抚顺市天湖大桥 (原名万新大桥) 位于抚顺市区东部, 跨越浑河, 道路等级为城市主干路, 机动车道为双向6车道, 两侧各有2.5m宽人行道和3.5m宽非机动车道, 桥面总宽41m。主桥是一座自锚式混凝土悬索桥, 主跨160m, 边跨70m, 锚固跨15m。主梁为5跨连续箱梁, 主缆中心距26.5m, 吊索沿顺桥向间距5m, 主梁采用钢筋混凝土箱梁, 箱梁标准断面为单箱5室, 梁宽4lm。索塔为H形, 塔柱采用实体矩形截面。主缆中跨矢跨比为1/6, 主缆直径54.3cm, 由85根ϕ54mm镀锌钢丝绳组成, 钢丝标准强度为 1 960MPa。吊杆采用121×ϕ7.1mm镀锌高强平行钢丝, 强度为1 670MPa, 立面布置如图1所示。

抚顺天湖大桥作为主跨为160m的自锚式悬索桥, 该悬索桥采用钢丝绳主缆, 在国内外实属创新和罕见。大桥建成通车后于2006年由于索夹发生滑移, 对部分索夹进行了抗滑加固, 提高了抗滑能力, 对主吊杆进行了补张拉。2011年再次进行检测时, 结果显示该桥仍存在索夹滑移、吊杆索索管积水、锚头锈蚀、锚垫板锈蚀等问题, 需要进行索夹高强螺栓更换、抗滑拉索更换、110根吊杆索更换等数项结构改造施工, 恢复结构承载力, 确保桥梁运营安全。由于拆除吊索时, 相邻两根吊索的拉力增加约45%, 为防止相邻的吊索索夹滑移, 需采用临时抗滑装置^[1,2,3]。

根据设计方案, 按照索夹高强螺栓更换、抗滑拉索更换、吊杆索更换和全桥吊索拉力调整的施工顺序实施吊杆索更换施工^[4], 总体施工方案为:①完成全桥抗滑拉索更换, 并在吊索更换前的1周内, 对全桥索夹的高强螺栓进行拧紧;②原吊杆索锚头除锈润滑, 对索管、锚垫板做除锈防腐处理;③去除吊杆索垫圈与锚垫板间焊缝;④安装索夹临时抗滑装置;⑤张拉并拆除原吊杆索;⑥张拉并吊装新吊杆索;⑦拆除临时抗滑装置, 移至下一根需更换的吊杆索处;⑧所有吊杆索更换完毕后统一安装减震器、防腐施工。

由于该桥存在索夹滑移现象, 在安装临时抗滑装置前, 应先对全桥索夹的高强螺栓进行更换拧紧^[5,6]。更换同一索夹的高强螺栓应遵循“随拆随装”原则, 不允许出现同一索夹缺少超过1根螺栓的情况。更换过程中如果有其他附属结构在空间位置上有冲突, 需先解除该附属结构再进行高强螺栓的更换作业。

更换后高强螺栓拉力设计值为420kN, 施工时根据试验所得的扭矩系数进行施拧, 单个螺栓施拧时拉力值允许误差为±5%。同一索夹的全部螺栓更换后, 为防止索夹高强螺栓拉力随时间变化出现松弛现象, 在高强螺栓更换施工结束后满30d时再次补拧, 确保各螺栓拉力达到设计拉力, 补拧顺序为“先更换的索夹先补拧”。

同时, 通过游标卡尺测量并记录更换前后索夹上下开口两端缝隙值的变化趋势^[7,8], 确保螺栓更换对索夹抗滑能力有效提高。

待高强螺栓更换完毕后进行主缆索夹临时施工平台搭设。平台全部采用钢管脚手架搭设, 并采用钢丝绳固定在主缆索夹上。钢丝绳通过3个绳卡锚固点进行锚固, 同时, 平台构件中的竖向钢管需安设防滑扣件, 以防止钢管松脱掉落。待临时施工平台锚固完成后, 额外还需安装1根钢丝绳作为保险绳 (见图2) 。为了确保施工人员安全, 平台上同时作业人员不得超过2人^[9]。

临时平台承载力按照活荷载4kN, 自重系数1.3计算, 组合工况下索夹临时施工平台变形量为0.6mm, 组合工况下钢管最大应力值为30MPa<117.5MPa, 施工平台承载力满足要求。

