拱橋舊吊桿錨頭固結(jié)端拆除方式探究

戴春洋，肖開軍，劉祥興

(廣東和立土木工程有限公司，廣州 511400)

0 引言

某拱橋全長1 092.1m，雙向4車道，主跨為(2×110m)中承式鋼筋混凝土吊桿拱橋，橋面總寬為13.35m，鋼筋混凝土橋面。根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖，需對全橋的34根吊桿進(jìn)行更換。

拱橋吊桿更換一般需要全橋封閉或者部分車道封閉，對市民生活影響較大。主管部門為減少對交通的影響，對工期要求嚴(yán)格。而根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，吊桿更換由于難度大、技術(shù)要求高、影響因素多，導(dǎo)致更換效率低下，無法滿足主管部門的工期要求。

1 舊吊桿拆除面臨的難題

舊吊桿上下錨頭與拱肋或橫梁、吊桿與預(yù)埋管均采用灌注水泥漿的形式，使部分吊桿與拱肋或橫梁形成整體。吊桿錨固長度長，空間小，施工受限，較大地影響了施工進(jìn)度。

采用目前的吊桿更換技術(shù)，如果要加快吊桿更換進(jìn)度，只有加大投入臨時(shí)吊桿、作業(yè)人員及機(jī)械的方式，這無形中增大了作業(yè)施工成本，且多根吊桿同時(shí)更換會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，加大吊桿更換的危險(xiǎn)性。

2 舊吊桿上下錨頭拆除方式分析

2.1 水鉆鉆孔取芯法

水鉆鉆孔取芯法采用空心鉆對索導(dǎo)管中高強(qiáng)水泥漿及鋼絲或鋼絞線鉆孔取芯(圖1)，達(dá)到清孔目的。由于水泥漿全部由漿液組成，無鋼筋骨架及粗骨料，采用空心鉆的方式是一種相對好的選擇，但由于吊桿預(yù)埋管與吊桿索體之間存在偏心，且水鉆長度越長(鉆桿長度最長為3.4m)，擺動(dòng)越大，偏心的幾率越大，常常導(dǎo)致空心鉆卡在鋼絲與索導(dǎo)管間隙，無法拔出，影響作業(yè)進(jìn)度。特別是拱肋由于上端為散絲段，容易在鉆頭鉆取過程中與索體鋼絲接觸，空心鉆頭磨擦高強(qiáng)鋼絲，造成鉆機(jī)損耗率大、工效較低、成本高。

圖1 水鉆鉆孔取芯

2.2 單根鋼絲抽絲法

單根鋼絲抽絲法是利用拉拔裝置組件采用液壓張拉千斤頂抽絲方式，單根抽拔吊桿拱橋舊吊桿的鋼絲或鋼絞線后，再進(jìn)行清孔(圖2)。

圖2 單根鋼絲抽絲

該施工方法是利用液壓張拉千斤頂抽絲的方式，單根抽拔鋼絲，鑿除高強(qiáng)水泥漿，以實(shí)現(xiàn)清孔的目的。優(yōu)點(diǎn)是人工作業(yè)強(qiáng)度小，可連續(xù)單根抽絲施工作業(yè)，工效高、進(jìn)度快、安全可靠，便于標(biāo)準(zhǔn)化施工；缺點(diǎn)是由于后期鋼絲采用小角度繞絲，抽拔力往往大于鋼絲墩頭的受力，直接破壞掉鋼絲墩頭。

2.3 整束拉拔法

整束拉拔法是將整束拉拔裝置組件安裝在橋面下，以液壓張拉千斤頂提供驅(qū)動(dòng)力，以高強(qiáng)螺桿為千斤頂張拉件，高強(qiáng)螺桿與拱橋舊吊桿待拔鋼絲錨頭之間通過連接器固定連接，采用液壓張拉千斤頂整束拉拔拱橋舊吊桿的鋼絲或鋼絞線錨頭后，最后進(jìn)行清孔(圖3)。

圖3 整束拉拔

整束拉拔拱橋舊吊桿的鋼絲或鋼絞線錨頭，機(jī)械化程度更高，施工作業(yè)時(shí)間相對較短，施工成本較低，既經(jīng)濟(jì)又安全可靠。但由于索體固結(jié)段較長，特別是拱肋端長達(dá)3m，拉拔力太大，對橋梁結(jié)構(gòu)可能造成一定的損傷。

