周明星  王戒躁  安群慧

（武汉市建设大道103号，湖北 武汉 430034）

摘要：由于受多种因素的影响，致使一部分斜拉桥运行一段时间后出现锚头锈蚀、斜拉索PE防护套老化、高强钢丝锈蚀等现象，需要全部或部分更换斜拉索，以保证结构的安全。文中结合八一大桥换索工程，介绍了换索设计原则、主要施工工序和是监控措施，以供同类工程参考。

关键词：斜拉桥；换索；施工监控

1 工程概况

        八一大桥是南昌市城区中心与昌北开发区联系的主要通道，其南岸连接市区，北岸接通庐山大道。

        大桥由主桥、南引桥、北引桥三部分组成，主桥全长1040m，分为两个外形对称的单元，桥孔布置为（50+2x160+3x50) + (3x50+2x160+50)m。主桥采用双独塔2x160m斜拉桥，主桥主孔为塔、梁、墩固接，主梁采用双主梁断面，悬臂浇注施工；副孔采用50米跨连续梁，主副孔连续，主梁由4片单箱单室的箱梁组成，现浇施工。桥梁布置如图I所示。

        主塔采用大直径钻孔桩群桩基础，“H”型承台，塔高103m,桥面以上塔高86m,下塔柱为矩形实心断面，中塔柱为矩形箱型断面，上塔柱为“H”型断面，塔上挂索采用交义锚固方式。

        斜拉索采用双索面、扇形密索布置，梁上索距为8m,拉索为PE护套柔性索。全桥共144根索。大桥于1995年11月5日开工，1997年9月29日建成通车。

图1 八一大桥总体布置图

2 桥梁主要病害状况及产生原因

        2005年对大桥进行了一次常规检测，检测内容包括主孔主梁（塔梁固结部位附近8米范围内），主塔、拉索、副孔主梁、墩台基础及支座、桥面系及附属设施。

        2007年又对大桥进行了承载能力方面的评定，并对大桥主孔主梁、斜拉索等进行了普查。

        两次评定结论均为：八一大桥为不合格状态，应立即进行必要的维修。

2.1 桥梁主要病害

2.1.1斜拉索病害

        斜拉索及其锚头的病害主要有以下六个方面：

        ①上锚头有不同程度锈蚀，部分锚头底部混凝土大面积脱落。其中部分上锚头在开锚检查时有积水。

        ②有部分减震器严重错位。 

        ③拉索保护层全部存在沿索长方向的微裂纹，有15根拉索PE套有严重开裂现象。 

        ④剖开部分有环向开裂现象的拉索保护套对拉索钢丝进行检查，发现拉索钢丝表面潮湿且有轻微锈斑，表明由于拉索保护套开裂，拉索钢丝受潮或有雨水流入，出现锈蚀现象。

        ⑤下锚头锈蚀严重，如图2所示。

        ⑥索力测试表明，与竣工实测索力比较，相差在5%以内的拉索占85%。索力相差大于5%的拉索占15%。

图2 锚头锈蚀

2.1.2主桥主孔梁体裂缝

        2#塔梁固结部位主梁侧面有超过4mm的裂缝，如图3所示。2#塔上游塔梁固结部位主梁测面裂缝以水平裂缝为主，最大裂缝宽度为4.30mm，下游塔梁固结部位主梁裂缝以斜向裂缝为主，最大裂缝宽度为4.40mm，最大裂缝超过8m，最大裂缝深度约28cm。

图3 塔梁固结部位主梁侧面裂缝

2. 1.3 桥梁线形

        上下游桥面高程最大差值为5cm，大部分差值在3cm内。桥面纵向线形不平顺，在2#塔附近有较大下凹。

2.2 病因分析 

        桥梁出现病害是多方面原因造成的，施工原因、超载、索力变化、收缩徐变等多种不利因素组合异致结构开裂，开裂后桥梁刚度下降、预应力受损乂导致病害进一步加剧，各种不良效应形成恶性循环，会加剧桥梁病害的发展。

3 桥梁加固维修措施

        (1) 对于斜拉索病害采取更换斜拉索的方法。

        (2) 主梁病害处理措施

        先对梁体裂缝进行压浆或封闭处理，对空洞及露筋填补环氧砂浆处理，恢复其结构完整性，然后采取粘钢或者粘贴碳纤维布的方式进打加固。对于塔梁固结部位主梁梁体病害采取粘钢的方式进行加固，如图4所示。梁体内外侧面采取粘贴一层纵向和一层竖向的钢板条、梁体底面采取粘贴一层纵向的钢板条进行加固，在钢板条的端部均设置钢板压条。其它部位梁体病害采取粘贴碳纤维布的方式进行加固，如阁5示。先在梁体底面粘贴一层纵桥向碳纤维布，然后在梁体侧面和底面粘贴一层U型碳纤维布，在碳纤维布的端部均设置碳纤维布压条。

