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摘要：介绍了软性兜吊系统进行体系转换来更换桥梁吊杆施工在现代桥梁建设中的应用，阐述了软性兜吊系统的组成及装置原理，归纳了更换吊杆施工的工艺特点。该技术较好的解决了吊杆更换施工中桥梁底部空间不足及跨越河道、山谷等不具备吊车作业条件的关键问题，值得推广应用。
关键词：软性兜吊系统；移动挂篮；吊杆更换
引言
系杆拱桥目前广泛应用于国内外各个城市建设，但由于此类桥梁吊杆本身设计使用年限相对较短，随着城市交通量的增加、超载情况发生，加快了吊杆系统的损坏，吊杆的定期更换也随之成为一个亟待解决的问题。
吊杆更换传统的施工工艺主要是通过精轧螺纹钢连接梁底钢制下托梁进行兜底的方法更换。该工艺作业环境要求较高，尤其在跨越多股电气化铁路等复杂条件下进行吊杆更换时，梁底下托梁安装作业空间受限、作业时间受限，下托梁重量大吊装困难。
本文以济南市顺河高架系杆拱桥维修加固工程为依托，多次调研、论证、评审，创新了一种移动挂篮结合软性兜吊系统更换吊杆的施工技术，解决了系杆拱桥上跨电气化铁路施工空间受限的难题，取得了良好的经济、社会效益。
一、技术原理
软性兜吊系统包含拱肋调平装置、上临时索、转换梁和下临时索四部分。工法是在桥梁翼缘板悬挂移动式动力小车作为人员操作平台，下临时索直接采用钢丝绳兜底与桥上转换梁连接进行吊杆更换。软性兜吊系统的下临时索是在传统钢制下托梁硬性兜吊系统上研发而成的。
本工法在拱肋上安装调平装置，通过上临时索（钢绞线）与桥上转换梁连接，转换梁连接下临时索下兜底（钢丝绳）形成整套临时兜吊系统。在临时兜吊系统受力后，将旧吊杆更换即完成施工。
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图1 临时兜吊系统示意图
二、施工工艺流程
三、操作要点
（一）施工准备
1.施工前需在桥上设置施工平台和人员上下通道，施工平台和人员上下通道采用脚手架搭设，支架外侧设置防抛网，且支架需考虑动力挂篮的行走空间。
2.施工使用的抱箍、钢箱、型钢等需提前在加工厂进行加工，经过检查验收后运至现场存放。
3.施工前提前与公路运输部门和铁路各管理部门沟通，签订相关配合协议，设置桥上围挡和临边防护。
（二）移动挂篮安装
1.动力式移动挂篮由轨道、锚固螺栓、动力移动和液压升降挂蓝等组成，施工作业时可移动至横梁底部，作业结束后可将其移动至临近横梁中间并提升底板不妨碍通车线路正常运行，同时需作好防坠、防电等安全防护措施。轨道安装好以后需要做接地措施。
2.挂篮组成如下图所示：
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图2 施工工艺流程图
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图3.移动挂篮
3.安装流程：
（1）整平桥上轨道安装区域地面，铺设轨道安装板（规格为900*200*t16），利用M16的化学锚固定牢固。
（2）安装P50轨道，与轨道安装板焊接牢固，两轨道中心间距为600mm，外侧轨道中心距离拉索中心距离为1350mm。
（3）安装动力装置和挑梁支架。
（4）在动力装置规定区域安装配重块，配重≥1.5t。
（5）安装挂篮组件和横梁。
（6）安装液压控制主站及其管路。
（7）各零部件安装检查，确保牢固、可靠。
（8）安装完成后先试运行，确保挂篮安全可靠后方可正常使用。
