八一大桥斜拉索的维修实践

1993年建成的上海杨浦大桥，主跨602米，当时世界第一，这标志着中国斜拉桥进入世界领先水平。如今，我国已在多座城市重要通道上建成了几百座不同跨径的斜拉索桥，由于桥上荷载、施工质量及设计年限等因素影响，越来越多的桥梁需要大修与加固。本文以对八一大桥（斜拉桥）的加固与维修过程的记录，对该话题作一探讨。 
　　八一大桥由主桥、南引桥、北引桥三部分组成，主桥全长1040m，分为两个外形对称的单元，桥孔布置为（50+2×160+3×50）+（3×50+2×160+50）m。主桥采用双独塔2×160m斜拉索，主桥主孔为塔、梁、墩固结，主梁采用双主梁断面，悬臂浇筑施工。主塔采用大直径钻孔桩群桩基础，“H”型承台，塔高103m，桥面以上塔高86m，下塔柱为矩形实心断面，中塔柱为矩形箱型断面，上塔柱为“H”型断面，塔上挂索采用交叉锚固方式。斜拉索采用双索面、扇形密索布置，梁上索距为8m，拉索为PE护套柔性索，全桥斜拉索共144根。该桥于1997年10月1日竣工通车，受桥上车辆使用荷载超过设计要求、原施工质量较差、日常使用管护较差及设计使用年限较低（10年）等因素影响，2007年日常检修时发现塔梁固结段裂缝较多，较宽，经过对主梁0-2#段裂缝的深度和宽度采用雷达和超声波仪器进行探测，结果表明：主梁0#-2#段部分测区存在断筋现象；主梁外腹板裂缝未贯通，裂缝最宽7mm，对应深度566mm，裂缝最深为654mm，对应宽度为3mm，裂缝实际发展情况严重，需要进行大修。 
　　特殊的工程招标、设计、施工及监理 
　　由于桥梁加固设计的有些基础性的资料与数据必须在封闭交通，进行局部破坏勘察检测才能进一步获得准确的设计依据，这就不可避免地需要边施工边设计，要控制这种工程的进度、合理的造价是非常困难的，由于在局部还需剥除，在工程安全上也有很大的挑战。因此，为保证工程顺利进行，如何招标选择较好的设计施工监理队伍是非常关键的，合理确定设计费及施工项目计价又是一件更为困难的事情。 
　　总结经验如下： 
　　设计、检测监测、施工及监理人员进场。在工程前期，桥梁封闭交通，检测及监测人员进场，尽快在设计指导下取得相关的设计数据，通过专家认证，确定设计方案直至设计出具具体施工图，这一段时间是控制工程进度、工程造价的关键时间，项目业主必须高度重视，最好引入设计监理协助项目业主做好这项工作。 
　　本次招标时采用了公路工程模式进行招标，由于该工程处于市区内，导致市区内的交通疏导费未计，而公路的远征工程费又超计的现象等一系列问题，建议：市区内的斜拉索桥维修最好采用市政工程模式进行招标。 
　　本工程施工招标时由于缺乏经验，出现了较多漏项项目，它们是：桥下检测及施工吊篮、塔柱满堂脚手架搭设、换索锚夹具措施费、甲供斜拉索的展开、旧索残值估算等等。 
　　由于目前斜拉索桥还没有到集中大量维修阶段，施工方的换索专用工具还不能有规模地摊销使用，一次性摊销对于本工程来讲造价又太高，为解决这一问题，本工程采用的是将换索专用工具（总重达20吨）由业主购买，反借给施工方的方式进行。 
　　特殊的工程材料与施工工艺 
　　根据八一大桥塔梁固结段区域实际病害情况，经多方多次论证，确定如下设计加固方案：对腹板处裂缝进行灌胶处理，防止裂缝进一步扩展；0-2#梁段钢板粘贴采用垂直钢板与横向钢板形成U形抱箍，保证粘贴钢板条发挥其最大抗剪能力；在0-2#梁段增加JL32竖向预应力精扎螺纹钢筋，以弥补抗剪能力不足；腹板采用C50聚合物混凝土进行增厚，新增混凝土厚度20cm。经测试，斜拉索的应力与设计要求偏差较大，保险起见，需更换全桥的斜拉索，并对索塔进行装饰。 
