人行钢箱斜拉桥换索施工控制理论的分析与研究

徐庆军

(黑龙江省牡丹江高速公路管理处，黑龙江 牡丹江 157006)



人行钢箱斜拉桥换索施工控制理论的分析与研究

徐庆军

(黑龙江省牡丹江高速公路管理处，黑龙江 牡丹江 157006)

基于实际工程对人行斜拉桥的换索理论进行分析与研究，工程所采用的施工控制系统及换索施工过程中所采取的施工工艺，在实际工程中得到了应用，实践证明工程所采用的控制理论是正确的具有指导意义的，这对同类人行钢箱斜拉桥的施工控制提供了技术支持与理论依据。

斜拉桥；换锁；施工控制

1 工程背景

彩虹桥位于哈尔滨市一机路上，南直路东侧，跨越铁路线，该桥为人行钢箱斜拉天桥，仅供行人和非机动车通行。

该桥为一座偏东西走向单塔斜拉人行天桥，共由8跨组成，其中主桥为2跨单塔斜拉桥，两端各3跨简支矩形梁梯道桥，桥梁总长为169.6 m，跨径组合自东向西依次为：3×12.5 m(东端3跨简支矩形梁梯道桥)+2×47.0 m(主桥，2跨单塔斜拉桥)+3×12.5 m(西端3跨简支矩形梁梯道桥)。

由于受建造时技术条件的限制，钢丝拉索采用外套PE管，近年来，斜拉索的保护层已出现老化现象，钢索、锚具也有不同程度的损坏和锈蚀，根据《公路桥涵施工技术规范》JTG-TF50-2011、“哈尔滨市一机路彩虹桥的加固工程施工图设计”的要求，为保证桥的质量和安全，哈尔滨市一机路彩虹桥须进行换索加固。新索采用规格为37φ5的平行钢丝，钢丝强度为1 770 MPa进行换索设计。

2 施工控制内容

斜拉桥换索施工控制的内容主要包括。

(1)依据确定好的换索施工方案，按照一定的换索先后顺序，借助大型有限元软件，对整个要换索的桥梁进行实际模拟，对每一施工阶段结构所产生的内力及变形进行准确的理论计算，从而得到各个施工阶段下的不同施工控制参数的理论数据，并形成可行的控制文件。

(2)在换索施工过程中，容易出现很多因素影响换索过程中的索力控制，施工因素及环境条件对现场的实测值与理论值的差别影响很大，所以在换索施工过程中要采取一定的方法加以控制。

(3)在换索施工过程中，一定要按照预先的方案，指定的顺序进行施工，同时通过仿真模拟分析在完成一个阶段的施工后，给出下一个施工阶段的预测值，包括斜拉索的索力、主梁标高等，使换索施工顺利进行。

3 人行斜拉桥换索施工控制系统

在斜拉桥换索施工控制的过程中，由于斜拉桥结构的复杂性及施工技术难度大，因此需要对换索施工控制的过程建立一个比较完善的控制系统，因为在换索工程结束后，桥梁要求达到合理的成桥状态，使桥梁结构的内力受力均匀，桥梁施工结束后，结构体系更加安全，所以有必要建立这样一个施工控制系统，施工控制系统主要由以下几个系统组成。

(1)检测系统：一般包括桥梁的标高检测、索力检测、主塔变形检测、应力检测等，施工现场通过使用相应的检测仪器进行现场检测，将所测数据及时处理，与理论数据进行对比分析。

(2)施工计算系统：本系统所需要计算的内容应准确以控制桥梁的正常施工，计算前需对整个换索工程的施工方案进行深入了解，通过模拟不同的施工阶段，确定各施工参数的标准值，方便对施工过程进行控制。

(3)误差因素分析系统：在斜拉桥换索施工过程中，不可避免的会因为各种因素出现各种各样的误差，因此通过误差因素分析系统进行控制调整。

(4)修正控制预报系统：本系统为斜拉桥换索施工控制系统中的核心部分，通过本系统调整每一施工阶段所产生的误差，以避免本阶段的误差累积到下一施工阶段上，并对下一施工阶段的参数进行预报，以方便换索施工顺利进行。

4 换索施工控制的影响因素

(1)结构参数的影响：在斜拉桥换索施工过程中，结构参数对其施工的影响是最重要的，结构参数的准确程度直接影响到桥梁成桥运营的安全性，往往在桥梁施工过程中，实测的一些结构参数与理论计算产生的施工控制结构参数是存在一定误差的，因此，要保证结构参数的理论计算尽可能准确，使实测的结构参数与理论的数值相接近。

(2)施工荷载的影响：在斜拉桥换索施工过程中，施工荷载的影响是不可忽略的，它对换索过程中的索力、主梁标高等的影响很大，在进行结构分析时，必须要考虑施工荷载的作用，以保证结构分析的准确性。