（三）辅助孔施工
1.每根既有吊杆四周钻取4个辅助孔用于穿钢丝绳，辅助孔位置与拱肋上横梁穿锚具位置垂直对应。必须注意钢丝绳总股数小于辅助孔直径的2/3，以保证来回穿钢丝绳时的顺畅。
2.在既有线上方作业时需考虑行车安全和施工效率。钻孔一般分两步进行，第一步点外作业，用水钻先在桥面钻取桥面厚度2/3深；第二步天窗点内作业，利用铁路天窗时间点，先将移动挂篮移动至对应横梁下方，在有挂篮防护的情况下，然后将剩余部分钻穿。
3.辅助孔不使用时和钢丝绳固定完成后必须采用塑料布塞紧，防止桥面杂物通过孔洞掉入桥下影响铁路行车安全。
4.施工完毕后，采用不低于梁体设计强度的混凝土进行封堵。
（四）拱肋调平装置安装
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图4.拱肋调平装置
1.拱肋调平装置由抱箍、调平钢箱和上横梁组成，各部位材料为Q345B钢板和型钢双面坡口全熔透、角焊缝焊接而成，每根吊杆设置4组调平装置。抱箍固定在拱肋上，起到固定和防止位移的作用，抱箍钢箱起到调平作用，上横梁作为锚具的固定平台。
2.安装流程：
（1）调平钢箱与抱箍焊接，焊接时必须用水平尺进行调平后方可固定。焊缝质量应满足钢结构焊接规范要求。
（2）根据旧吊杆位置，测量均分出拱肋抱箍位置，利用支架作业平台和手拉葫芦安装抱箍，抱箍采用高强螺栓栓接，利用电动扳手控制扭矩力，抱箍与拱肋间设置橡胶垫圈。
（3）上横梁居中安装在钢箱上，根据实际情况设置调平垫片。
（五）转换梁安装
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图5.转换梁
1.转换梁由Q345B钢材加工而成，采用双拼WH300×200×12×16H型钢坡口全熔透焊接，加设加劲板，上下面焊接25mm钢板，上转换梁和下转换梁设置两组。上转换梁作为千斤顶作业平台并连接精轧螺纹钢，下转换梁通过钢绞线与拱肋调平装置连接。
2.安装过程：
（1）转换梁在场区焊接完成，经过验收合格后运至现场。检验内容主要为钢材原材和焊接质量。
（2）在拼装转换梁位置，用脚手架搭设施工平台。
（3）利用手拉葫芦等吊装设备，将下转换梁吊装至设计高度，固定后在进行上转换梁吊装。转换梁就位时，需用水平靠尺调节转换梁水平。
（4）转换梁设置高度应充分考虑到方便安拆下临时索及动力挂篮行走空间。
（六）上临时索连接安装
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图6.上临时索
1.每根吊杆设置4组上临时索，临时索由单束多根钢绞线组成，上临时索从下穿过转换梁，最后固定在上横梁上。横梁上端锚具配工具锚板、工具夹片固定；转换梁下端锚具配工具锚板、P型挤压套，固定在下转换梁下方；工具锚板及工具夹片可反复使用。
2.下转换梁采用挤压P锚：P锚制作时钢绞线一端安装挤压套，挤压套在挤压时油压值控制在25Mpa-35Mpa之间。挤压好的挤压套端部有钢绞线外露或钢绞线与挤压套端部齐平为合格，如出现挤压套端部钢绞线在挤压套内部，必须得重新挤压。下转换梁下端反装锚板，将挤压好带有P锚头的钢绞线从转换梁下方往上穿出上横梁。在穿钢绞线时应保证钢绞线孔位一一对应，严防打绞。
（七）下临时索连接安装
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图7.下临时索
1.下临时索包含精轧螺纹钢筋、钢丝绳及连接装置三部分。
