非洲地區(qū)舊懸索橋全吊索更換施工工藝技術(shù)

◎ 徐濤 王志果 廉政 蔣宇輝 中交二公局第二工程有限公司

莫桑比克SAVE河舊懸索橋的吊索布置為國內(nèi)少見的斜吊索形式，為降低全吊索更換的施工的風(fēng)險，從工藝流程角度全局性地把控整個更換過程；同時為適應(yīng)吊索在國內(nèi)工廠加工半成品后再轉(zhuǎn)國外現(xiàn)場灌注制作成品的模式，本文圍繞SAVE河舊懸索橋的全吊索更換施工工藝流程和現(xiàn)場灌錨技術(shù)展開了一系列研究。

1.工程概況

SAVE河舊橋位于莫桑比克伊尼揚巴內(nèi)省與索法拉省交界，是一座長870m（120m+210m×3+120m）的四塔五跨懸索橋，橋面寬度11.6m，布置2 條寬3.6m 的車道和2條寬1.85m的人行道。橋塔為鋼筋混凝土門式橋塔，2肢塔柱之間設(shè)置有鋼筋混凝土橫梁及斜撐，使橋塔在橫向成為一個框架體系。

主纜的公稱直徑為190mm，由鍍鋅平行鋼絲組成。原吊索的公稱直徑為55mm，由鍍鋅平行鋼絲組成，通過索夾與主纜連接，交叉錨固在橫梁上。原吊索在主梁上的錨固距離為10m。為提高橋梁的整體剛度及抑制風(fēng)振，全橋的原吊索為斜向設(shè)計，并在主梁內(nèi)安裝有2道縱向剛性索鋼束。

在運營41年后，該橋發(fā)現(xiàn)了吊索系統(tǒng)疲勞和混凝土梁損壞等問題。且在本次吊索更換前，橋梁已經(jīng)在限載狀態(tài)下運營了多年，期間也發(fā)生過斷索的事件。考慮到吊索本身的缺陷問題、大部分吊索病害較為嚴(yán)重以及吊索受力極不均勻等因素，除兩端剛性吊索外全部吊索，本次吊索更換共需更換共328根。

新吊索采用預(yù)制平行鋼絲束，鋼絲束外擠包黑色HDPE 進(jìn)行防護(hù)，護(hù)套外徑54mm；鋼絲采用直徑5.0mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度不小于1860Mpa。鋼絲束外擠4.5mm厚黑色HDPE進(jìn)行防護(hù)，每根吊索由61根鋼絲組成。最短索約12.5米，最長索約34米，共328根，鋼絲總量約63噸[1]。

2.全吊索更換順序及吊索更換工藝流程

全吊索更換的施工內(nèi)容主要包括：臨時吊索的安裝、索夾復(fù)位及主纜纏絲防護(hù)的修復(fù)、原有吊索拆除、新吊索安裝、橋面線型與索力的調(diào)整等。根據(jù)該懸索橋自身的設(shè)計結(jié)構(gòu)和吊索更換工藝的特點，從全橋角度確立吊索更換順序，并對單組（或單根）吊索更換的施工工藝流程進(jìn)行研究，對確保吊索更換順利進(jìn)行具有重要意義。

2.1 全吊索更換先后順序

吊索更換總體上分為4個以主塔為對稱中心的施工單元，且按主塔施工單元次序依次進(jìn)行更換，在每個主塔施工單元內(nèi)均遵循兩個對稱原則，即“大小里程（以主塔為對稱軸的前后側(cè)）對稱更換”以及“上下游（左右幅）對稱更換”。

具體更換順序如圖1。

圖1 吊索更換施工順序圖

順序1：1#塔塔區(qū)吊索更換。

順序2：從1#塔同時向邊、中跨對稱更換吊索，邊跨至更換完成，中跨更換至跨中位置。

順序3：2#塔塔區(qū)吊索更換。

順序4：從2#塔同時向1#塔、3#塔對稱更換至跨中位置。

順序5：3#塔塔區(qū)吊索更換。

順序6：從3#塔同時向2#塔、4#塔對稱更換至跨中位置。

順序7：4#塔塔區(qū)吊索更換。

順序8：從4#塔同時向邊、中跨對稱更換吊索，邊跨至更換完成，中跨更換至跨中位置。

順序9：跨中非對稱吊索更換。

順序10：全橋吊索索力測試和橋面線形調(diào)整，安裝HDPE整體防水罩，完成所有施工任務(wù)。

2.2 吊索更換工藝流程

在每個主塔施工單元內(nèi)，吊索更換基本以同一個索夾連接的2根吊索（上下游對稱共計2個索夾及4根吊索）為一組由主塔向跨中的方向依次進(jìn)行更換施工。過程中，現(xiàn)場根據(jù)施工進(jìn)度需求保持臨時吊索的同步安裝與轉(zhuǎn)移，主纜操作平臺的同步行走以及梁底下車的同步移動。

