摘要：上世纪九十年代，我国建造了大量的下承式系杆拱桥，该结构为梁和拱的组合体系，在城市道路跨越铁路站场时，这种结构因跨越能力大、受力合理、造型美观等优点被广泛应用。吊杆作为下承式系杆拱桥拱肋与桥面系间的关键传力构件，其安全性、耐久性关系到整个桥梁的安全，而早期修建的系杆拱桥由于桥梁长期严重超载、吊杆材料本身安全系数不高、施工过程中质量把控不严以及后期养护不到位503+7等原因，导致吊杆普遍存在锈蚀、损坏等问题，危及桥梁安全，对桥下铁路的运营安全产生了很大威胁。本文通过吊杆更换的工程实例，介绍系杆拱桥的吊杆常见病害及原因，研究采用临时吊杆法进行更换吊杆的施工方案，以及吊杆更换的施工监控内容。

关键词：临时吊杆、应力转换、锚头、施工监控

一、拱桥吊杆常见病害及原因分析

拱桥吊杆常见病害主要有吊杆PE护套破损;钢丝锈蚀或断裂;端头锚杯及锚头锈蚀。其常见病害及成因见下。

1.PE护套损坏

PE护套损坏多表现在表面划伤、裂缝、风化甚至断裂，主要原因如下：

（1）在桥上活载作用下，吊杆内力不断变化，钢索长度不断伸缩，防护材料变形相对滞后，紧密性受到破坏，循环交替，造成密封失效;

（2）在拉力长期作用下，吊杆随时间的增加产生松弛现象，进而引起PE护套的受拉开裂;

（3）使用环境的影响。经观察，所有护套的开裂是有吊杆的迎光面开始，紫外线及风化作用对护套的损坏力度较大;

（4）施工作业的影响。成品吊杆在运输和安装过程中，由于施工操作失误或重视程度不够，对吊杆的保护措施不到位，导致护套被碰或磨损，主要表现在护套纵向开裂较多;

（5）桥梁日常运营过程中，由于意外事故撞击导致护套材料表面出现划伤、磨损，甚至开裂。

（6）温度变化导致吊杆材料热胀冷缩，护套和钢索的材料膨胀系数差异较大，导致护套被胀破或拉裂。

当发现吊杆护套破损时，应及时对其进行修复：首先机械式清除套管受损部位，直到将完好管套裸露出来;然后运用丙酮进行局部清洗，再利用同护套材料焊条进行加载堆焊，等恢复到护套高度后，进行抛光整平。经修补的护套应光滑、整洁、耐用、连接性好。

2. 钢丝锈蚀与断裂

吊杆钢丝锈蚀乃至断丝是导致吊杆承载能力降低的最主要原因。吊杆外层钢丝特别是处于护套破损位置附近的钢丝锈蚀较为严重，吊杆下部由于积水往往锈蚀也较严重。在吊杆截面上，钢丝锈蚀程度由外向内逐渐降低。钢丝锈蚀与断裂数量较多时，会引起吊杆拉断，桥面应力急剧变化，酿成事故。引起钢丝锈蚀和断裂的主要原因有以下几点：

（1）吊杆防护套水泥浆的注入未充满至套筒顶;套筒上部浆液离析不凝固;套筒有裂缝，雨水、大气侵入;

（2）PE护套在吊杆架设过程中被割破或拉裂，且未进行及时修补，雨水和空气沿裂缝口进入腐蚀钢丝;

（3）吊杆拱桥为柔性结构，吊杆承担很大的荷载和活载，钢丝应力很高，风振的作用下要承受反复荷载，钢丝易发生应力裂纹;

