江陰大橋吊索典型病害及更換工藝

摘 要：對江陰大橋檢查和養(yǎng)護過程中發(fā)現(xiàn)的吊索病害進(jìn)行了統(tǒng)計分析，總結(jié)了吊索的典型病害及其成因，包括PE護套的開裂、索體滲水、鋼絲銹蝕、構(gòu)件銹蝕和軸套磨損。對短吊索的更換，包括施工前的準(zhǔn)備、施工步驟和施工注意事項進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，形成了一整套的吊索更換施工工藝。

關(guān)鍵詞：吊索；病害；銹蝕；軸套；更換

1 概述

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，設(shè)計施工水平的提高，大跨徑纜索支撐橋梁得到了飛速發(fā)展，其中懸索橋由于造型優(yōu)美、跨越能力強，成為了建設(shè)大跨徑橋梁的首選。懸索橋的荷載由吊索傳遞給主纜，再由主纜通過索塔傳遞到錨碇和基礎(chǔ)，吊索在荷載的傳遞過程中有著舉足輕重的作用，是懸索橋的主要受力構(gòu)件之一。目前吊索主要是由高強鋼絲組成，盡管強度高，但是在環(huán)境的侵蝕下容易發(fā)生銹蝕，特別是在交通量越來越大，交變荷載的頻率和幅度急劇增長的情況下，更容易產(chǎn)生銹蝕、疲勞等病害，嚴(yán)重的甚至發(fā)生斷裂，目前我國已經(jīng)出現(xiàn)了多座橋梁進(jìn)行吊索更換的實例。

2 江陰大橋吊索構(gòu)造[1]

江陰大橋的吊索采用豎向布置銷接的結(jié)構(gòu)形式，上、下游主跨各布置85個吊點，每個吊點連接兩根吊索，共安裝340根。采用了平行鋼絲束和鋼絲繩兩種形式，對于索長大于10米的長吊索采用平行鋼絲索股（PWS），對于索長小于10米的短吊索，由于彎折角度大，在吊索和主纜的連接處容易產(chǎn)生疲勞，故采用粗直徑的鋼絲繩，吊索間距為16米。長吊索的索股由109根？準(zhǔn)5鍍鋅高強鋼絲構(gòu)成，短吊索采用？準(zhǔn)80的鋼絲繩，吊索上、下錨頭均為叉形熱鑄錨，由錨杯與叉形耳板構(gòu)成，錨杯內(nèi)澆筑鑄鋅銅合金，叉形耳板與錨杯用螺紋連接。

江陰大橋為半漂浮體系，在荷載作用下，縱橫向位移較大，吊索容易產(chǎn)生彎折疲勞，尤其是短吊索，為了減小錨固區(qū)的疲勞，除了采用柔性的鋼絲繩外，還在短吊索錨口處安裝了氯丁橡膠澆制的緩沖器，利用緩沖器直徑由大變小的特點，改善錨口處的彎折疲勞，對長度大于20米的長吊索，中部設(shè)置減震器，將同一吊點的兩根吊索連接起來，減小吊索的風(fēng)致振動。為了防止鋼絲銹蝕，所有吊索均采用雙層PE護套防護，PE材料具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕，并且可以根據(jù)美觀要求選擇外觀顏色，對索夾和錨頭采用鍍鋅防護。

3 江陰大橋吊索典型病害及其成因

盡管吊索在安裝時采取了嚴(yán)密的防護措施，以防止索體鋼絲受到損傷，但是由于振動和環(huán)境的侵蝕會不可避免的引起防護失效，使吊索在實際的使用過程中產(chǎn)生各種病害。從2001年檢查開始發(fā)現(xiàn)病害，吊索已經(jīng)進(jìn)行了不同程度的修補和更換，吊索各部分由于構(gòu)造和荷載作用的不同，呈現(xiàn)不同的損傷形式，根據(jù)歷年的檢查歷史，江陰大橋吊索的主要病害包括防護層開裂、構(gòu)件銹蝕、鋼絲銹蝕、索體滲水和軸套磨損。