图4 塔梁固结部位主梁粘贴钢板加固示意图（单位：cm）

图5 梁体粘贴碳纤维布加固示意图（单位：cm）

4 换索设计

        更换斜拉索主要从以下三个方面来考虑：

        (1)从目前斜拉索的病害程度和发展状况可以看出，对斜拉索进行简单的维修养护已不能满足桥梁整体受力状态的要求。

        (2)我国斜拉桥设计采用的斜拉索的寿命为25年，到目前为止，国内换索的桥梁大都运营10年左右时间，八一大桥斜拉索表面出现老化裂纹及拉索多处出现环状断裂，上、下铺头锈蚀、下锚头未封闭防腐，这种状况已经不能保证斜拉索设计寿命的实现. 

        (3)通过更换斜拉索可以调整整个桥梁不合理的受力状态。 

        换索按照以下原则进行设计： 

        (1)加固采用热挤聚乙烯护层成品索，索体为镀锌或环氧涂层高强钢丝。斜拉索必须符合《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》 (GB/T18365-2001)的技术要求。拉索有85Φ7、127Φ7、151Φ7、163Φ7、187Φ7、211Φ7共计6种规格。 

        (2)八一大桥已运营10年，经过多年运营，已使主桥处于稳定和均衡状态。本次换索的原则是尽量不改变结构的受力状况，适度调整索力和改变线型，以保持现有桥梁结构工作状态。

        (3)根据八一大桥所处交通位貿的要性，加固维修（包括更换斜拉索）期间不能中断交通

        (4)换索前，对大桥现有状态进行结构计算分析，判断桥梁是否存在受力不合理的安全隐患。

        (5)换索施工中以索力控制为主，标高控制为辅，二者兼顾，同时尽量避免和减少温度变化对换索控制的影响。 

        (6)换索顺序采用由长索到短索依次进行更换，两岸上下游同时进行。

        (7)换索完成后，通过对各斜拉索的索力进行调整，达到对全桥索力的优化。 

        (8)斜拉索的防水与防腐是保证斜拉索耐久性的一个重要保障。

        防水措施：①防水罩（将军帽）及不锈钢护管的构造及措施必须保证雨水在长期使用过程中不进入下端预埋管内；②上下端保护罩必须有密封措施，确保雨水不进入锚头内；③索体采用防水防腐措施。

        防腐措施：上下端涂建筑专用防腐油脂保护,并用保护罩密封；或者在防护罩内灌注聚氨脂发泡塑料。

5 结构分析模型

        采用平面杆系模型对换索各阶段进行计算分析。八一大桥施工时采用了悬臂浇注的施工方法，结构经过多次体系转换形成，建成后经过10年时间的运营，达到了换索前的状态。为了模拟该桥在换索前和换索施工过程中的结构状况，计算时对结构从悬臂施工阶段开始逐阶段进行连续多工况叠加，从而完成对结构内力、位移的累计工作，经过一定的调整使得换索前的计算状态与实际状态基本接近。换索和调索过程中结构的体系状态也在不断地发生转变，分析时按多个工况分析，各阶段的内力变化值与变位是换索工程中比较关心的内容.