2.四根预应力精轧螺纹钢筋连接上转换梁与连接装置，上下各设置配套螺母，并与上转换梁上安装的千斤顶配套进行张拉。
3.每根精轧螺纹钢配1组连接装置，连接装置由Q345B钢材焊接制作而成，包括底座、腹板和销轴。精轧钢穿过底座，用螺栓固定，钢丝绳与连接装置采用销轴固定。连接装置安装过程需在同一水平面上，销轴的位置需与辅助孔垂直对应。
4.兜底钢丝绳为2根Φ32钢丝绳，每根钢丝绳穿过辅助孔和梁底缠绕4道，采用销轴与连接装置连接。钢丝绳接头采用绳夹锚固，锚固质量符合规范要求。穿钢丝绳前，在辅助孔对应的下横梁底部拐角安装固定钢护角，钢护角焊接钢筋挡把，用以固定钢丝绳防止受力滑动。
5.铁路营业线施工时，相应工序按照相关铁路营业线管理办法实施。
（八）临时兜吊系统张拉
1.临时吊杆张拉时实行双控，以桥面既有线型控制为主，吊杆伸缩量、吊杆力控制为辅，并严格执行加载力0→20%→40%→60%→80%→100%的分级张拉原则，每级张拉需经过测量确定桥面标高稳定后方能进入下一级张拉。
2.采用四台YCW60千斤顶对精轧螺纹钢进行同步对称张拉。张拉装置采用一台油泵通过四通阀控制四台千斤顶，保证千斤顶同步受力。要对桥面及拱肋标高进行实时监测，桥面标高上下位移不能超过设计要求误差范围。
3.伴随着兜吊系统张拉力的逐渐加大，一般张拉力达到设计的40%时，桥面高程会有变化，旧吊杆钢丝割除的数量主要是根据实测的高程变化确定，桥面高程超过10mm后，开始切割旧吊杆，以旧吊杆150根钢丝为例，一般割除数量为：
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4.横梁的提升应分级缓慢进行，要求实时监测横梁吊点处标高，其上下变化值与相邻吊杆吊点的高差不得超过设计允许范围。
5.若在张拉过程标高提升的过大，需在每级张拉结束后根据加载力情况适当割除旧吊杆的钢绞线数量，用以释放旧吊杆的拉力来平衡桥面标高，直至旧吊杆完全割断。
（九）吊杆更换
在既有吊杆未预留更换条件时，由于横梁内预埋钢管内采用水泥砂浆进行了封堵，新吊杆安装前首先需要对横梁内的预埋钢管进行冲孔，然后再进行新吊杆的安装，具体施工工艺如下：
1.锚固端处理
旧吊杆下锚头割除，临时下兜盒安装，防止清孔时钻渣坠落桥下。上锚头拆除后，与既有吊杆一起用吊装设备运至场外。
2.拔丝
用油泵、千斤顶、工具锚板、反力架、连接器等张拉设备逐根拔除钢丝；拔除时需用切割机和墩头器先将钢丝束端部切平整。
3.清孔
采用同直径水钻，将既有孔内混凝土、水泥浆等取出。营业线上方施工时，清孔工作需进行封锁点外、封锁点内配合施工，封锁点外先进行2/3范围内清孔，封锁点内施工剩余1/3的清孔。
4.新吊杆安装
（1）安装之前须把吊杆吊至放索盘沿桥面放开。放索的目的一是检查吊杆拉索在制作及运输过程有否损伤；二是把卷盘时产生的应力释放掉。
（2）拉索两端锚头在进入预埋管前，在锚头表面喷涂一层5mm厚油性蜡。
（3）将上锚头吊至拱肋底后，将锚头与拱肋伸出的钢丝绳连接。
（4）拱肋内用葫芦继续牵引，直到上锚头露出垫板，套上球形支座，拧上螺母完成上锚头安装。
（5）将下锚头穿过下预埋管，套上球形支座，拧上螺母完成下锚头安装。
（十）新吊杆张拉
新吊杆张拉位置在拱肋上方的调平装置中心，为单向张拉。分五级对新吊杆进行逐步加载，相应地逐步减小临时吊杆力，使卸载的临时吊杆力等于加载的新吊杆力，直至完成临时吊杆与新吊杆的体系转换。加载力的大小按照0→20%→40%→60%→80%→100%进行，在张拉过程中，对桥面及拱肋标高要进行实时监测，控制桥面标高上下位移不能超过设计误差。
