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[摘要]：以陕西省三原新龙桥斜拉桥换索工程为例，介绍了斜拉桥换索从检测、设计到施工、监控的各个环节。
[关键词]：斜拉桥；换索；监控
1工程概况
陕西省三原新龙桥，1987年建成通车，2006年10月3日晚上两根斜拉索突然断裂，本桥断索后立即禁止通行
陕西省三原新龙桥斜拉桥桥长173.28m，横跨清峪河，走向为南北走向。三跨双台、双塔双索面斜拉型对称布置，主桥采用墩、塔固结、桥面系支承体系。中跨88.8m，边跨39m，桥面以上塔高24.6m，塔架为宝石形框架。主梁断面为分离式双箱混凝土箱梁，主梁由双箱梁和行车道板组成，箱梁高1.2m,宽1.0m。拉索布置，每塔六对，每塔除一号拉索为单索外，其余5对均为双索，全桥原有拉索88根，设计换索将其中双索换为单索，更换后全桥新拉索为48根。
2、桥梁检测及结构病害情况
该桥是三原贯通南北城的主要交通要道，交通量大，因此为保证桥梁的安全运营，对该桥进行了全面的检测，检测主要内容：
（1）搭设主梁吊架平台检测主梁混凝土结构的裂缝并测量裂缝宽度、检测下锚具及其镦头的锈蚀程度。
（2）搭设主塔钢管支架平台检测主塔混凝土结构的裂缝并测量裂缝宽度、检测上锚具及其镦头的锈蚀程度。
（3）对外露钢丝检查其锈蚀程度、检测目测范围内PE护套的完好性。
（4）对全桥的旧索进行索力测量。
（5）选择不同温度对全桥线性进行测量。
根据检测结果，病害情况如下：
（1）斜拉索钢丝锈蚀、断裂
该斜拉桥的防护采用套管压浆法:套管与钢索之间的空隙内压注水泥浆，由于当时施工工艺条件差，采用套管压浆法压浆时水泥浆液大多数未充盈至主塔索管顶部，导致主塔索管下口斜拉索钢丝腐蚀嚴重，氧化、水、电化电位、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝。拉索护套划伤、开裂以致剥落，而没有得到及时的修补，钢丝直接暴露在空气中产生锈蚀，大部分斜拉索锈蚀严重，已发现两根拉索断裂，部分拉索接近断裂。
（2）梁体病害
经检查统计发现，箱梁病害比较严重，全桥箱梁宽度大于0.15mm的裂缝共长128m，其中中跨无索段箱梁已断裂，断裂宽度达30mm。
根据检测结果，分析认为斜拉索病害已经严重影响了该桥使用的耐久性和结构的安全性，因此斜拉索需要全部进行更换。
3、斜拉索更换设计要点
3.1斜拉桥的特点
斜拉桥是由塔、梁、索组成的空间结构。斜拉索支承的主梁为多跨弹性连续梁状态，主梁与其他桥型相比，梁高较小。因此任一斜拉索索力的变化都会导致整个结构内力和线性的改变。
3.2换索、调索控制原则
斜拉桥换索工程的目的与任务在于:利用换索，通过调整新索索力对全桥的线形和内力使其偏离理想状态得到纠正，改善全桥的线形和内力。要使全桥的内力与线形逼近设计理想状态，达到换索目标，关键在于获得使全桥线形和内力逼近设计状态的全桥索力调整增量。
3.3、换索设计要点
设计重点包括以下内容：
（1）新斜拉索：采用热挤压PE材料防护，钢丝采用抗拉强度1670MPa的Φ5高强镀锌钢丝，拉索钢丝根数共有61、73、85三种规格。
（2）锚具：锚具采用单端张拉冷铸锚，一端镦头锚，主梁处冷铸锚为张拉端，主塔处镦头锚为固定端。
（3）换索和张拉工作，为尽量避免日照对结构的影响，一般应在白天换索，晚上22时至次日凌晨6时进行索力调整。