（4）套管内压注的水泥浆会在凝结的过程中会发生泌水现象，产生的水在空气作用下，造成钢丝锈蚀。

吊杆腐蚀的主要原因是水分的侵入，渗水通道主要有：①吊杆外护套破损;②吊杆上锚头的封锚混凝十存在收缩裂缝;③吊杆下锚头的密封钢护罩损坏。

在日常检查中，发现钢丝锈蚀后，首先进行评估，若吊杆能继续使用，则按照下列原则进行修复：首先切除部分护套，露出锈蚀部分;清掉浮锈，然后涂两层环氧富锌底漆;用防锈油脂填充钢丝间空隙;最后对护套修复以密封钢丝束。吊杆钢丝锈蚀分布不均匀，外层钢丝特别是处于护套破损位置附近的钢丝锈蚀较为严重，吊杆下部由于积水往往锈蚀也较严重。若评估结果为吊杆不能继续使用，则应联系设计单位，对吊杆进行更换。

3. 端头锚杯或锚具锈蚀

（1）端头锚杯锈蚀

①上锚箱积水

吊杆上锚箱内积水主要是因为吊杆上锚头采用混凝土密封，由于施工控制不严，密封混凝土失效，导致雨水通过缝隙渗入上锚箱内，导致上锚头锈蚀。

②下锚箱积水

吊杆下端在横梁下锚固，在桥面与吊杆接触部位设置钢套筒对吊杆进行保护。由于钢套筒密封不严，顺吊杆流下的雨水可以通过套筒与桥面间缝隙进入套筒内部，或者吊杆刚护套预埋高度不够，现场雨雪处理不及时，导致预埋套管积水，或桥上冷凝水处理措施不到位，导致护套内进水，从而引起锚头和吊杆钢丝锈蚀甚至断丝。

（2）锚具锈蚀

锚头锈蚀非常常见，但其危害相对于吊杆钢丝锈蚀并不大，会降低吊杆的整体耐久性和承载力。锚头锈蚀主要是是因为锚杯盖密封不严、防锈油脂挥发、防锈涂层老化、锚垫板老化，再加上吊杆渗水及锚箱内积水导致的。

锚固构件锈蚀后，应首先除去锚固构件表面的油脂，手工除漆除锈，然后涂刷环氧富锌底漆两道，最后用防锈油脂涂覆。

下锚头渗水或积水应查明渗水来源并进行密封，对防护罩与锚垫板间的缝隙进行填充;重做桥面防水，对钢套管周围进行密封。平时桥梁日常维护中，雨雪天气后，及时对桥梁上积水积雪进行清除。

二、临时吊杆法进行吊杆更换的施工方案

1.施工准备

吊杆更换前，需做好充分准备，主要包括以下几点：

（1）测试全桥吊杆所里和桥面标高

吊杆更换是在交通管制的情况下进行的，应在此条件下测试全桥吊杆索力和桥面标高，作为更换过程中内力控制和线形控制的标准之一。

（2）在桥上搭设支架，构建工作平台

桥面上部及拱肋上作业内容需要在桥面及拱肋之间上进行，在桥面和拱肋顶之间搭设支架，建立空中施工通道和平台，便于吊杆更换施工。

（3）设置桥下施工平台

梁板横梁下的临时吊杆安装、吊杆底端混凝土凿除和新吊杆的安装需要在桥面下进行，因桥下多为铁路或河流，不适宜搭设固定施工平台，故根据桥下净空、结构物尺寸、位置、桥下交通需求，定制临时施工平台，桥下如为铁路，可考虑使用改装接触网作业车作为施工平台，如为河流，则可考虑临时挂篮作为施工平台。

（4）凿除封锚混凝土

由于吊杆两端的锚头被混凝土封锚，吊杆更换前要清除封锚混凝土，使吊杆锚头裸露在外面便于更换中卸除旧吊杆，但凿出的锚坑在满足施工要求的前提下尽量小，尽可能减小对拱肋面积的消弱。

（5）临时吊杆系统的准备

浇注三角垫块并保养到符合强度要求，准备好临时钢横梁和钢垫片，在人行道上安装临时吊杆的地方钻孔以穿过临时吊杆，使临时吊杆的上、下吊点保持在一铅垂线上，使临时吊杆竖直受力。安装临时吊杆系统，对张拉设备油压千斤顶进行标定，并安装千斤顶。

