大跨徑斜拉橋斜拉索錨頭的綜合防護(hù)

周 琦

(舟山市大陸連島工程指揮部，浙江舟山316000)

0 引言

斜拉橋由于其跨度較大、造型美觀、施工方便等特點而成為目前應(yīng)用較多的一種橋型。如果橋位處大氣環(huán)境惡劣，例如處于跨海灣區(qū)域，鹽分較高，而斜拉索一般都布置在梁體外部，直接與大氣接觸，因而極易產(chǎn)生腐蝕。如今，由于保護(hù)措施的逐漸完善，斜拉橋斜拉索索體已經(jīng)得到了很好的保護(hù)，而斜拉索與錨具結(jié)合部位由于保護(hù)措施較少從而成為斜拉索防腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)已有多座斜拉橋由于斜拉索腐蝕破壞尤其是斜拉索與錨具結(jié)合部位的腐蝕而導(dǎo)致?lián)Q索，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響。本文特以舟山桃夭門大橋斜拉索上下錨頭的綜合防護(hù)方案為例，介紹斜拉索在上下錨頭部位的防腐蝕保護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

桃夭門大橋是舟山大陸連島工程的第三座特大橋，橫跨桃夭門水道，為七跨連續(xù)半漂浮體系混合式斜拉橋，橋跨布置見圖1。

1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

公路等級：4車道一級公路；設(shè)計行車速度：60 km/h；設(shè)計荷載：汽車-超20級，掛車-120；橋梁寬度：橋面凈寬22.5m；通航標(biāo)準(zhǔn)：通航凈高按設(shè)計最高通航水位以上32m，通航凈寬為280m；設(shè)計風(fēng)速：橋址區(qū)離地面20m高度處百年一遇10min平均最大風(fēng)速為42.8m/s，計入海島地形系數(shù)后設(shè)計風(fēng)速為55m/s；地震基本烈度：6度。

1.2 橋位區(qū)氣候條件

舟山群島氣候上表現(xiàn)為大陸性氣候向海洋性氣候轉(zhuǎn)換的過渡性氣候。氣象要素的經(jīng)向梯度大，季節(jié)滯后，溫暖濕潤，雨熱同季，災(zāi)害性天氣類型多、頻次高。大橋工程區(qū)累計年平均氣溫在16℃左右，一年中日最高氣溫不小于35℃的平均天數(shù)為2.4～8.4 d，日最高氣溫不小于30℃的平均天數(shù)為53～58 d，日最低氣溫不大于0℃的平均天數(shù)為14～16 d；年平均相對濕度在80%左右，年平均日照時數(shù)在1880～2258 h之間；地區(qū)年平均降水量在900～1400mm，全年平均降水日數(shù)(日雨量不小于0.1mm)為130～160 d，最長連續(xù)降水日數(shù)在16～22d之間，主要表現(xiàn)為3～4月的春季連陰雨天氣；常年盛行風(fēng)向以西北風(fēng)和東南偏南風(fēng)為主，臺風(fēng)一般出現(xiàn)在每年的5~11月，其中大部分發(fā)生在7～9月，約占全年的86%。

2 實施方案

斜拉索通過索塔錨固區(qū)將索力傳遞給混凝土索塔，錨固區(qū)必須在保證恒載、活載作用下的自身合力受力外，構(gòu)造上還要滿足施工的要求，同時要考慮方便養(yǎng)護(hù)和維修。近年來索塔錨固方式多采用拉索在錨固區(qū)斷開(相對于鞍座錨固結(jié)構(gòu))非交錯式錨固結(jié)構(gòu)，主要包括：環(huán)向預(yù)應(yīng)力錨固、錨固鋼橫梁、鋼錨箱三種錨固方式，桃夭門大橋則采用了環(huán)向預(yù)應(yīng)力錨固的錨固方式(見圖2)。

如今，斜拉橋索梁錨固形式主要有四種：錨箱式(承壓式)連接、耳板式(銷鉸式)連接、錨管式連接、錨拉板連接。

錨箱式(承壓式)連接是設(shè)置錨固梁(塊)，將錨固梁(塊)用焊接或高強(qiáng)螺栓與主梁連接，斜拉索錨固在錨固梁(塊)上。

耳板式連接是由主梁的腹板向上伸出一塊耳板，斜拉索通過鉸或鋼管錨固在耳板上；索力直接由耳板傳給主梁的腹板。

錨管式連接是在主梁或縱梁的腹板上安裝一根鋼管，索力通過鋼管傳遞給主梁或縱梁的腹板。

錨拉板連接是將鋼板作為錨拉板，錨拉板由上、中、下三部分組成：錨拉板上部開槽，槽口內(nèi)側(cè)焊于錨管外側(cè)，斜拉索穿過錨管并用錨具錨固在錨管底部。

桃夭門大橋是一座混合式斜拉橋，在鋼箱梁段采用了耳板式連接(如圖3)，在混凝土梁段采用了錨管式連接(如圖4)。

2.1 上錨頭防護(hù)