（4）临时拉索：为了增加换索的安全系数，在换索拆除外侧拉索前，在要拆除索面正上方1.5米处增加平行于旧索的临时拉索，临时拉索张拉力与原索设计值或实测值一致。
（5）根据索力和标高测量结果决定拉索索力调整，采用张拉力和伸长量控制，最终索力误差控制在3%以内。
4、施工与监控
4.1 斜拉索换索施工步骤如下：
（1）换索施工前期准备
为满足换索工程的工艺需要，主塔周围搭钢管支架及爬梯，主梁搭设吊架平台，在其周围加高，组成工作台及防护栏杆。
（2）临时拉索安装
原桥斜拉索已出现各种病害，为了增加换索的安全系数，换索时外侧索退出工作，主梁弹性支撑点减少，对主梁不利，综合考虑各方面因素，经过多次计算分析，在换索拆除外侧拉索前，在要拆除索面正上方1.5米处增加平行于旧索的临时拉索。这样既改善了旧索的受力，又能通过增加主梁的弹性支撑点提高了梁体的抗弯能力。
（3）拆除内侧旧索
本次卸索方法：将原斜拉索桥面钢护筒从中间断开，利用高强钢丝与水泥浆之间的粘结力，钢护筒上下端用钢丝绳和大吨位手拉葫芦连接，一边用氧气烧割一边拉手拉葫芦，用大吨位手拉葫芦克服原索弹性伸长，直至高强钢丝全部割断，再利用卷扬机将斜拉索从主塔上缓慢放下来。
（4）拉索预埋钢管取芯
换索预埋管斜拉索取芯成为施工中最大的难点，因为原桥施工中未按照规范要求，将黄油养护擅自更改为水泥浆防护，取芯作业还不得箱梁主体钢筋，导致取芯成为困难。原索预埋管斜拉索取芯用普通钻头、空压机配风镐、风枪对护筒内的砼进行洁理根本无动于衷，使用高强耐磨钻头及航空航天技术要求的特殊焊接材料，采用“慢掘进，缓冲击，由周边向中心攻取”的方法，克服重重困难，换人不换机，连续作业。
（5）新拉索的安装
新斜拉索由工厂制做盘绕成圈，运至施工现场。钢丝捆绑后热挤压PE材料防护，PE防护套选用黑色高密度聚乙烯，拉伸强度25MPa以上，拉伸屈服强度大于19MPa。
新斜拉索的安装是全桥施工的重点，和传统斜拉索安装工艺相比这次换索安装巧妙的利用了旁边旧索作为承重索，新旧索用特制的钢滚轮连接，采用卷扬机等牵引装置对斜拉索进行牵引安装。
该桥为双塔双索面的斜拉桥，采取反对称换索方案，反对称换索的方案与工序一般为:
○1单塔对称、全桥反对称的进行。
○2同一索号，上、下游交替更换。
○3每一索号横向索全部更换后再进行下一索号的更换。
4.2 换索施工监控
（1）桥面标高监控
为保证施工安全，在换索过程中对更换索索位处梁体标高进行换索前、卸旧索、换新索、索力调整四个阶段的标高监控。利用全站仪、精密水准仪对全桥主梁高程，平面位置，挠度，塔柱的水平偏移，拉索的长度，支座的压缩量进行时时监控。
（2）索力监控
斜拉桥拉索的工作状态是衡量斜拉桥是否处于正常营运状态的重要标志之一，精确测定索力对了解斜拉桥的工作状态显然十分重要。而在换索工程中，索力的准确测量显得尤其重要。
按照设计要求，每更换一对拉索，必须跟踪检测被换拉索前后3～4组拉索索力，并与理论计算值进行对比。待全桥拉索更换完毕后，为使拉索索力符合设计要求，需要对拉索索力进行调整。
5、结语
三原新龙桥斜拉桥换索工程是陕西省第一座斜拉桥换索，也是西北比较早的斜拉索换索工程，为了避免桥梁在施工中产生较大的变形，采用多种施工措施和监控方案，取得很好的效果，换索过程中技术难点大，工艺复杂，为以后此类桥梁换索积累了很好的施工经验。