（6）割掉吊杆外护套

由于吊杆更换过程中要隔断吊杆钢丝，因此，必须事先将外层护套用气焊割除，并去掉混凝土保护层，露出钢丝。

（7）新吊杆准备

新吊杆采用工厂定制，派专人在工厂盯控，吊杆运输过程注意安全防护，吊杆到现场进行检查，应检查检测报告、合格证和质保书，进场后应按照对应的标准进行相应的进场检测合格后方能使用。确保新吊杆满足设计要求。

（8）交通协调

提前和交通部门进行协调，吊杆更换过程中进行交通管制。

2. 施工过程

临时吊杆法进行吊杆更换的施工过程分为旧吊杆的卸除和新吊杆的安装张拉。

（1）旧吊杆的拆除

旧吊杆的锚头埋在拱肋内，锚杯与导管间被灌入环氧砂浆，所以不能采取从锚头上方抽拉钢丝的方式卸除吊杆，只能逐根割断、逐根拔出，拆除吊杆内的钢丝。

首先，应凿除吊杆上、下端的封锚混凝土，露出锚垫板。其次，将旧吊杆索力逐步转移到临时兜吊系统，（旧吊杆钢丝束总数/设计循环次数=每次割断的钢丝根数，临时吊杆索力加载每次加载值=原吊杆内力/设计循环次数）。每个循环完成后，测定吊杆长度的变化，确定安全后继续对临时吊杆加载，割断旧吊杆钢丝，循环进行，旧吊杆分步割断，为了防止钢丝突然绷断，可采用软质材料绑紧旧吊杆使其起到阻尼作用。

当钢丝完全割断后，将钢丝从拱肋和系梁上拔出，称为“拔丝”，拔丝后，用钢刷去除原有锚垫板和导管内侧表面的铁锈等附着污物，再用丙酮清洗二次除锈。

（2）新吊杆的安装

新吊杆的锚头应移到拱肋外，便于再次更换，安装过程分为下面几步：

①安装新锚垫板

除锈工作完毕后，将防护钢管延长至设计标高，然后将拱肋内割断的钢筋重新焊接，并布置钢筋网，设置模板，灌入锚下快硬混凝土，待混凝土达到设计强度后，安装新锚垫板。

②安装新吊杆

首先，拧出吊杆上端螺母，装入系梁上预留孔道内;然后，启动卷扬机，将牵引钢丝绳由拱上预留孔道放下，使其连接头与吊杆上端锚杯相连接;最后，再次启动卷扬机，缓慢将吊杆向上牵引，穿出拱肋内的预留孔道，拧上两端螺母，卸下牵引连接头。

③新吊杆张拉

锚垫板和新吊杆安装后，采用逐级加载的方式，对新吊杆张拉逐级加载张拉，临时吊杆逐级卸载，转换过程要求同旧吊杆与临时吊杆应力转换过程。

新吊杆张拉的具体步骤如下：①按顺序安装撑脚、减震块、张拉杆、千斤顶、张拉螺母及各油、电管线;②启动油泵，缓慢加压，开始张拉，一旦达到设计标高就立即停止张拉，同时对临时吊杆逐级卸载;③拧紧螺母，若拧紧螺母空间不够，则需要在螺母表面安装可拆卸的特制手柄，伸出预埋管外把螺母拧紧;④当一端螺母顶面调节至锚杯尽头，桥面还没达到设计标高时，需改在另一端锚头处调节螺母至设计要求或用垫垫片的方法进行调节。

④后续工作

新吊杆张拉到位后，拆除上、下吊点。对露出拱肋外的吊杆锚内灌注防腐油脂，外部加装防水罩和锚头罩，防止渗水和腐蚀;对外露的锚头罩、防水罩和锚垫板应进行防腐处理;对凿穿的车行道班内的钢筋在施工后应用新钢筋焊接补强，新吊杆更换完毕后，立即填上封锚混凝土。

