朱　妍，徐　磊，陈惟珍

（上海地铁维护保障有限公司，上海市 200233；2.同济大学，上海市 200092）

轨道交通某拱桥吊杆锚头取出试验研究

朱妍1，徐磊2，陈惟珍2

（上海地铁维护保障有限公司，上海市 200233；2.同济大学，上海市 200092）

以一座拱梁组合桥梁更换吊杆为工程背景，通过试验研究了取出吊杆的整套工艺。对于导管中灌注了环氧铁砂的吊杆，经过水射流法、钻孔法和熔融法的对比试验，证明用水射流法冲除环氧铁砂是可行有效的，辅以钻孔、乙炔切割拆除锚头后，即可将吊杆取出。

拱桥；吊杆更换；水射流；环氧铁砂

1　工程简介

本次试验中的桥梁建于1999年，为跨度54 m+ 128 m+54 m的拱梁组合结构。

该桥设有两个单箱单室截面的主纵梁，在中支点处梁高3.0 m，跨中处梁高2.0 m。全桥共设14对吊杆，每根吊杆由55根φ7钢丝构成，采用双层PE防护，外径70 mm。吊杆上端采用冷铸镦头锚；下端采用墩头锚，埋在梁内的锚头结构长度为2 m，包括约1 m的PE护套段和75 cm的散丝段。下导管为厚5 mm内径φ150无缝钢管，在钢套管内用环氧砂浆填实。

在最近一次检测中发现该桥部分吊杆下锚头有渗水、锈蚀现象，若继续发展有一定危险。但导管与吊杆间采用环氧铁砂填实，常规方法难以将吊杆取出，需通过试验得到取出吊杆的方法。

2　试件设计

本次试验设计了两种试件。第一种为小型试件（见图1），为长度60 cm的钢套管，并在内部做好吊杆，灌好环氧铁砂。第二种为大型试件（见图2），长度为2 m，完全模拟梁内段吊索的情形。大型试件做出了75 cm的散索段及下锚头。试验时先采用小试件检验试验方法的有效性，然后再用该方法，进行大试件试验，从而得到整套的施工工艺。

3　试验方法研究

经初步研究，可能有三种方法能去除环氧铁砂：水射流法、熔融法和机械钻孔法。

图1　小型试件构造图

图2　大型试件构造图

（1）水射流法

水射流法，即水刀切割，是一种利用高压水流切割的方法，受材料质地影响小，几乎可切割各种厚度、硬度的材料，如不锈钢、铝、铜、钢铁、大理石、合金金属、玻璃、塑料、陶瓷、磁砖等。水射流是从加压泵开始，通过高压管，然后从切割喷头射出来，现在的超高压型水射流技术可达到200 MPa以上，国内在工程上已广泛应用于切割混凝土。环氧铁砂材料的组成与混凝土相仿，均由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料，采用水射流的方式理论上可以有效击碎并清除环氧树脂，且环氧树脂的硬度比水泥低，而钢套筒的硬度较高，只要选择合适的压力，理论上可以有效清除环氧铁砂，并同时避免对钢套筒造成损伤。

（2）机械钻孔法

选用合适的环形钻头，通过机械切割的方法，沿吊杆外圈进行钻孔，钻透后，将吊杆整体取出。

（3）熔融法

环氧树脂的软化点一般不高于150℃，根据调研，该桥所用的环氧树脂的软化点为100℃，因此可以尝试采用加热的方式将环氧取出。但环氧铁砂锚固材料由环氧树脂、铁砂、固化剂、增韧剂、稀释剂、硅粉填料等组成，其物理特性与环氧树脂有很大区别，其在高温下的软化特性需待试验验证。

4　小型试件试验

4.1水射流法试验

水射流加压设备采用NLB20305D（见图3）。该设备流量为83 L/min，最大压强为140 MPa。

图3　水射流法采用的高压水泵

在试验开始时先选择了100 MPa压强，后加至140 MPa，至试件冲穿，后面有水流喷出，用时15 min。

水射流法可以有效清除掉环氧铁砂，且效率较高。但喷枪后坐力较大，持枪工人很容易疲劳。

4.2机械钻孔法试验

钻孔采用BJ-355金刚石钻孔机，试件上部15 cm为环氧树脂浮浆层，在该层钻进很快，用时约5 min，进入环氧铁砂层后，钻进缓慢，10 min约钻进7 cm，后面就无法钻进了，且钻头磨损非常严重，齿牙磨光（见图4）。

图4　齿牙磨光的钻头

无法继续钻进的原因：环氧铁砂开始接触到钻头后，铁砂与环氧分离，但铁砂一直存留在钻槽中，钻头接触不到新的环氧铁砂面，同时铁砂反复打磨钻头，使钻头迅速磨损，导致无法继续钻进。

4.3熔融法试验

用乙炔割枪对环氧试件进行加热，5 min后，环氧试件表面被烧焦，无明显软化现象出现（见图5）。

图5　表面被烤焦的环氧试件

环氧铁砂锚固材料由环氧树脂、铁砂、固化剂、增韧剂、稀释剂、硅粉填料等组成，其物理特性与环氧树脂有很大区别，加热后表面会烤焦，并不会出现熔融软化现象，熔融法无法实现。