3.吊索更換施工工藝

3.1 吊索更換施工步驟

如前所述，吊索更換在每個主塔施工單元的主塔位置開始，即先更換一次主塔區(qū)的吊索，再以主塔為對稱中心，大小里程側(cè)同步循環(huán)更換非主塔區(qū)的吊索直至跨中結(jié)束。

以同一個索夾連接的2 根吊索為一組施工對象，大小里程側(cè)對稱施工，也即每次更換2組吊索。每次更換施工結(jié)束，均完成8根舊吊索的割除與對應(yīng)8根新吊索的安裝（大小里程側(cè)對稱施工，單側(cè)2 對，共計4對）。當(dāng)混凝土橫梁上的2對交叉吊索被更換完成，臨時吊索索力伴隨落梁結(jié)束全部轉(zhuǎn)換至新吊索，且橋面線形及新吊索索力達(dá)到預(yù)期目標(biāo)時，該橫梁對應(yīng)的臨時吊索方能拆除并移至下一個安裝位置。

伴隨著吊索更換的進(jìn)行，臨時吊索的安裝位置和主纜操作平臺（平臺一次移動可以覆蓋2個前后相鄰的主纜索夾）也需由主塔逐步向跨中方向移動。

步驟一：

在主塔區(qū)域安裝5對臨時吊索系統(tǒng)，其中一對臨時吊索系統(tǒng)借助H型鋼設(shè)置在主塔橫隔梁與斜撐形成的空隙處，而其他4對臨時吊索系統(tǒng)對稱設(shè)置在主塔兩側(cè)的主纜上。

安裝臨時吊索T1、T2、T3、T4、T5和標(biāo)記索夾A1、A2、A3和A4的正確位置。

接著分級緩慢張拉臨時吊索T1、T2、T3以提梁，使橋面標(biāo)高達(dá)到目標(biāo)高度（滿足線形調(diào)節(jié)目標(biāo)和施工操作空間的要求）。為了確保橋面的高程不會突然變化，臨時吊索T4和T5也應(yīng)稍微同步提升至合適的高程以使線形平穩(wěn)。

步驟二：

先對稱拆除舊吊索C1、C2 和C3、C4，再將索夾A1和A2復(fù)位至正確位置，最后按流程安裝新吊索H1、H2和H3、H4。

步驟三：

臨時吊索T1、T2、T3逐步卸載（T4和T5同步卸載緩降），使索力緩慢轉(zhuǎn)移至新吊索H1、H2和H3、H4。

監(jiān)控測量T2-T1-T3段橋面高程以及新吊索H1、H2和H3、H4的索力是否滿足設(shè)計要求。當(dāng)新吊索索力與橋面線型滿足設(shè)計要求時，拆卸臨時吊索T1，并將T1移至T6位置，同時在T7處添加一對新的臨時吊索。當(dāng)不滿足要求時，再次張拉臨時吊索系統(tǒng)，增減新吊索下錨頭位置的墊片對新吊索索力與橋面線形進(jìn)行調(diào)整，直至新吊索索力與線形滿足設(shè)計要求后拆除臨時吊索T1。

接著再次張拉臨時吊索T2、T4、T6以及T3、T5、T7，按上述步驟對稱完成舊吊索C5、C7和C6、C8的更換與監(jiān)控確認(rèn)。更換完成后，臨時吊索T2移至T6前一個位置，臨時吊索T3移至T7前一個位置，為下一組吊索更換施工做準(zhǔn)備[2]。

如此循環(huán)重復(fù)前述施工過程，直至完成整個主塔施工單元的吊索更換施工。

3.2 舊吊索的拆除、索夾的復(fù)位安裝與新吊索的安裝

在臨時吊索系統(tǒng)完全持荷且舊吊索完全釋放后，進(jìn)行舊吊索的拆除和新吊索的安裝等工作。

（1）舊吊索的拆除施工。舊吊索拆除前，施工人員需在吊索上錨頭以及橋面附近分別安裝牽引繩，舊吊索下錨頭處原有的墊片可自由移除。施工人員通過切割機(jī)將舊吊索沿橋面索導(dǎo)管的位置切斷，接著通過旋轉(zhuǎn)索體來釋放舊吊索上錨頭與主纜索夾的連接，最后通過上錨頭附近的牽引繩捆牢舊吊索的上錨頭并將舊吊索上半部分緩慢下放至橋面。

舊吊索的下部分則在梁底操作平臺上將下錨頭連同索體拉出，再通過橋面附近的牽引繩拖拽至橋面，注意舊吊索無法從下方拉出時則采用手壓千斤頂輔助頂出下錨頭。

舊吊索移除后，需對索導(dǎo)管內(nèi)的銹蝕和雜物進(jìn)行清理，以便新吊索的安裝。

（2）索夾的防腐處理及復(fù)位安裝。在舊吊索拆除之后以及新吊索安裝之前，需先拆除索夾并進(jìn)行除銹、涂裝防腐及重新安裝利用。在重新安裝索夾時，施工人員需根據(jù)原索夾設(shè)計位置進(jìn)行測量，判斷索夾是否存在滑移，對發(fā)生滑移的索夾在除銹防腐后還應(yīng)按監(jiān)控標(biāo)記的新位置進(jìn)行復(fù)位安裝。此外，索夾螺桿的病害情況應(yīng)當(dāng)被重點檢查，若存在較明顯病害如腐蝕嚴(yán)重或存在裂紋等，需更換為新的螺桿。