3 吊桿更換時(shí)間分析

根據(jù)多座吊桿更換施工現(xiàn)場的調(diào)查，吊桿更換一般采用流水作業(yè)。人員安排上，一般專業(yè)性較強(qiáng)的吊桿體系轉(zhuǎn)換人員及安裝吊桿人員為同一班組人員，兜吊拆裝、取上錨頭、取下錨頭班組為專業(yè)班組人員，其他工作采用機(jī)動(dòng)安排。本文按工序作業(yè)人員數(shù)量、工作時(shí)長進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)得出單根吊桿從開始開孔鑿錨頭到新吊桿張拉完畢的時(shí)間為6d(順利的4d，難度特別大的時(shí)間長達(dá)10d)，每天的施工時(shí)長為10h，共60h，期間工藝時(shí)間分配組成見表1。

表1 更換單根吊桿時(shí)間

吊桿拆除上錨頭及拆除下錨頭的工時(shí)分別占吊桿更換總工時(shí)的33.7%、24.5%，拆除上錨頭和拆除下錨頭工時(shí)之和占吊桿更換總工時(shí)的58.2%，遠(yuǎn)大于其他各項(xiàng)工作的總和。據(jù)此可以看出，如果可以采取措施縮短上、下錨頭的拆除作業(yè)時(shí)間，對更換吊桿作業(yè)意味著整個(gè)吊桿更換的時(shí)間大大縮短。

4 高壓水射流拆除技術(shù)

鑒于預(yù)埋管與索體間填充的均為水泥漿，而水泥漿是一種脆性材料，其無鋼筋骨架及粗骨料填充，如果采用一種可以快速切削水泥漿的工藝，則可解決吊桿更換最困難的錨頭拆除問題。根據(jù)調(diào)研，項(xiàng)目決定采用高壓水射流的方式進(jìn)行錨頭固結(jié)端拆除試驗(yàn)和應(yīng)用。

4.1 高壓水射流作業(yè)機(jī)理

將常壓狀態(tài)下的水通過高壓水發(fā)生裝置(增壓器或是高壓柱塞泵)形成高壓，通過控制系統(tǒng)，最后以特制噴嘴噴出能量高度集中、速度非?？斓乃鱗5]。高壓水射流對物料的破碎作用主要為水射流對顆粒的沖擊及水楔作用。

圖4 高壓水射流工藝原理

本項(xiàng)目采用高壓水射流清除鋼絲與預(yù)埋管間的水泥漿，利用其不傷害鋼絲及鋼管，只清理填充的水泥漿的特點(diǎn)，保證了施工過程的安全、可控、高效。

高壓水射流噴桿直徑為10mm，管內(nèi)水流流通直徑為2mm，小于管壁與鋼絞線的間距30mm，即噴桿可以順暢地通過管壁與鋼絞線的間隙，可實(shí)施性強(qiáng)。

4.2 高壓水射流裝置

該裝置由五部分組成，分別是高壓水管固定座、高壓水管接頭定位座、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)座、爬升裝置和固定裝置等。

圖5 高壓水射流噴槍

圖6 高壓水射流裝置

4.3 高壓水射流拆除試驗(yàn)

所依托項(xiàng)目主橋上部結(jié)構(gòu)成橋施工工藝為先施工拱肋，再吊裝橫梁，施工完橋面鋪裝及永久荷載加載完畢后再行灌注吊桿橫梁段的水泥漿。通過以上分析可知吊桿錨頭單獨(dú)可以承受橋面永久荷載，采用高壓水射流清除掉1.2m灌注水泥漿對吊桿受力無影響。

4.3.1 場外試驗(yàn)

以現(xiàn)行工藝拆除下來的吊桿錨頭做樣品，在內(nèi)徑為130mm 的鋼管內(nèi)灌注高強(qiáng)壓漿料，同時(shí)留置試驗(yàn)塊，試驗(yàn)塊及樣品采用同一條件養(yǎng)生，養(yǎng)生28d后，測試試驗(yàn)塊的強(qiáng)度。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，試驗(yàn)塊強(qiáng)度平均為42MPa，大于原橋設(shè)計(jì)強(qiáng)度M30 的要求。試驗(yàn)時(shí)采用美國NLB 高壓水泵，能產(chǎn)生最大壓力為280MPa，最大流量為326Lpm。采用手持式噴槍，最大使用壓力為280MPa，最大用水量38L/min。試驗(yàn)區(qū)域設(shè)置在無人的空地上，利用鋼板進(jìn)行圍擋。試驗(yàn)采用分級加載水壓力，分別記錄其效果。根據(jù)測試，在壓力250MPa、流量16L/min的情況下，一根吊桿清除1.2m 深的水泥漿，需用時(shí)約160min，接近3h，比采用水鉆鉆孔節(jié)省40h以上，體現(xiàn)了高壓水射流的高效性。

4.3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

由于吊桿為橋梁的重要構(gòu)件之一，吊桿的受力復(fù)雜，為確保安全，采用漸進(jìn)式試驗(yàn)驗(yàn)證采用高壓水射流清除管內(nèi)水泥漿的安全性及可行性。