三、吊杆更换的施工监控内容

吊杆更换过程中，进行吊杆内力和桥面标高双控的方案进行施工监控，结合设计施工图纸、吊杆替换说明等相关资料来制定吊杆更换施工的监控方案，利用有限元仿真技术对作业过程实施仿真分析;吊杆更换前，在各个吊杆的侧面人行道上沿纵向一条直线上以合适间隔均匀布置高程观测测点，拱肋的高程观测点，均共线布置在拱轴线内，沿桥向在桥面设数个等分点，观测点设在等分点对拱肋得到投影处，使用水准仪对桥面高程进行测量，桥面标高的固定测试点设置在附近视野开阔的固定建筑物房顶来架设仪器;过全站仪对拱肋高程进行测量;吊杆上贴应变片，测定吊杆内力变化;系梁与拱脚为刚性连接，吊杆更换时，测量其水平位移，预先将应变片贴在拱脚位置。

将吊杆更换前各吊杆的内力和桥面标高作为原始数据，运用震动频率法测算吊杆内力，并将测得的结果作为下个阶段切割旧吊杆和张拉新吊杆的依据。

吊杆更换过程中，对旧吊杆钢丝分级切割、临时吊杆分级加载过程中及临时吊杆分级卸载，新吊杆分级加载过程中，均对桥面高程、被替换吊杆附近桥面的标高、吊杆变形及拱脚应变进行观测，来保证桥面的变形与转角变化合理安全，并记录千斤顶油压表的数据，同时还应实时观测拱肋应力，来保证拱肋的应力变化幅度不超过规范容许范围。用全站仪和千分尺对吊杆长度、上下锚固点的空间坐标位置进行测定。

吊杆更换完成后再次对吊杆力和桥面线形实施测量，若桥面变形或吊杆内力出现不满足设计要求的情况则对这两项内容实施后期调试，保证吊杆内力、桥面线形均处于最理想状态，最后依据实测数据编写监控报告。

在施工现场，为确保吊杆更换过程中的桥梁结构安全，避免因施工对桥梁造成的应力急剧变化，应注意以下几点：

1. 吊杆应力转换过程中，对桥面高度的变化实施实时监控，保证桥面无较大变形而引起开裂，同时在整个施工期间，对桥面实施定期观测，保证桥面整体线形不会在施工期间出现明显偏移。

2. 吊杆更换过程中，通过对吊杆的内力控制，将吊杆的实际拉力与设计值之间的误差控制在设计规范允许范围内。

3. 经过后期对吊杆内力、桥面高程、桥梁线形的调试，使吊杆更换施工结束后桥梁的内力、线形与吊杆更换前相符，保证桥梁的受力状态无较大变动。

4. 为避免桥上车辆活载对吊杆更换过程中吊杆内力的影响，吊杆应力转换期间，应对桥上交通进行临时管制，应力转换时间选择在夜间交通压力较小的时候进行。

四、结语

从目前的桥梁建设状况来看，下承式系杆拱桥由于其受力合理，造型美观，仍被大量采用，今后还会建设大批的系杆拱桥，而早期已建设的系杆拱桥，由于吊杆腐蚀、损坏等原因，将面临着大规模的吊杆更换。鉴于下承式系杆拱桥的发展应用形势，开展该种形式桥梁吊杆更换技术的研究是及时和必要的，将为下承式系杆拱桥的设计提供新的思路和方法，提出有益的结论和建议，同时，通过对吊杆更换技术的总结和分析，为下承式系杆拱桥的吊杆更换提供较为完整的工艺流程、监控重点、维护建议，确保桥梁在运营期更换吊杆过程中的结构受力安全和更换后的结构使用安全，具有重要的工程意义和理论价值。

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