索夾復(fù)位的順序：拆除索夾、主纜索夾安裝部位防腐處理、復(fù)位的測量與放樣、索夾復(fù)位安裝、張拉索夾螺桿。

1）索夾拆卸清理。舊吊索拆除后卸下索夾，舊索夾拆除采用電動扳手與電鉆配合將索夾螺桿卸力，索夾螺桿無法擰動時采用砂輪切割機(jī)將索夾螺桿切斷，再用電鉆或風(fēng)鎬將索夾上下兩半敲開，取下索夾對主纜索夾位置和舊索夾做防腐處理，并對主纜索夾安裝位置與舊索夾接觸面做處理，使索夾與主纜間的摩擦系數(shù)達(dá)到設(shè)計要求。

2）索夾安裝復(fù)位。在夜間溫度穩(wěn)定無風(fēng)時，根據(jù)設(shè)計要求對索夾放樣，索夾放樣采用全站儀放出吊索中心線與主纜天頂線的交點、用鋼尺量距法放出索夾天頂線交點至索夾兩端的距離，精確地放出各個索夾的安裝位置。

索夾由上下兩半組成，在索夾長度范圍內(nèi)，將上半索夾移至主纜安裝位置使索夾兩端和索夾中心線與主纜天頂線和主纜上索夾安裝邊線重合，將下半索夾調(diào)至主纜下的位置，并用臨時螺桿將索夾固定，注意保證索夾兩側(cè)兩半之間的槽縫是相等的。

3）索夾螺桿安裝與緊固。施工人員按要求用永久螺栓替換索夾安裝的臨時螺桿，注意避免移動索夾的位置，用液壓式扭矩扳手對拉桿施加軸力，軸力導(dǎo)入過程中注意防止主纜索股鋼絲夾進(jìn)索夾兩側(cè)的企口縫內(nèi)，并應(yīng)使索夾兩半合縫均勻。當(dāng)索夾螺栓張拉至企口縫咬合一部分，再次檢查索夾位置，確認(rèn)無誤后，繼續(xù)用液壓式扭矩扳手導(dǎo)入軸力至預(yù)定扭矩，并鎖緊螺母，索夾螺栓緊固力根據(jù)設(shè)計確定，整個緊固張拉過程應(yīng)分次對稱完成[3]。

3.3 新吊索的安裝以及安裝后調(diào)整

新吊索安裝前，需先對橋面梁內(nèi)預(yù)埋的索導(dǎo)管進(jìn)行除銹打磨，安裝過程中應(yīng)避免索導(dǎo)管內(nèi)壁對新吊索PE護(hù)套的磨損。另外還需做好兩個準(zhǔn)備，一是在待換吊索上端索夾錨固附近用卷揚機(jī)在主纜上設(shè)置吊點，二是在橋面吊索錨固點的橋邊緣用土工布或者導(dǎo)向輪鋪墊。

吊索需從放索盤拉出以防止PE受損，在距吊索上端端頭3米處安裝起吊抱箍，施工人員利用卷揚機(jī)將吊索全部從放索盤里提出，使吊索懸吊在空中，接著將吊索緩慢從導(dǎo)向輪上下放至橋底，如果橋底凈高低于吊索長度，錨頭下放至橋底的施工平臺時則需采取手拉葫蘆將錨頭錨固定在橫梁上，確保吊索完全下放到橫梁底。

在橋底施工平臺上通過人工將吊索上端頭沿索導(dǎo)管穿出至橋面，橋面同時用提前連接好的麻繩從橋面輔助拖拉，新吊索上端頭穿出橋面后繼續(xù)拉出索體進(jìn)入現(xiàn)場灌錨工序，即對半成品新吊索通過灌注上端錨具以完成成品吊索的制作。待上端錨具灌注并頂壓完成后，采用卷揚機(jī)提高吊索與索夾連接。

4.結(jié)語

SAVE河舊橋全吊索更換施工工藝流程為施工全過程給出了綱領(lǐng)性指導(dǎo)，不僅明確了全橋四塔五跨全吊索更換施工的先后順序、流程工藝以及施工步驟，同時還總結(jié)了主纜上索夾的復(fù)位安裝以及新吊索安裝的施工方法。本文工藝技術(shù)的研究，為同類型舊懸索橋加固項目尤其是資源相對匱乏的海外項目施工模式提供了一種經(jīng)濟(jì)高效且安全可行的借鑒。