由于環(huán)境惡劣，為防止潮濕環(huán)境對上端斜拉索錨具的腐蝕，必須對上錨頭進(jìn)行密封，并且孔端密封后表面平整，增加了大橋的美觀。

2.1.1 方案

因上錨頭部位斜拉索為震動部位，因此采用發(fā)泡聚氨酯與HM106密封膠相結(jié)合的密封方案，可以長期適應(yīng)斜拉索的震動。采用發(fā)泡聚氨酯的目的為緊密填滿錨孔空隙，但其抗老化性能較差。HM106密封膠的分子結(jié)構(gòu)中含有特殊的補(bǔ)強(qiáng)劑和憎水助劑，因而具有極高的粘接穩(wěn)定性能，優(yōu)異的耐水、耐油和耐大氣老化性能，該產(chǎn)品有很好的延伸率，可達(dá)150%以上，并且耐老化性能可達(dá)30 a以上，已在多座斜拉橋的錨孔和懸索橋的主纜上成功應(yīng)用，受到各方面的好評。

2.1.2 主要施工工藝

首先對錨孔金屬管內(nèi)表面的雜質(zhì)進(jìn)行徹底清理并做除銹處理，在金屬管內(nèi)表面刷涂兩道環(huán)氧底漆，然后對管口做臨時封堵，并分2~3次對管內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡密封，待發(fā)泡完畢后，對發(fā)泡表面進(jìn)行修整，調(diào)用HM106密封膠對管口進(jìn)行密封，最后刷涂兩道塔用聚氨酯面漆。

2.2 下錨頭防護(hù)

桃夭門大橋下錨頭采用了在混凝土梁段用錨管連接，在鋼箱梁段采用銷鉸連接兩種連接方式，鋼套管上口的密封處理考慮到實用性和美觀性的結(jié)合，采用了不同規(guī)格的不銹鋼將軍帽，這些部位都成為防護(hù)的重點。

2.2.1 鋼套管防護(hù)

鋼套管在進(jìn)行徹底的清理后，采用聚氨酯發(fā)泡材料填充(發(fā)泡材料性能指標(biāo)見表1)。聚氨酯發(fā)泡材料是由聚醚與多次甲基多苯基、多異氰酸酯發(fā)生聚合反應(yīng)后而成，具有質(zhì)量輕、不吸水、低導(dǎo)熱性、隔氣性好、韌性好等特點，從而能夠有效地使錨具與雨水、潮氣以及其他腐蝕介質(zhì)相隔離。

表1 發(fā)泡材料性能指標(biāo)

聚氨酯發(fā)泡施工采用專用氣泵提供壓縮空氣，使混合料在導(dǎo)管口處呈霧狀高壓噴出得以充分混合反應(yīng)，直接噴入錨管進(jìn)行發(fā)泡，噴射量由計算所得的實際體積控制。發(fā)泡完畢24 h后，對管口的發(fā)泡材料進(jìn)行修整，然后填充聚氨酯防水密封膠。

2.2.2 將軍帽的防護(hù)

將軍帽的內(nèi)部防護(hù)與鋼套管的內(nèi)部防護(hù)措施相同，仍舊采用聚氨酯發(fā)泡材料進(jìn)行填充。在將軍帽上口下方約3cm處用兩根高彈性橡膠圈填充以密封。在橡膠圈以上，采用進(jìn)口硅膠進(jìn)行密封，在將軍帽上口以上的硅膠密封條要求高度不小于2.5cm，與上口形成的角度不小于60°，從而形成一個不至于積水的排水坡腳，并將將軍帽上口以上10cm范圍內(nèi)的螺旋線割去，避免水沿螺旋線流下從螺旋線與硅膠間的縫隙滲入將軍帽。

2.2.3 外部防護(hù)

由于桃夭門大橋位于海峽地區(qū)，且在橋位兩側(cè)有兩個很大的油庫，空氣中鹽分、油霧及水氣的含量都非常高，環(huán)境十分惡劣，即使是不銹鋼也會產(chǎn)生一定程度的銹蝕，因此，對斜拉索錨具的防護(hù)不僅僅只限于內(nèi)部的防護(hù)，外部的防護(hù)從美觀和實用的角度來說都需要重視。經(jīng)過對現(xiàn)場情況的研究和分析，最終決定采用在錨管及將軍帽外部涂刷防銹漆的方法來進(jìn)行防護(hù)，具體的涂裝體系為：二道環(huán)氧鍶黃底漆(80μm)，一道環(huán)氧云鐵中間漆(40μm)，二道氟碳面漆(80μm)，顏色與防撞護(hù)欄一致。在施工中，由于空氣中油霧含量極高，附著在表面影響粘結(jié)力，所以要求每一層防銹漆涂刷之前都要對工作面用特定的溶劑進(jìn)行徹底清洗，并且進(jìn)行打磨粗糙，增加層間的結(jié)合力，涂刷時要均勻涂刷保證美觀。

經(jīng)過以上步驟，桃夭門大橋形成了一套完整且行之有效的錨頭防護(hù)系統(tǒng)。

3 結(jié)語

從桃夭門大橋自2003年建成后的使用情況來看，桃夭門大橋斜拉索的防護(hù)措施是比較有效的，沒有出現(xiàn)錨頭和拉索的銹蝕情況，但也存在一些小的問題。因此建議，斜拉索生產(chǎn)單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的斜拉索錨固的幾種方法分別生成一套斜拉索的安裝、防護(hù)及跟蹤監(jiān)測的完整體系，以便設(shè)計、施工和營運(yùn)等不同時段都具有完善統(tǒng)一的依據(jù)，從而使斜拉索體系充分發(fā)揮其作用。

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