁最终应力状态和几何线形也有很大影响。为保证整个结构在施工过程的安全，并最终实现设计成桥目标状态。监控的具体内容和目标包括以下几个方面：
5.1．按全过程进行结构有限元分析计算，确定各施工阶段的合理施工状态。
5.2．桥梁关键截面应变增量与温度的监测，确受力安全和成桥内力符合设计要求。
5.3．施工过程中斜拉索索力及成桥索力测试，控制施工过程中斜拉索安全系数不小于2.0，控制成桥索力与设计成桥索力的极值偏差≤±10%。
5.4．施工过程中及成桥主塔偏位的监测，控制成桥后主塔纵桥向偏位偏差≤±20mm。
5.5．主梁挠度和成桥线形的监测，确保成桥线形平顺且与理论计算偏差≤±2.0cm。
5、斜拉索换索施工工艺
6.1 旧斜拉索拆除
在开始拆卸第一根拉索前一个星期，提前对全桥所有拉索的索力、桥面标高、主塔塔顶纵向水平位移进行全面测量，得到相关详细参数，以作为新索张力的依据和参考；旧索拆除采用两岸对称逐级卸载。
6.1.1．拆除旧索部件
清除连接装置的表面杂物，拆除上下端的防水罩和保护罩，拆除上下端减振器，把锚杯内防腐油脂用棉纱擦洗干净，有锈蚀的部位用锉刀处理。并用丙酮擦洗，静置24小时后对该斜拉索放张。
6.1.2．塔上放索
a．安装工作平台、拆除原拉索杯盖；
b．依次安装连接器、大牵引杆、垫片和1号锚杯；
c．依次安装主脚撑、穿心千斤顶；
d．安装2号锚杯，并用千斤顶将张拉丝杆预顶至2号锚杯；
e．安装副脚撑、安装3号锚杯；
f．千斤顶分级张拉逐步旋出旧锚杯，冷却切割旧锚杯；
g．原始索力再次监测，通过退锚装置和千斤顶反复作用，逐级放张至索力为零；
h．采用特制索夹与塔顶起吊系统连接，拆除退锚装置；
i．原拉索更换为软连接，通过索端倒拐支架调整角度，配合塔吊起吊系统逐步将旧拉索顺利牵引，缓慢下放到桥面；
j．截断成4-6m的小节段，汽车吊装车运走。
6.1.3．梁端拆索
下锚头拆卸：采用多功能重型空心铣孔机进行下锚头铣孔。先安装铣机，配备适当的标准节钢套管、合金钢铣钻头、钻杆，清铣管道内砂浆，采用手拉葫芦在箱梁底部兜住下锚头防止突然脱落，采用200T千斤顶直接退锚。下锚头拆卸完毕。
6.2 新索安装
将斜拉索从放索机上展开，通过运索小车把张拉端锚头拉移至索塔处，然后将专用连接器与张拉端锚头相连，装好钢绞线工作夹片，采用由软牵引束与卷扬机、牵引倒拐支架、连续快速作用千斤顶、撑脚等设备形成软牵引系统牵引出锚管上口，完成塔端挂索，并利用桥面软牵引系统完成梁端入锚，并按设计要求进行斜拉索的逐级张拉，按成单组斜拉索安装。
6.3附属设施安装
安装减震器，安装完毕后，须在外侧焊接钢筋。梁端减震圈拉杆上安装焊接定位钢板；防雨罩两半对焊成一整体，焊缝磨平抛光，端口用防水材料填充封堵，以阻断潮湿空气进入。
6.4斜拉索防护
全部斜拉索更换完成后，需使用索上行走小车对索体PE套进行检查，对有损伤的部位及时进行有效修补；斜拉索两端预埋管口处的防水罩保证密封；斜拉索两端锚具外露部分安装保护罩，内注发泡进行保护。
6、注意事项
7.1．旧索拆除：两岸相对应同一对索同时拆除，分级对称卸载两岸差值应≤5%；
7.2．拉索拆卸过程中，应保证各限位措施安全可靠，支架强度、刚度足够；
7.3．在桥面上换索区域禁止集中堆载。
7.4．斜拉索的放松是换索工作的关键，为了保证塔梁的受力均衡、对称，放索时一般要求成对进行，而且松张拉杆时必须准备好配套的千斤顶、油泵、张拉杆、连接件。
7、结束语
本工程完成以重庆石门大桥斜拉索更换工程为技术基础，并依托漯河市嵩山路澧河桥斜拉索更换工程，通过自主创新，解决斜拉索桥更换的关键技术难题，通过两个工程的顺利实施，验证该成套技术措施完善、技术成熟，验证了其技术方法、技术措施能有效指导工程施工，该成套技术能广泛的应用与同类工程的施工生产。
参考文献：
[1] 宴国泰 洪德红 黄镇 程建明 《重庆渝合高速公路某桥斜拉索更换技术》 交通科技.2015-4;12-14.
[2] 曾广华 《高速桥斜拉索更换技术工艺研究》公路交通科技应用技术.2015-12;185-187.
[3] 蒋玉富 《浅析大跨径斜拉桥拉索更换施工关键技术》 建筑与工程.2016-28;26-28.
论文作者:俸祝
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：拉索论文; 斜拉桥论文; 嵩山论文; 桥面论文; 千斤顶论文; 漯河市论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第9期论文;