軌道交通某拱橋吊桿錨頭取出試驗(yàn)研究

朱　妍，徐　磊，陳惟珍

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司，上海市 200233；2.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092）

軌道交通某拱橋吊桿錨頭取出試驗(yàn)研究

朱妍1，徐磊2，陳惟珍2

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司，上海市 200233；2.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092）

以一座拱梁組合橋梁更換吊桿為工程背景，通過(guò)試驗(yàn)研究了取出吊桿的整套工藝。對(duì)于導(dǎo)管中灌注了環(huán)氧鐵砂的吊桿，經(jīng)過(guò)水射流法、鉆孔法和熔融法的對(duì)比試驗(yàn)，證明用水射流法沖除環(huán)氧鐵砂是可行有效的，輔以鉆孔、乙炔切割拆除錨頭后，即可將吊桿取出。

拱橋；吊桿更換；水射流；環(huán)氧鐵砂

1　工程簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)中的橋梁建于1999年，為跨度54 m+ 128 m+54 m的拱梁組合結(jié)構(gòu)。

該橋設(shè)有兩個(gè)單箱單室截面的主縱梁，在中支點(diǎn)處梁高3.0 m，跨中處梁高2.0 m。全橋共設(shè)14對(duì)吊桿，每根吊桿由55根φ7鋼絲構(gòu)成，采用雙層PE防護(hù)，外徑70 mm。吊桿上端采用冷鑄鐓頭錨；下端采用墩頭錨，埋在梁內(nèi)的錨頭結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為2 m，包括約1 m的PE護(hù)套段和75 cm的散絲段。下導(dǎo)管為厚5 mm內(nèi)徑φ150無(wú)縫鋼管，在鋼套管內(nèi)用環(huán)氧砂漿填實(shí)。

在最近一次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)該橋部分吊桿下錨頭有滲水、銹蝕現(xiàn)象，若繼續(xù)發(fā)展有一定危險(xiǎn)。但導(dǎo)管與吊桿間采用環(huán)氧鐵砂填實(shí)，常規(guī)方法難以將吊桿取出，需通過(guò)試驗(yàn)得到取出吊桿的方法。

2　試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種試件。第一種為小型試件（見圖1），為長(zhǎng)度60 cm的鋼套管，并在內(nèi)部做好吊桿，灌好環(huán)氧鐵砂。第二種為大型試件（見圖2），長(zhǎng)度為2 m，完全模擬梁內(nèi)段吊索的情形。大型試件做出了75 cm的散索段及下錨頭。試驗(yàn)時(shí)先采用小試件檢驗(yàn)試驗(yàn)方法的有效性，然后再用該方法，進(jìn)行大試件試驗(yàn)，從而得到整套的施工工藝。

3　試驗(yàn)方法研究

經(jīng)初步研究，可能有三種方法能去除環(huán)氧鐵砂：水射流法、熔融法和機(jī)械鉆孔法。

圖1　小型試件構(gòu)造圖

圖2　大型試件構(gòu)造圖

（1）水射流法

水射流法，即水刀切割，是一種利用高壓水流切割的方法，受材料質(zhì)地影響小，幾乎可切割各種厚度、硬度的材料，如不銹鋼、鋁、銅、鋼鐵、大理石、合金金屬、玻璃、塑料、陶瓷、磁磚等。水射流是從加壓泵開始，通過(guò)高壓管，然后從切割噴頭射出來(lái)，現(xiàn)在的超高壓型水射流技術(shù)可達(dá)到200 MPa以上，國(guó)內(nèi)在工程上已廣泛應(yīng)用于切割混凝土。環(huán)氧鐵砂材料的組成與混凝土相仿，均由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料，采用水射流的方式理論上可以有效擊碎并清除環(huán)氧樹脂，且環(huán)氧樹脂的硬度比水泥低，而鋼套筒的硬度較高，只要選擇合適的壓力，理論上可以有效清除環(huán)氧鐵砂，并同時(shí)避免對(duì)鋼套筒造成損傷。

（2）機(jī)械鉆孔法

選用合適的環(huán)形鉆頭，通過(guò)機(jī)械切割的方法，沿吊桿外圈進(jìn)行鉆孔，鉆透后，將吊桿整體取出。

（3）熔融法

環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)一般不高于150℃，根據(jù)調(diào)研，該橋所用的環(huán)氧樹脂的軟化點(diǎn)為100℃，因此可以嘗試采用加熱的方式將環(huán)氧取出。但環(huán)氧鐵砂錨固材料由環(huán)氧樹脂、鐵砂、固化劑、增韌劑、稀釋劑、硅粉填料等組成，其物理特性與環(huán)氧樹脂有很大區(qū)別，其在高溫下的軟化特性需待試驗(yàn)驗(yàn)證。