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[关键词]：斜拉桥；换索；监控
1工程概况
陕西省三原新龙桥，1987年建成通车，2006年10月3日晚上两根斜拉索突然断裂，本桥断索后立即禁止通行
陕西省三原新龙桥斜拉桥桥长173.28m，横跨清峪河，走向为南北走向。三跨双台、双塔双索面斜拉型对称布置，主桥采用墩、塔固结、桥面系支承体系。中跨88.8m，边跨39m，桥面以上塔高24.6m，塔架为宝石形框架。主梁断面为分离式双箱混凝土箱梁，主梁由双箱梁和行车道板组成，箱梁高1.2m,宽1.0m。拉索布置，每塔六对，每塔除一号拉索为单索外，其余5对均为双索，全桥原有拉索88根，设计换索将其中双索换为单索，更换后全桥新拉索为48根。
2、桥梁检测及结构病害情况
该桥是三原贯通南北城的主要交通要道，交通量大，因此为保证桥梁的安全运营，对该桥进行了全面的检测，检测主要内容：
（1）搭设主梁吊架平台检测主梁混凝土结构的裂缝并测量裂缝宽度、检测下锚具及其镦头的锈蚀程度。
（2）搭设主塔钢管支架平台检测主塔混凝土结构的裂缝并测量裂缝宽度、检测上锚具及其镦头的锈蚀程度。
（3）对外露钢丝检查其锈蚀程度、检测目测范围内PE护套的完好性。
（4）对全桥的旧索进行索力测量。
（5）选择不同温度对全桥线性进行测量。
根据检测结果，病害情况如下：
（1）斜拉索钢丝锈蚀、断裂
该斜拉桥的防护采用套管压浆法:套管与钢索之间的空隙内压注水泥浆，由于当时施工工艺条件差，采用套管压浆法压浆时水泥浆液大多数未充盈至主塔索管顶部，导致主塔索管下口斜拉索钢丝腐蚀嚴重，氧化、水、电化电位、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝。拉索护套划伤、开裂以致剥落，而没有得到及时的修补，钢丝直接暴露在空气中产生锈蚀，大部分斜拉索锈蚀严重，已发现两根拉索断裂，部分拉索接近断裂。
（2）梁体病害
经检查统计发现，箱梁病害比较严重，全桥箱梁宽度大于0.15mm的裂缝共长128m，其中中跨无索段箱梁已断裂，断裂宽度达30mm。
根据检测结果，分析认为斜拉索病害已经严重影响了该桥使用的耐久性和结构的安全性，因此斜拉索需要全部进行更换。
3、斜拉索更换设计要点
3.1斜拉桥的特点
斜拉桥是由塔、梁、索组成的空间结构。斜拉索支承的主梁为多跨弹性连续梁状态，主梁与其他桥型相比，梁高较小。因此任一斜拉索索力的变化都会导致整个结构内力和线性的改变。
3.2换索、调索控制原则
斜拉桥换索工程的目的与任务在于:利用换索，通过调整新索索力对全桥的线形和内力使其偏离理想状态得到纠正，改善全桥的线形和内力。要使全桥的内力与线形逼近设计理想状态，达到换索目标，关键在于获得使全桥线形和内力逼近设计状态的全桥索力调整增量。
3.3、换索设计要点
设计重点包括以下内容：
（1）新斜拉索：采用热挤压PE材料防护，钢丝采用抗拉强度1670MPa的Φ5高强镀锌钢丝，拉索钢丝根数共有61、73、85三种规格。
（2）锚具：锚具采用单端张拉冷铸锚，一端镦头锚，主梁处冷铸锚为张拉端，主塔处镦头锚为固定端。
（3）换索和张拉工作，为尽量避免日照对结构的影响，一般应在白天换索，晚上22时至次日凌晨6时进行索力调整。