4.4小型试件试验结论

通过小型试件试验，水射流法是行之有效的方法，而钻孔法和熔融法无法实现预想效果，均被排除。

5　大型试件试验

5.1不同形式喷口喷枪的试验

喷枪有各种开口方式，有竖向喷口、水平喷口、斜向喷口以及上述几种的组合式喷口。

由于试验条件限制，吊杆导管内径只有150 mm，吊杆外径有70 mm，操作空间非常狭小。如何将导管中环氧铁砂清除干净，需要对各种喷枪的效果和效率进行试验，试验采用了4种喷枪：

（1）竖向喷口喷枪；

（2）竖向喷口喷枪和水平向喷口喷枪；

（3）1个竖向喷口加3个斜前方喷口喷枪；

（4）2个斜前方向喷口加2个侧后方向喷口喷枪。

在竖向喷口喷枪试验中发现，由于能量梯度的作用，在切面越深时（距喷嘴越远），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，即切割斜度。由于存在切割斜度，在表面上形成一条上宽下窄的冲槽，喷枪枪头不能伸入，导致后续无法喷进。同时竖向喷口喷枪在喷射时，会产生很大的后座力，必须固定在支架上进行，对操作有一定阻碍，从而影响了喷射效率。

竖向喷口喷枪和水平喷口喷枪交叉使用，由竖向喷枪喷出上宽下窄的凹槽，然后再采用水平喷口喷枪清除凹槽壁的环氧铁砂。该方法可行，但是需要反复更换喷枪，效率较低。

1个竖向喷口加3个斜前方喷口喷枪，具有较大的后座力，人力无法承受，必须使用支架，在使用支架后，对操作有一定阻碍，影响了喷射效率。

2个斜前方喷口加2个侧后方喷口喷枪（见图6），可以有效清除附着在管壁上的环氧铁砂，通过调整几个喷口的方向和流量，可以做到自平衡的状态，基本不产生后座力，可以脱离支架进行施工。试验结果表明，该种喷枪兼顾了效果和效率，最后决定采用这种形式的喷枪。

图6　两个斜前方喷口加两个侧后方喷口喷枪

5.2PE护套段试验

PE护套段的水冲试验喷枪喷头采用上述两个斜前方喷口加两个侧后方喷口的喷头，加压设备采用NLB 605 SERIES DIESEL 40605D，流量为83 L/min，压力为280 MPa，分4个孔进行水冲。

试验中4个孔基本都喷到1.3 m位置，试验总用时约2 h，效率较高。1.3 m以下由于散丝段影响，枪头无法伸入。

5.3锚头及散丝段试验

由PE护套段试验知，1.3 m以下（约剩余0.4 m），由于散丝段影响，喷枪枪头无法伸入，从上面无法继续清除管内环氧铁砂，必须将锚头拆下，从下面进行处理。试验步骤如下：

（1）用磁力钻在锚头上钻孔，钻头采用上海工具厂G字头合金麻花钻，采用两种规格，分别为25 mm和16 mm，将锚头钻成蜂窝状，钻孔深至锚头和环氧铁砂的接触面止（见图7）；

图7　钻孔后的锚头

（2）用乙炔火焰割枪切割蜂窝状的锚头，将锚头拆下（见图8）；

图8　切割至环氧铁砂面的锚头

（3）用高压水冲环氧，露出钢丝后，割除，继续水冲，直至将环氧铁砂冲透（见图9）。

图9　冲透后的试件

（4）一边拔出松动的钢丝，一边继续使用高压水，直至将管内环氧铁砂全部清除（见图10）。

6　试验总结

（1）本实验对取出吊杆锚头的方法和工艺进行了研究，得到了有效的施工方法。

（2）通过小型试件试验，采用了喷水法、机械钻孔法和熔融法，发现高压喷水法去除环氧铁砂是有效的，另两种方法无法清除导管内环氧铁砂。

（3）吊杆导管内环氧铁砂分为PE护套段、散丝段和锚头段，对不同部位采用针对性的方法，有效去除了管内环氧铁砂，实现了试验的目的。

图10　全部清除掉环氧铁砂后的导管内部

a.经过不同形式喷口喷枪的试验，具有两个斜前方喷口加两个侧后方喷口的喷枪可以兼顾效率和效果，PE护套段可采用这种喷枪进行施工。

b.散丝段由于钢丝的影响，使得导管管壁和钢丝间距离过小，枪头无法伸入，必须拆除锚头后，从下面进行处理。先对锚头进行机械钻孔，将锚头钻成蜂窝状，钻至锚头与环氧铁砂的交界面，然后用火焰切割孔之间的连接部分，拆除锚头。

c.拆除锚头后，采用水射流清除钢丝间的环氧铁砂，露出钢丝，将露出的钢丝进行割除，然后再冲，如此循环，直至清除导管内全部环氧铁砂。

U445.7

B

1009-7716（2016）03-0108-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.031

2015-12-02

朱妍（1969-），女，辽宁北票人，高级工程师，从事路桥管理工作。