4　小型試件試驗(yàn)

4.1水射流法試驗(yàn)

水射流加壓設(shè)備采用NLB20305D（見圖3）。該設(shè)備流量為83 L/min，最大壓強(qiáng)為140 MPa。

圖3　水射流法采用的高壓水泵

在試驗(yàn)開始時(shí)先選擇了100 MPa壓強(qiáng)，后加至140 MPa，至試件沖穿，后面有水流噴出，用時(shí)15 min。

水射流法可以有效清除掉環(huán)氧鐵砂，且效率較高。但噴槍后坐力較大，持槍工人很容易疲勞。

4.2機(jī)械鉆孔法試驗(yàn)

鉆孔采用BJ-355金剛石鉆孔機(jī)，試件上部15 cm為環(huán)氧樹脂浮漿層，在該層鉆進(jìn)很快，用時(shí)約5 min，進(jìn)入環(huán)氧鐵砂層后，鉆進(jìn)緩慢，10 min約鉆進(jìn)7 cm，后面就無(wú)法鉆進(jìn)了，且鉆頭磨損非常嚴(yán)重，齒牙磨光（見圖4）。

圖4　齒牙磨光的鉆頭

無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)的原因：環(huán)氧鐵砂開始接觸到鉆頭后，鐵砂與環(huán)氧分離，但鐵砂一直存留在鉆槽中，鉆頭接觸不到新的環(huán)氧鐵砂面，同時(shí)鐵砂反復(fù)打磨鉆頭，使鉆頭迅速磨損，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.3熔融法試驗(yàn)

用乙炔割槍對(duì)環(huán)氧試件進(jìn)行加熱，5 min后，環(huán)氧試件表面被燒焦，無(wú)明顯軟化現(xiàn)象出現(xiàn)（見圖5）。

圖5　表面被烤焦的環(huán)氧試件

環(huán)氧鐵砂錨固材料由環(huán)氧樹脂、鐵砂、固化劑、增韌劑、稀釋劑、硅粉填料等組成，其物理特性與環(huán)氧樹脂有很大區(qū)別，加熱后表面會(huì)烤焦，并不會(huì)出現(xiàn)熔融軟化現(xiàn)象，熔融法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

4.4小型試件試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)小型試件試驗(yàn)，水射流法是行之有效的方法，而鉆孔法和熔融法無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)想效果，均被排除。

5　大型試件試驗(yàn)

5.1不同形式噴口噴槍的試驗(yàn)

噴槍有各種開口方式，有豎向噴口、水平噴口、斜向噴口以及上述幾種的組合式噴口。

由于試驗(yàn)條件限制，吊桿導(dǎo)管內(nèi)徑只有150 mm，吊桿外徑有70 mm，操作空間非常狹小。如何將導(dǎo)管中環(huán)氧鐵砂清除干凈，需要對(duì)各種噴槍的效果和效率進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)采用了4種噴槍：

（1）豎向噴口噴槍；

（2）豎向噴口噴槍和水平向噴口噴槍；

（3）1個(gè)豎向噴口加3個(gè)斜前方噴口噴槍；

（4）2個(gè)斜前方向噴口加2個(gè)側(cè)后方向噴口噴槍。

在豎向噴口噴槍試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于能量梯度的作用，在切面越深時(shí)（距噴嘴越遠(yuǎn)），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，即切割斜度。由于存在切割斜度，在表面上形成一條上寬下窄的沖槽，噴槍槍頭不能伸入，導(dǎo)致后續(xù)無(wú)法噴進(jìn)。同時(shí)豎向噴口噴槍在噴射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的后座力，必須固定在支架上進(jìn)行，對(duì)操作有一定阻礙，從而影響了噴射效率。

豎向噴口噴槍和水平噴口噴槍交叉使用，由豎向噴槍噴出上寬下窄的凹槽，然后再采用水平噴口噴槍清除凹槽壁的環(huán)氧鐵砂。該方法可行，但是需要反復(fù)更換噴槍，效率較低。

1個(gè)豎向噴口加3個(gè)斜前方噴口噴槍，具有較大的后座力，人力無(wú)法承受，必須使用支架，在使用支架后，對(duì)操作有一定阻礙，影響了噴射效率。