3.1 PE防護層開裂

PE防護層穩(wěn)定性好，密封性好，抗氧化能力強，是目前吊索采用的主要防護材料，對索體鋼絲有很好的保護作用，一般的設(shè)計使用年限為20年，但是在實際使用很短的時間內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)PE防護層就存在開裂現(xiàn)象，具體表現(xiàn)形式包括劃痕、縱向開裂、橫向開裂等，如圖1所示。PE防護層產(chǎn)生開裂的主要原因包括[2]：（1）應(yīng)力的影響：當(dāng)索體工作時，PE防護層隨鋼絲的伸長而始終處于較高應(yīng)力狀態(tài)下，在動載作用下產(chǎn)生交變拉應(yīng)力。PE防護層的分子與分子的結(jié)合力逐步下降，造成PE開裂。（2）使用環(huán)境的影響：紫外線的照射、雨水沖淋及有害氣體的腐蝕，均影響到PE的開裂。（3）運輸、施工、運營過程的影響：在制作過程中受初始損傷開裂；在卷盤運輸過程中，由于卷繞直徑過小，防護層產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力開裂。（4）吊索檢修過程的影響：在對吊索進(jìn)行檢查時，檢查車沿吊索移動時會與吊索發(fā)生接觸擠壓，導(dǎo)致防護層損傷。

3.2 構(gòu)件銹蝕

吊索系統(tǒng)的構(gòu)件包括了錨頭、索夾、叉耳、銷軸、減振架等，保證了吊索同主纜和鋼箱梁可靠的連接，這些構(gòu)件的防護層主要依靠涂刷防銹涂層，共4道，依次為環(huán)氧富鋅底漆、云鐵中涂、醇酸中涂和醇酸面涂，干膜厚度保持在185？滋m。在檢查的過程中主要發(fā)現(xiàn)存在銹蝕現(xiàn)象。構(gòu)件銹蝕的原因包括：（1）環(huán)境的影響：涂層在環(huán)境中容易老化、開裂和脫落。（2）施工、檢查作業(yè)的影響：檢測車等設(shè)備同吊索產(chǎn)生碰撞，損傷了涂層。（3）索體振動的影響：在橋梁縱向和橫向的振動位移作用下，吊索兩端連接處產(chǎn)生相對位移，涂層受到刮傷。

3.3 鋼絲銹蝕

鋼絲的銹蝕主要是由高強鋼絲同周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的[3]，鋼絲銹蝕降低了吊索的承載力，且不可修復(fù)。鋼絲銹蝕的主要原因包括：（1）PE護套開裂：檢查表明，銹蝕主要發(fā)生在PE護套開裂的位置處，雨水沿著吊索索體向下流淌，遇到開裂就會滲入吊索內(nèi)部，在振動的作用下，雨水沿著空隙向下，最終流到下錨頭。（2）索體與錨固系統(tǒng)之間的間隙：索體同錨固護筒之間存在微小的間隙，盡管在外面覆蓋了一層密封膠，并纏繞了玻璃布，但雨水不可避免地會由這些間隙進(jìn)入索體內(nèi)。

3.4 索體滲水

索體滲水是引起鋼絲銹蝕的直接原因，由于PE護套的開裂、密封不嚴(yán)等原因，使雨水進(jìn)入索體內(nèi)部，沿著鋼絲間隙積聚在下錨頭處。

3.5 軸套磨損

江陰大橋吊索采用銷接方式，吊索錨具和主纜上索夾耳板及鋼箱梁耳板之間均通過銷軸進(jìn)行連接，為了避免銷軸和耳板的相對滑動引起磨損導(dǎo)致銷軸和耳板失效，在銷軸外面都裝有軸套，利用軸套的自由滑動減小磨損。大橋在2008年發(fā)現(xiàn)部分吊索存在異響，經(jīng)過聲發(fā)射檢測及拉索更換后的檢查發(fā)現(xiàn)，由于長時間的擠壓和磨損，軸套已經(jīng)磨損嚴(yán)重，從耳板中擠出，失去了耐磨和潤滑功能，導(dǎo)致了銷軸直接同耳板發(fā)生碾壓，甚至卡死，造成對耳板的損傷，如圖2所示。

4 江陰大橋吊索更換施工工藝[4]

吊索是一個可更換的構(gòu)件，我國《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：如果索內(nèi)鋼絲的斷絲率超過2%，或鋼絲銹蝕削弱截面超過10%，就需要考慮吊索的更換。江陰大橋吊索鋼絲銹蝕和斷絲情況良好，并沒有達(dá)到需要進(jìn)行更換的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于耳板和銷軸之間的軸套磨損嚴(yán)重，造成銷軸和耳板直接接觸碾壓，隨著受荷時間的增長，會造成耳板的損傷，耳板為不可更換構(gòu)件，一旦承載力受到影響，后果會非常嚴(yán)重，為消除耳板磨損的隱患，江陰大橋于2009年進(jìn)行了第一次吊索的更換。吊索更換一般采用臨時吊索的辦法，即將被換吊索的索力轉(zhuǎn)移到臨時吊索上，安裝新索后，再將臨時吊索的索力轉(zhuǎn)移到新索。

