興化市杭州路大橋的防雷設(shè)計(jì)

伏繩武，葛 蕾

（興化市氣象局，江蘇興化 225700）

0 引言

興化市位于江蘇省中部里下河腹地，三分地中一分水，是典型的水鄉(xiāng)地區(qū)，區(qū)域內(nèi)河流縱橫交錯(cuò)，湖蕩遍布，平均每1.2km的公路就要造一座橋，大大小小的橋梁萬(wàn)以計(jì)數(shù)。興化橋多雷暴也很頻繁，有人認(rèn)為：“橋梁不同于工業(yè)、民用建筑，它只是公路的一部分，應(yīng)該不用搞防雷”。其實(shí)這種說(shuō)法是錯(cuò)的，橋梁一定要搞防雷。興化市年平均雷暴日為32.2天，是個(gè)多雷區(qū)，橋梁處于水陸交界處，地勢(shì)空曠，是雷暴極易發(fā)生的區(qū)域。查閱相關(guān)雷擊案例，在橋面上遭雷擊死亡的事故在全國(guó)范圍時(shí)有發(fā)生。如2011年2月20日，一中年男子在南京長(zhǎng)江大橋上行至離大橋南堡不遠(yuǎn)處的一處電線桿下時(shí)被雷擊中身亡。橋梁在沒(méi)完善防雷設(shè)施的情況下是極易遭受雷擊的，雷擊除直接造成人員傷亡外，還會(huì)直擊橋體高處，如橋拱頂、斜拉塔的塔頂?shù)炔课?，破壞橋體，雷擊散落的混凝土塊也會(huì)砸壞過(guò)往車輛和人員。所以長(zhǎng)跨度的公路橋梁一定要有完善的防雷設(shè)施。杭州路大橋作為典型的斜拉索橋，現(xiàn)簡(jiǎn)要談?wù)劥髽虻姆览自O(shè)計(jì)問(wèn)題。

1 杭州路大橋簡(jiǎn)介

杭州路大橋是連接興化新區(qū)與主城區(qū)主干道上的一座大型橋梁，橫跨車路河主航道，南起五里東路與杭州路交會(huì)處，連接杭州路，北與米市河路交會(huì)，與野行大橋西延相連，大橋全長(zhǎng)462m，總寬22.5 m，主橋?yàn)楠?dú)塔、單索面混凝土斜拉橋，主跨112.6m，邊跨為85m，其間設(shè)一邊墩（過(guò)渡墩），塔結(jié)構(gòu)為倒Y形塔（見(jiàn)圖1）。

2 杭州路大橋主塔的防雷設(shè)計(jì)

大橋主塔高72.7m，它起著固定拉索和承受拉索的力的作用。根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄一中的規(guī)定，預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)中的校正系數(shù)K的取值為2，考慮其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，接地引入線的引線阻抗較大，該大橋的防雷設(shè)施應(yīng)按第二類防雷建筑物要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。防雷接地體，利用主塔的基礎(chǔ)樁筋作垂直自然接地體和承臺(tái)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)作水平接地體極（見(jiàn)圖2）。

虛線表示水平接地體，利用承臺(tái)鋼筋網(wǎng)里2根鋼筋（一般Φ≥16mm）作水平接地體。承臺(tái)內(nèi)每個(gè)樁有2根樁筋與水平接地體焊接連通，水平接地體要與用作引下線的主塔樁內(nèi)鋼筋焊接連通。

圖1 主塔立體圖

圖2 主塔承臺(tái)內(nèi)的防雷接地圖

在主塔的橫梁兩邊，靠近橋面板處用4×40mm熱鍍鋅扁鋼做出預(yù)留端子（設(shè)置預(yù)留是為了主塔防雷系統(tǒng)與橋面防雷系統(tǒng)連接）。主塔的防直擊雷和側(cè)擊雷應(yīng)在塔高30m以上沿塔四周設(shè)置水平環(huán)形均壓環(huán)，并與塔體鋼筋結(jié)構(gòu)主筋連接。塔頂設(shè)置Φ12mm熱鍍鋅圓鋼作為接閃帶，在主塔頂?shù)母鱾€(gè)角安裝1m高的避雷針，接閃針用Φ20mm不銹鋼制作。塔頂上的金屬物（如航空障礙燈等）應(yīng)與接閃帶焊接（見(jiàn)圖3）。

圖3 橫梁防雷均衡網(wǎng)

3 拉索的防雷保護(hù)