2個(gè)斜前方噴口加2個(gè)側(cè)后方噴口噴槍（見圖6），可以有效清除附著在管壁上的環(huán)氧鐵砂，通過(guò)調(diào)整幾個(gè)噴口的方向和流量，可以做到自平衡的狀態(tài)，基本不產(chǎn)生后座力，可以脫離支架進(jìn)行施工。試驗(yàn)結(jié)果表明，該種噴槍兼顧了效果和效率，最后決定采用這種形式的噴槍。

圖6　兩個(gè)斜前方噴口加兩個(gè)側(cè)后方噴口噴槍

5.2PE護(hù)套段試驗(yàn)

PE護(hù)套段的水沖試驗(yàn)噴槍噴頭采用上述兩個(gè)斜前方噴口加兩個(gè)側(cè)后方噴口的噴頭，加壓設(shè)備采用NLB 605 SERIES DIESEL 40605D，流量為83 L/min，壓力為280 MPa，分4個(gè)孔進(jìn)行水沖。

試驗(yàn)中4個(gè)孔基本都噴到1.3 m位置，試驗(yàn)總用時(shí)約2 h，效率較高。1.3 m以下由于散絲段影響，槍頭無(wú)法伸入。

5.3錨頭及散絲段試驗(yàn)

由PE護(hù)套段試驗(yàn)知，1.3 m以下（約剩余0.4 m），由于散絲段影響，噴槍槍頭無(wú)法伸入，從上面無(wú)法繼續(xù)清除管內(nèi)環(huán)氧鐵砂，必須將錨頭拆下，從下面進(jìn)行處理。試驗(yàn)步驟如下：

（1）用磁力鉆在錨頭上鉆孔，鉆頭采用上海工具廠G字頭合金麻花鉆，采用兩種規(guī)格，分別為25 mm和16 mm，將錨頭鉆成蜂窩狀，鉆孔深至錨頭和環(huán)氧鐵砂的接觸面止（見圖7）；

圖7　鉆孔后的錨頭

（2）用乙炔火焰割槍切割蜂窩狀的錨頭，將錨頭拆下（見圖8）；

圖8　切割至環(huán)氧鐵砂面的錨頭

（3）用高壓水沖環(huán)氧，露出鋼絲后，割除，繼續(xù)水沖，直至將環(huán)氧鐵砂沖透（見圖9）。

圖9　沖透后的試件

（4）一邊拔出松動(dòng)的鋼絲，一邊繼續(xù)使用高壓水，直至將管內(nèi)環(huán)氧鐵砂全部清除（見圖10）。

6　試驗(yàn)總結(jié)

（1）本實(shí)驗(yàn)對(duì)取出吊桿錨頭的方法和工藝進(jìn)行了研究，得到了有效的施工方法。

（2）通過(guò)小型試件試驗(yàn)，采用了噴水法、機(jī)械鉆孔法和熔融法，發(fā)現(xiàn)高壓噴水法去除環(huán)氧鐵砂是有效的，另兩種方法無(wú)法清除導(dǎo)管內(nèi)環(huán)氧鐵砂。

（3）吊桿導(dǎo)管內(nèi)環(huán)氧鐵砂分為PE護(hù)套段、散絲段和錨頭段，對(duì)不同部位采用針對(duì)性的方法，有效去除了管內(nèi)環(huán)氧鐵砂，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)的目的。

圖10　全部清除掉環(huán)氧鐵砂后的導(dǎo)管內(nèi)部

a.經(jīng)過(guò)不同形式噴口噴槍的試驗(yàn)，具有兩個(gè)斜前方噴口加兩個(gè)側(cè)后方噴口的噴槍可以兼顧效率和效果，PE護(hù)套段可采用這種噴槍進(jìn)行施工。

b.散絲段由于鋼絲的影響，使得導(dǎo)管管壁和鋼絲間距離過(guò)小，槍頭無(wú)法伸入，必須拆除錨頭后，從下面進(jìn)行處理。先對(duì)錨頭進(jìn)行機(jī)械鉆孔，將錨頭鉆成蜂窩狀，鉆至錨頭與環(huán)氧鐵砂的交界面，然后用火焰切割孔之間的連接部分，拆除錨頭。

c.拆除錨頭后，采用水射流清除鋼絲間的環(huán)氧鐵砂，露出鋼絲，將露出的鋼絲進(jìn)行割除，然后再?zèng)_，如此循環(huán)，直至清除導(dǎo)管內(nèi)全部環(huán)氧鐵砂。

U445.7

B

1009-7716（2016）03-0108-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.031

2015-12-02

朱妍（1969-），女，遼寧北票人，高級(jí)工程師，從事路橋管理工作。