        结构换索分析时取全桥结构。结构分析模型中包括了施工阶段、收缩徐变阶段、换索施工阶段。

        成桥状态附加力计算，需考虑温度影响。体系温差按±20℃,索、梁温差、主梁上、下缘及索塔左右温差按±5℃计算。

        主梁预应力钢束均以设计图为依据。

6 换索施工

6.1 施工颗序 

        为了保证桥梁的安全和梁体的加固效果，经过分析，应采取先更更斜拉索后粘贴钢板的顺序进行施工。

6.2 斜拉索更换方法

        八一大桥换索过程中采取限载通行的情况下进行两个主塔同步施工作业。全桥换索按双塔同时反对称进行，每塔一次更换同一索号的4根索。换索工艺流程为：

        换索准备工作→塔上放张→梁面放张→塔上拆除→新索上桥→梁上展索→塔端挂设→卷扬机牵引→梁下软牵引锚杯到位→塔端刚性牵引锚杯戴平扣→张拉→调索。

        更换每根斜拉索主要包括两方面内容：

        (1)旧索拆除

        斜拉索先通过张拉机具进行塔端刚性放张，直至索力小于20吨，再使用桥面20吨牵引系统将梁下锚固端拆除，最后用塔顶吊架将斜拉索张拉端放至桥面。 

        (2)新索安装

        斜拉索拟先进行桥面索体展开，再通过塔顶吊架进行塔端挂设，安装梁端并软牵引到位，最后塔端刚性牵引到位。新索安装时索力控制以拆索时所测索力为准。

6.3 施工期间交通 

        由于在换索过程中不能中断交通，为了保证换索过程中结构的安全，经过分析，拆索和安装索时需在一定时段内封闭交通，具体时段由现场施工监控人员控制。其余时段按照汽车-10级、双向2车道通行，无15吨以上重车通行。

6.4 施工监控 

        换索施工监控的目的是保证换索过程中结构的安全，保证换索后结构的内力及线形达到或接近设计值。

        斜拉索的工作状态是衡量斜拉桥是否处于正常背运状态的重要标志之一，精确测定索力对了解斜拉桥的工作状态显然十分重要。在换索工程中，索力的准确测量显得尤为重要。在新建桥梁时，影响桥梁内力及线形的因索较多，这虽然给施工控制增加了难度，但同时也给桥梁线形和内力的调整扩大了选择的余地。而在换索过程中能够进行调整的仅有索力一项，无论是使换索后的桥梁与换索前的桥梁工作状态(内力、线形)保持一致，还是希望通过换索对桥梁的状态进行改善，都必须以精确测量索力为前提。因此，换索过程中对索力进行同步监测，实际索力与设计索力的差异可以及时发现、及时调整，保证换索结束后索力与设计索力的差异在精确范围之内。索力测量在每天同-时间段内进行。 

        监控时对被换索和前、后索的索力进行监测，实时计算索力并控制索力进行比较、分析和判断，所得数据交给监理同时反馈给设计单位。

        斜拉桥主梁线形监控也是监控的重要任务，在实际测控中发现，斜拉桥线形对温度非常敏感，因此每一次测控时必须在同一温度稳定的时间段内进行。 

        根据全桥仿真计算分析，八一大桥在不中断交通条件下换索施工时，应采取了以下措施： 

        (1)根据每一个换索过程，跟踪计算由于索力的差异造成结构的内力变化；另一方面根据实测结果，优化原设计张拉值，以保证换索后桥梁结构的内力接近设计值。 

        (2)每更换-对拉索，均对被更换拉索前后3〜5组索进行测试，测试工况为换索前和换索后。施工单位的张拉数据须与监测单位的监控数据进行对比。 

        (3)每更换一对拉索，还必须跟踪测试被换拉索附近主梁标高的变化情况，如有异常，及时分析原因并采取有效措施。

        (4)换索过程中，还必须分阶段测试主梁的典型截面处（如2#塔梁固结部位主梁侧面)应力交化及主塔的偏移情况。

6.5 施工注意事项

        (1)换索施工过程和施工期间交通的组织应严格遵循对称原则。

        (2)施工材料及施工机具应放置于对桥梁影响较小的区域。

        (3)斜拉索起吊、存放、展开时要采取切实有效措施，避免损坏PE护套，以及碰损锚头螺纹。

7 结语 

        (1)斜拉桥虽有跨越能力大、结构形式简洁、受力明确，结构轻巧美观等优点，但制约其结构使用寿命的拉索腐蚀退化和振动疲劳衰减两大因素已构成了对结构耐久性的威胁和挑战，成为斜拉桥发展和营运中的研究课题，斜拉桥的换索问题成为人们关注的焦点之一。 

        (2)斜拉桥拉索的防护，是工程技术人员应该重视的问题，拉索防护衬料的质量直接影响斜拉桥的安全性和耐久性。 

        (3)—般情况下，由于斜拉桥所处交通位置的重要性，在换索时不能中断交通。如何保证在不中断交通情况下更换斜拉索既安全又快捷，是设计与施工人员值得研究的问题。 

        (4)应该清醒地认识到，维修后结构并非就万无一失了，应进行更为严格的维护管理，特别是对于超重车辆的控制，以确保结构安全。

参考文献： 

[1]王文涛.斜拉桥换索工程[M].北京：人民交通出版杜.1996.