（4）临时拉索：为了增加换索的安全系数，在换索拆除外侧拉索前，在要拆除索面正上方1.5米处增加平行于旧索的临时拉索，临时拉索张拉力与原索设计值或实测值一致。
（5）根据索力和标高测量结果决定拉索索力调整，采用张拉力和伸长量控制，最终索力误差控制在3%以内。
4、施工与监控
4.1 斜拉索换索施工步骤如下：
（1）换索施工前期准备
为满足换索工程的工艺需要，主塔周围搭钢管支架及爬梯，主梁搭设吊架平台，在其周围加高，组成工作台及防护栏杆。
（2）临时拉索安装
原桥斜拉索已出现各种病害，为了增加换索的安全系数，换索时外侧索退出工作，主梁弹性支撑点减少，对主梁不利，综合考虑各方面因素，经过多次计算分析，在换索拆除外侧拉索前，在要拆除索面正上方1.5米处增加平行于旧索的临时拉索。这样既改善了旧索的受力，又能通过增加主梁的弹性支撑点提高了梁体的抗弯能力。
（3）拆除内侧旧索
本次卸索方法：将原斜拉索桥面钢护筒从中间断开，利用高强钢丝与水泥浆之间的粘结力，钢护筒上下端用钢丝绳和大吨位手拉葫芦连接，一边用氧气烧割一边拉手拉葫芦，用大吨位手拉葫芦克服原索弹性伸长，直至高强钢丝全部割断，再利用卷扬机将斜拉索从主塔上缓慢放下来。
（4）拉索预埋钢管取芯
换索预埋管斜拉索取芯成为施工中最大的难点，因为原桥施工中未按照规范要求，将黄油养护擅自更改为水泥浆防护，取芯作业还不得箱梁主体钢筋，导致取芯成为困难。原索预埋管斜拉索取芯用普通钻头、空压机配风镐、风枪对护筒内的砼进行洁理根本无动于衷，使用高强耐磨钻头及航空航天技术要求的特殊焊接材料，采用“慢掘进，缓冲击，由周边向中心攻取”的方法，克服重重困难，换人不换机，连续作业。
（5）新拉索的安装
新斜拉索由工厂制做盘绕成圈，运至施工现场。钢丝捆绑后热挤压PE材料防护，PE防护套选用黑色高密度聚乙烯，拉伸强度25MPa以上，拉伸屈服强度大于19MPa。
新斜拉索的安装是全桥施工的重点，和传统斜拉索安装工艺相比这次换索安装巧妙的利用了旁边旧索作为承重索，新旧索用特制的钢滚轮连接，采用卷扬机等牵引装置对斜拉索进行牵引安装。
该桥为双塔双索面的斜拉桥，采取反对称换索方案，反对称换索的方案与工序一般为:
○1单塔对称、全桥反对称的进行。
○2同一索号，上、下游交替更换。
○3每一索号横向索全部更换后再进行下一索号的更换。
4.2 换索施工监控
（1）桥面标高监控
为保证施工安全，在换索过程中对更换索索位处梁体标高进行换索前、卸旧索、换新索、索力调整四个阶段的标高监控。利用全站仪、精密水准仪对全桥主梁高程，平面位置，挠度，塔柱的水平偏移，拉索的长度，支座的压缩量进行时时监控。
（2）索力监控
斜拉桥拉索的工作状态是衡量斜拉桥是否处于正常营运状态的重要标志之一，精确测定索力对了解斜拉桥的工作状态显然十分重要。而在换索工程中，索力的准确测量显得尤其重要。
按照设计要求，每更换一对拉索，必须跟踪检测被换拉索前后3～4组拉索索力，并与理论计算值进行对比。待全桥拉索更换完毕后，为使拉索索力符合设计要求，需要对拉索索力进行调整。
5、结语
三原新龙桥斜拉桥换索工程是陕西省第一座斜拉桥换索，也是西北比较早的斜拉索换索工程，为了避免桥梁在施工中产生较大的变形，采用多种施工措施和监控方案，取得很好的效果，换索过程中技术难点大，工艺复杂，为以后此类桥梁换索积累了很好的施工经验。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看