4.3.2.1 第一種情況(有兜吊)

舊吊桿先不切割，為確保安全，采用臨時(shí)兜吊承載吊桿部分荷載的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，臨時(shí)兜吊張拉力為10%索力，采用高壓水射流分級加壓，最高水壓力為250MPa，確定現(xiàn)場合適的水射流壓力，按確定的水壓力將橫梁內(nèi)預(yù)埋管與吊桿間的水泥漿清除1.2m深。在橋面上布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控每個(gè)階段到達(dá)對應(yīng)深度后測量橋面標(biāo)高的變化。

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況可得，清除管內(nèi)水泥漿適合的壓力為220MPa，流量為15L/min。清除管內(nèi)水泥漿現(xiàn)場情況見表2。

表2 有兜吊情況下清除管內(nèi)水泥漿現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，在清除管內(nèi)水泥漿過程中，對橋面標(biāo)高無影響，說明采用高壓水射流的方式清除管內(nèi)水泥漿是安全的。清除水泥漿所用的時(shí)間為206min，遠(yuǎn)小于采用水鉆取芯法所需的時(shí)間。

4.3.2.2 第二種情況(無兜吊)

舊吊桿先不切割，采用高壓水射流分級加壓，最高水壓力為250MPa，確定現(xiàn)場合適的水射流壓力，按確定的水壓力將橫梁內(nèi)預(yù)埋管與吊桿間的水泥漿清除1.2m深。在橋面上布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控每個(gè)階段到達(dá)對應(yīng)深度后測量橋面標(biāo)高的變化，并記錄每階段所用的時(shí)間。

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況可知，清除管內(nèi)水泥漿適合的壓力為220MPa，流量為15L/min。清除管內(nèi)水泥漿現(xiàn)場情況見表3。

表3 無兜吊情況下清除管內(nèi)水泥漿現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可知，在清除管內(nèi)水泥漿過程中，對橋面標(biāo)高無影響，說明采用高壓水射流的方式清除管內(nèi)水泥漿是安全的。清除水泥漿所用的時(shí)間為214min，遠(yuǎn)小于采用水鉆取芯法所需的時(shí)間。

4.4 工程應(yīng)用

試驗(yàn)完成經(jīng)過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，全橋剩余8根吊桿均采用高壓水射流清除吊桿橫梁端管內(nèi)水泥漿，清除深度為1.2m，平均每根吊桿清除時(shí)間為3.5h，8根吊桿只用了3d就將管內(nèi)的水泥漿清除完成，比采用水鉆鉆孔取芯提前15d完成吊桿更換。

4.5 高壓水射流在舊吊桿拆除中的優(yōu)勢

(1)高壓水射流對物料的破碎作用主要為水射流對顆粒的沖擊及水楔作用、顆粒相互之間及顆粒與管壁之間的摩擦剪切作用等。因?yàn)殇摴苁莿蛸|(zhì)的固體材料，水無法突破鋼管表面，因此高壓水射流不會(huì)損害到鋼絲及鋼管等其他鋼結(jié)構(gòu)。

(2)使用高壓水射流破除鋼筋混凝土技術(shù)，可以采用計(jì)算機(jī)操控設(shè)備，破除過程均在程序控制下進(jìn)行，施工更為安全可靠。

(3)高壓水射流技術(shù)以普通自來水作為工作介質(zhì)，作業(yè)時(shí)由于高壓水噴嘴不與水泥漿直接接觸，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械摩擦損壞的情況。因此，不會(huì)因?yàn)楦鼡Q機(jī)械零件而增加作業(yè)時(shí)間，并且噴嘴可以多角度作業(yè)，提高了工作效率。

(4)通過設(shè)定高壓水壓力值及流量大小，可以精準(zhǔn)定位破碎水泥漿的范圍和深度。

(5)施工過程中，采用水作為介質(zhì)，無粉塵污染、噪聲??；施工結(jié)束后，混凝土廢料和廢水可以用真空吸塵器吸走，作業(yè)面干凈整潔。

5 結(jié)語

利用高壓水射流具有的獨(dú)特性，快速拆除舊吊桿錨頭錨固端水泥漿，是現(xiàn)有拆除工藝效率的6倍。在吊桿力轉(zhuǎn)移至兜吊系統(tǒng)后，經(jīng)高壓水射流清除錨固端水泥漿的上下錨頭采用液壓千斤頂拉拔的方式將舊錨頭取出，對橋梁結(jié)構(gòu)原有的受力狀態(tài)改變較小，施工簡單，施工作業(yè)面小。更換期間對橋梁的交通影響較小，合理安排下可以做到不中斷交通，施工速度快、效率高。