拉索是以斜吊的方式固定橋面的，其一端固定于主塔，另一端固定于橋面。由于拉索由主塔引下，索網(wǎng)散開(kāi)寬度大且高，容易遭受雷擊，保護(hù)方法是將拉索上、下兩端均應(yīng)與防雷裝置連接，但注意的是施工時(shí)不能直接用鋼筋與拉索焊接（焊接會(huì)降低拉索的強(qiáng)度），只需將拉索外的金屬套管的上、下兩端與就近的防雷裝置可靠連接就可以了。

4 橋面的防雷設(shè)計(jì)

為確保橋面上的車輛人員免遭直接和間接的雷擊傷害及路燈系統(tǒng)的正常使用，需利用大橋兩邊的金屬燈桿作接閃器加以保護(hù)，具體的施工方法是利用大橋兩邊的護(hù)欄內(nèi)2根縱向鋼筋，焊接連通作防雷均壓環(huán)，均壓環(huán)就近與燈桿焊接連通，與經(jīng)過(guò)由橋墩處引上的引下線焊接連通。均壓環(huán)在主橋上與拉索套管焊接連通，在主塔處與已預(yù)留出的端子連通。注意護(hù)欄上的防雷鋼筋與引下線連接時(shí)要考慮橋面對(duì)橋墩的水平、垂直移動(dòng)，需要設(shè)置補(bǔ)償器。應(yīng)充分利用橋體上的各類金屬物和金屬桿作為接閃器接閃雷電。

5 橋面引下線及接地裝置

橋墩是安裝引下線及接地裝置的位置。引下線是利用橋墩內(nèi)鋼筋引上，在蓋梁頂上用Φ16mm的熱鍍鋅圓鋼引上與護(hù)欄內(nèi)的防雷鋼筋焊接。接地體亦利用橋墩承臺(tái)內(nèi)鋼筋網(wǎng)及樁筋作接地體，每個(gè)樁焊接2根樁筋。由于橋體上一般在兩側(cè)都分別設(shè)置與整個(gè)橋體接地系統(tǒng)相連接的專用接地干線，應(yīng)利用該專用干線作為橋體防雷引下線。

大橋主墩與過(guò)渡橋墩互不連接，需要用人工地網(wǎng)將其連接，在大橋護(hù)欄縱向防雷鋼筋的兩端要設(shè)置人工地網(wǎng)，使大橋的金屬體接地電阻在4Ω之內(nèi)。

6 設(shè)備的防雷保護(hù)

為保障大橋的供電系統(tǒng)正常運(yùn)作，橋面上的燈桿均須與防雷裝置連接，在電源處安裝過(guò)電壓保護(hù)器，在主塔上的裝飾燈的電源處也要安裝過(guò)電壓保護(hù)器，并符合相應(yīng)性能參數(shù)要求。大橋內(nèi)的過(guò)河纜線的金屬套管在橋的兩端及引下線處與防雷裝置連接。至于通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)等弱電設(shè)備還要考慮電子感應(yīng)、雷電波侵入和雷電地電位反擊三個(gè)方面進(jìn)行綜合防護(hù)，將雷電能量抑止、轉(zhuǎn)換到所允許的安全范圍內(nèi)。

7 結(jié)語(yǔ)

斜拉索橋梁因其結(jié)構(gòu)上的特殊性，應(yīng)在杭州路大橋設(shè)計(jì)和施工中注意以下幾點(diǎn)：

（1）在塔頂處，由于維護(hù)難度大，施工成本高，要選用免維護(hù)耐腐蝕材料，如不銹鋼或其他合成金屬材料；

（2）橋面、引橋、引道上諸如路燈桿、外場(chǎng)攝像頭、標(biāo)識(shí)牌、信息板等金屬物應(yīng)與主橋梁形成完整的防雷系統(tǒng)，各金屬物就近與接地體相連接；

（3）在橋梁下面位置相連的部分有相對(duì)移動(dòng)的情況，并非固定，要采用相應(yīng)的補(bǔ)償處理，如橋體間的伸縮縫、橋墩支承橋體處及主塔支承橋體處；

（4）在隱蔽工程施工中，縱橫鋼筋布置密度大，應(yīng)將作為防雷的接閃器、引下線、地網(wǎng)等鋼筋作好標(biāo)志，并可靠連接，以防止焊錯(cuò)主筋，造成接地中斷錯(cuò)誤，延誤工期；

（5）在施工過(guò)程中，雷暴天氣時(shí)有發(fā)生，考慮到保護(hù)工地的施工用電及總電源，在總電源進(jìn)線處須安裝適配的過(guò)電壓保護(hù)器。