临时吊杆卸载以桥面高程变化为主要依据，当桥面高程增高1cm时，开始逐级同步减小临时吊杆张拉力，按照100%→80%→60%→40%→20%→0的顺序进行。
（十一）临时兜吊系统拆除
体系转换完成后，由下至上依次拆除临时兜吊系统：下临时索→液压系统→转换梁→上临时索→调平装置。
（十二）全桥调索
全桥吊杆更换完成后，根据设计提供应力以及现场实测桥面标高等数据，对新安装吊杆进行全桥调索。
四、质量控制
（一）更换吊杆施工需进行线形监控，施工监控有利于消除误差，保持桥梁原有状态，数据变形采集时间段与吊杆张拉宜在相同时间段。
（二）临时兜吊系统与旧吊杆，新吊杆与临时兜吊系统在体系转换时，严格控制张拉力，同时要对桥面及拱肋标高进行实时监测，桥面标高上下位移不能超过设计要求误差范围。应综合实测旧吊杆拉力、吊点的高程变化等参数实时对设计张拉拉力进行调整。
（三）移动挂篮的走行轨道注意轨道间距、平直度的控制，避免挂篮移动过程中脱轨。
（四）辅助孔钻孔时，严格控制辅助孔的垂直度，保证钢丝绳的受力状态。
五、安全措施
（一）兜吊系统的安装应仔细检查各个螺栓的扭紧程度、下横梁密闭紧贴横梁、转换梁螺母及精轧螺纹钢紧贴程度、钢绞线松紧度等，发现问题及时报告及时处理。
（二）兜吊系统应力加载到位后，动火切割旧吊杆钢丝时，除动火员外周边严禁围观，动火员切割钢丝必须听从监控指令，做到令行禁止，防止旧吊杆与兜吊应力体系转换不同步，出现桥面下沉现象。
（三）下锚头保护罩拆除应在有绝缘板、防火石棉布、防落物防护情况下进行。
（四）梁下施工所有施工人员必须佩带好安全带，安装螺母、切割等所需小型机械必须配有安全绳。
（五）安装桥下钢丝绳兜吊时，钢丝绳端头应设置安全绳（软绳），当钢丝绳穿过桥面辅助孔时，桥下作业人员立即牵引钢丝绳端头进行下横梁缠绕，同时将从另一端辅助孔穿过的牵引绳及安全绳与其进行连接，注意保护垫块安放。
（六）上跨铁路营业线施工时，按照铁路营业线有关办法做好行车安全防护。
六、效益分析
采用移动挂篮结合软性兜吊系统更换吊杆施工工艺简单、施工效率高。施工过程除上横梁外全部采用人工便可进行安装，使用桥面和桥底工作面积小。由于梁底采用钢丝绳兜底，占用梁底垂直空间小，也大大减小了梁底作业难度，避免了电气化铁路接触网的迁改。工法操作简单、工期短，工程成本相对较低。经过与传统方案对比，用钢丝绳软性兜底代替钢制下托梁，略去相同因素具体分析，省去了桥下铁路设备迁改费用，节省了部分机械费、材料费和人工费。
结论
综上所述，移动挂篮结合软性兜吊系统更换吊杆施工工法是对桥梁吊杆更换施工方法及工艺的一次创新。具有设备简单、操作简易、安全可靠，工期短、消耗少、成本低、效率高、施工易组织等明显的经济和社会效益。工法使用的设备和材料受场地限制少，受外界因素影响小，因此在适用性和经济方面有其优越性。在梁底可以直接采用移动挂篮作业，且使用的软性兜底简化了工艺，不需大型设备和专业性较强的作业人员在铁路营业线上施工，其设备简易经济，操作方法更易于一般作业人员掌握。
软性兜吊系统更换吊杆施工技术具有较强的适用性和安全性。对于不同类型、不同尺寸的桥梁吊杆更换施工可进行针对性设计，做到“量体裁衣”，使工程成本得到合理的控制。本技术方法适用于跨越电气化铁路、河道、山谷等桥下环境复杂的桥梁吊杆更换施工，推广应用前景十分广泛。
参考文献：
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