(3)施工工艺的影响：在斜拉桥换索施工过程中，由于换索工程的施工工艺有很多，而在换索施工控制的过程中，由于现场施工操作的原因也会导致成桥内力状态与目标成桥状态不一致，因此要严格按照施工工艺流程进行施工。

(4)施工监测的影响：在斜拉桥换索施工的同时，也会有施工监测部门对施工过程中的结构参数进行实时监测，包括索力监测、标高监测等，在施工监测过程中，容易因监测仪器的精准程度、操作人员的操作技能、现场的工作环境等因素而使对结构参数的监测造成一定的误差，因此，在施工监测过程中每一个环节都要做到细致入微，尽可能的使换索后的桥梁结构状态与目标的桥梁结构状态相一致。

(5)结构分析模型的影响：在斜拉桥换索工程开始前，需要对整个换索过程进行实际模拟，以保证桥梁换索的正常施工，提供有效的施工参数，但实际进行模拟时，往往不能完全的真实模拟出所有内容，都会在一些假定的条件下进行简化模拟，因此，在建立模型的过程中，应通过反复试验并通过经验模拟出实际工作状态。

(6)环境温度的影响：温度的变化对桥梁结构内力的影响是不容忽视的，尤其是主梁采用钢箱梁的情况，因此，在桥梁换索施工过程中一定要重视温度的变化的影响，考虑温度变化会对桥梁结构内力产生怎样的变化，因此要求在建立结构分析模型的同时也要考虑温度的影响，这样才能使模拟的桥梁状态与实际的桥梁状态相接近。

5 换索施工控制的施工工艺

5.1 安装临时索施工工艺

临时索的安装按照以下施工工艺进行。

(1)在主塔原索索鞍旁设置临时索的索鞍，方便临时索的安放，在原索钢锚箱位置，新增焊接钢板，设置临时锚箱，以保证临时索的锚固。

(2)在桥梁两端各安放一台卷扬机，将临时索运送到施工现场，利用已经安放好的卷扬机将临时索安放到位。

(3)张拉临时索，按照设计索力的索力值，采用液压千斤顶设备，由主塔侧(内侧)向梁端侧(外侧)依次张拉。

(4)张拉过程中，通过千斤顶的油压表读数来控制目标索力。

5.2 拆除原索施工工艺

(1)采用接力螺母将其与原索进行连接，再将锚杆与接力螺母相连接，利用起重机将液压千斤顶套进锚杆，与反力架想靠近。

(2)进行原索索力的松张，启动千斤顶，利用千斤顶将锚杆向外张拉，此时锚杆将带动原斜拉索伸长，斜拉索处于超张拉状态，待伸长一定长度后，保持千斤顶的油压表读数，让施工人员将原索的锚固装置松动，然后慢慢卸掉千斤顶上的力，使原索处于松弛状态，索力为零。

(3)拆除原斜拉索，按照由梁端侧(外侧)向主塔侧(内侧)依次进行松张斜拉索索力，拆除原索。

5.3 安装新索施工工艺

(1)在主塔原索索鞍处将原索索鞍做重新处理，换上新的弧形夹片，在原索钢锚箱位置，切割掉原钢锚箱，焊接上新的钢锚箱，以利于新索的锚固。

(2)将新索运送到施工现场，利用卷扬机将新索安放到位。

(3)张拉新索，按照设计索力的索力值，采用液压千斤顶设备，由主塔侧(内侧)向梁端侧(外侧)依次张拉。

(4)张拉过程中，通过千斤顶的油压表读数来控制目标索力。

5.4 拆除临时索施工工艺

拆除临时索按照以下施工工艺进行。

(1)拆除临时索的施工工艺与拆除原索的施工工艺大致相同。

(2)拆除临时斜拉索，也是按照由梁端侧(外侧)向主塔侧(内侧)依次进行松张斜拉索索力，拆除临时索。

(3)将主塔索鞍位置旁的临时索鞍拆除掉，拆除原钢锚箱位置的临时锚箱及一些附属安全措施，完成临时索的拆除。

6 结 语

通过对彩虹桥换索施工控制理论的研究与分析，介绍了工程所采用的施工控制系统及换索施工过程中所采取的施工工艺，并在实际工程中得到应用，并证明了论理成果的正确性，这对同类人行钢箱斜拉桥的施工控制提供了技术支持，对斜拉桥换索工程具有指导意义。

[1] 顾安邦,张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京:机械工业出版社，2005.

[2] 向中富.桥梁施工控制技术[M].人民交通出版社，2006.

[3] 吴春丽.斜拉桥换索施工控制[J].桥梁，2006，(1).

2016-03-11

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1008-3383(2016)07-0078-02