　　上述设计方案，需要使用到如下特殊材料及施工工艺： 
　　C50改性聚合物混凝土改性聚合物高强微膨胀混凝土是具有高强、增韧、抗裂、防渗的新一代绿色混凝土。该混凝土优越性具体表现在：能够在困难断面或密集的钢筋结构中完成混凝土的浇筑，保证工程量，减少混凝土缺陷，也就是减少今后修复工程和修复费用；加快浇筑速度，缩短施工时间；由于不需要振动捣实，减少了施工噪音，保证施工安全；该混凝土比普通混凝土的粘结强度、抗折强度、抗压强度、韧性、抗裂性、抗渗性、抗冻性、抗冲击性、抗振性、耐磨性、抗老化性、抗海水腐蚀性等都得到显著的提高和改善，且干缩小，在水中不分散、不离析等突出优点。 
　　C50改性聚合物高强微膨胀混凝土配合比大致如下： 
　　水泥416Kg,粉煤灰78Kg,硅灰26Kg,膨胀剂40Kg，砂824Kg,碎石893Kg,水胶比0.32～0.34，减水剂为大约掺胶材质量的1.3%～1.5%（6.76 Kg～7.80 Kg），新型JVC聚合物66.8Kg，其中碎石5～20 mm，水泥P.O525。 
　　C50改性聚合物混凝土施工腹板增厚混凝土区域，钢筋较密，混凝土无法振捣，只能靠混凝土自身流动性密实，施工难度大。 
　　为了保证施工质量，本次采用C50改性聚合物混凝土，为保证混凝土浇注密实，浇注前先对搅拌好的混凝土进行检测，检查其流动性是否良好，并可适当调节混凝土配合比，以保证浇注密实，同时在模板外侧安装附着式振捣器，在浇注时进行振捣。 
　　混凝土的入料管口间距为3米，在两个入管口中间模板顶部用电锤开一个φ30排气孔，浇筑混凝土1小时前对接合面进行湿水，保证新老混凝土结合质量。浇筑过程中三个进料口轮换进料，并在模板外侧用木锤敲击检查混凝土浇注情况及时调整进料口，引导混凝土流动保证混凝土密实。腹板混凝土加固后，整个新混凝土结构表面平整无气泡，新老混凝土接缝密实，保证混凝土质量满足设计及规范要求。 
　　预应力斜拉索更换预应力斜拉索更换必须在测量监测设备的指导下进行，基本原则是：对称分级放张，逐对顺秩换索的原则，由测量的应变数据指导预应力放张与张拉进程。 
　　特殊的工程验收与质量评价 
　　桥梁加固维修后，质量如何评价，工程如何验收，是否经济合理是一项非常重要的总结性工作，本工程采用了专家评价验收法、不同方案财务分析法，最终本加固维修工程获得了专家的好评，并在不同方案财务比较中显示出较高的经济价值。 
　　结束语 
　　本次换索施工难度大，工程造价高，造成本次更换的主要原因是：施工时的张拉机具的误差与偏差采用了经验值及理论值，另一个原因是由于张拉机具较笨重，张拉施工时调整较难等原因造成在截断锚头后的斜拉索时斜拉索的内应力就与设计存在较大偏差，也是导致本次维修加固的主要原因之一，因此建议施工规范应增加一条，即在截断锚头后的斜拉索前应对斜拉索的内应力进行测试等。 
　　桥上高86米索塔在装饰时必须架设脚手架，为保证如此高的脚手架的安全，就必须在索塔上预埋铁件并与脚手架联接，而在索塔分层次预埋铁件费用是非常高且不安全的，因此，索塔上应做好相应的预埋，以备装修时使用，且建议在塔顶上装上永久性的滑轮，以起吊相关材料。 
　　斜拉索更换可能会越来越多，通过本次实践，总结了换索的施工过程、施工机械工具器及人材机的消耗情况，为补充国家新定额收集到了充分的基础数据。