全桥在3～11号吊杆索的位置共设置72套索夹临时施工平台, 主缆爬梯处设置顶撑限位钢管, 将爬梯与临时抗滑装置拉杆空间位置错开布置, 避免接触影响抗滑装置正常工作。

临时平台搭设完毕后, 进行抗滑拉索更换。该桥抗滑拉索系统由传力板、环氧钢绞线、锚具系统、转向支撑、拉索鞍座组成, 同一根抗滑拉索的2个锚头以主塔对称式设置, 锚固于索夹下方的传力板上。抗滑拉索沿主缆顶、底面布设2层 (见图3) 。

抗滑拉索更换同样遵循“随拆随装”原则, 不允许出现同一索夹缺少超过1根抗滑拉索情况。抗滑拉索的张拉力均为156kN, 张拉至设计张拉力后, 持荷时间≥5min。抗滑拉索张拉采用两端张拉, 张拉控制力均为156kN, 以张拉力为准, 伸长量作为参考进行过程控制。

抗滑拉索张拉所采用的千斤顶必须经过严格标定, 误差≤5%, 千斤顶的张拉力或油压要求为电子显示。同时, 必须配备压力环传感器, 以便校核千斤顶的张拉力。

冬期施工期间, 抗滑拉索因温度过低不能进行防腐时, 需在钢绞线穿过传力板的出口处和锚头整个外露面设置包裹和封堵, 待气温回升后进行整体锚头防腐。

待高强螺栓更换、临时施工平台搭设、抗滑拉索安装等前置工作全部完成后, 开始进行临时抗滑装置安装。临时抗滑装置主要由锚固板、撑杆、拉杆3个主要部件构成。锚固板均为半环式结构, 通过螺栓连接紧固于主缆上。锚固板A安装在待更换吊杆索下方索夹的底部, 锚固板B安装在待更换吊杆索索夹的顶部, 锚固板C安装在待更换吊杆索上方索夹的底部。在主缆上下游中心线上安装撑杆和螺杆, 用于连接锚固板B和锚固板C, 安装拉杆, 用于连接锚固板A和锚固板B。临时抗滑装置布置方式如图4所示。

安装时, 先安装锚固板于主缆上, 再安装撑杆和拉杆, 利用球形垫圈和螺母将撑杆和拉杆锚固于锚固板上。其中, 锚固板B与锚固板C之间的螺杆可以调节有效长度, 可有效解决索夹直线距离不统一的问题。拉杆和撑杆端部均为全螺纹结构, 利用螺母垫片锚固于锚固板上。采用的垫片为球形垫圈, 能保证撑杆和拉杆不因主缆高程变化而失效。临时抗滑装置安装完毕后, 通过体系转换等方式更换吊杆索。

将待更换的吊杆索拆除后, 该索索夹不再承受原有下滑力, 安装临时抗滑装置后, 将相邻3个索夹连接, 不承受下滑力的中间索夹能够协助顶推上端索夹并拉住下端索夹, 共同承担索夹下滑力, 防止索夹滑移影响施工及结构安全。

采用临时抗滑装置时, 为保证能充分发挥抗滑作用, 且不影响吊杆索更换的正常施工, 还应注意:

1) 应提前测量所有索夹间距, 确认临时抗滑装置撑杆、拉杆长度和加工数量。

2) 吊索更换时, 应根据具体情况对悬臂横梁设置兜梁, 以减小横梁受力^[10]。

3) 吊杆索拆除和更换过程中, 需有专人观测和紧固临时抗滑装置拉杆与撑杆, 因为吊杆索拆除后, 主缆线形微微变化, 临时抗滑装置体系线形随之变化, 撑杆、栏杆与挡板夹角也随之变化, 务必及时紧固。

4) 当吊杆索梁下螺母因锈蚀严重无法卸下时, 可拆下临时抗滑移装置, 安装主横梁临时体系转换装置, 协助拆除拉索。

抚顺天湖大桥全桥110根吊杆索更换过程中采用临时抗滑装置成功解决了换索过程中可能出现的索夹下滑问题, 解除了换索过程中主体结构的安全隐患, 仅历时70d顺利完成全桥吊杆索更换施工。

该索夹抗滑装置的结构能够与原悬索桥的结构进行有效连接, 利用原悬索桥的结构解决可能出现的索夹下滑问题, 同时, 该索夹抗滑装置造价低廉、安拆方便、倒运便捷, 有效降低了对施工的影响, 达到了防止相邻索夹下滑的预期目的, 可为同类悬索桥吊杆索更换施工技术提供借鉴。