4.1 換索前的準(zhǔn)備工作

（1）封閉換索側(cè)（應(yīng)急車道）交通，并設(shè)立警示標(biāo)志。（2）準(zhǔn)備好電熱修補工具和相應(yīng)PE護套材料，在吊索更換的過程中，如發(fā)生主纜或其他吊索碰傷時可以及時進(jìn)行修補。（3）測量主纜與鋼箱梁在需要更換吊索處的標(biāo)高。（4）測量舊索上下耳板的距離，確定新索的長度。（5）搭設(shè)腳手架至主纜高度位置，便于索夾等安裝操作方便。

4.2 吊索更換的主要程序

4.2.1 架設(shè)臨時吊索

（1）利用汽吊安裝臨時索夾，用千斤頂擰緊螺栓，導(dǎo)入軸力，使索夾加緊主纜，保證足夠的承載力，避免索夾滑移。索夾內(nèi)設(shè)橡膠板，以防止臨時索夾損傷主纜防護層。（2）架設(shè)兩根臨時吊索，臨時吊索中心點位于臨時索夾索槽最上方，臨時吊索用緊固件臨時固定，以防滑脫。（3）兩根臨時吊索的四個端頭穿過墊板的孔位，通過細(xì)拉桿與墊板連接，并安裝螺栓拉拔器。（4）在耳板的預(yù)留吊裝孔上安裝主拉桿，并將墊板套入拉桿中，同四根細(xì)拉桿一起固定住墊板，安裝時盡量保持墊板水平。（5）張拉臨時吊索，保持墊板水平，擰緊主拉桿與墊塊連接的螺母，逐步的將原吊索的索力轉(zhuǎn)換到臨時吊索上，逐級將舊吊索卸載。

4.2.2 安裝新吊索

（1）在舊索的索力完全轉(zhuǎn)移到臨時吊索上，直到可以取出銷軸，卸下舊索。銷軸可能由于生銹或長期受載導(dǎo)致銷軸變形而無法取出，此時可以采取以下措施：加工反頂裝置，同時噴潤滑劑使銷軸松動。（2）對上下耳板的預(yù)留孔進(jìn)行清洗除銹，采用直接起吊法，將新索用汽吊運輸?shù)桨惭b的位置下方。新索的安裝同舊索的卸除工序相反，逐級將四個細(xì)拉桿上的螺栓拉拔器松開，并將主拉桿上的螺母擰掉，將索力轉(zhuǎn)移到新索上。（3）測量新吊索上下耳板的距離，與舊吊索相同，說明索力已完全轉(zhuǎn)移。

4.3 施工注意事項

（1）發(fā)現(xiàn)在換索過程中有對主纜防護層有損壞，則根據(jù)要求必須對主纜進(jìn)行維護。（2）換索成功后對耳板銷軸部位，用專用密封膠進(jìn)行密封處理。（3）銷軸卸出后，若發(fā)現(xiàn)耳板孔位有銹蝕情況，應(yīng)立即進(jìn)行防銹處理。（4）當(dāng)發(fā)生索夾嚴(yán)重腐蝕、夾壁或耳板開裂時則應(yīng)更換索夾。索夾更換應(yīng)在限載限速下逐只進(jìn)行。新索夾的材料性能應(yīng)滿足設(shè)計要求，安裝螺桿夾緊力以及安裝精度應(yīng)符合設(shè)計和技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

5 結(jié)束語

文章通過十余年江陰大橋的檢查資料，統(tǒng)計分析了吊索的典型病害及其成因，主要包括了PE護套開裂、構(gòu)件銹蝕、鋼絲銹蝕、索體滲水以及軸套磨損，并對已進(jìn)行吊索更換的施工工藝進(jìn)行了總結(jié)，通過工程實踐證明，此工藝是安全的，能夠滿足實際工程的需要，為后續(xù)懸索橋吊索的更換提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[3]楊文靜.斜拉橋拉索結(jié)構(gòu)中鋼絞線腐蝕行為初探[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[4]CJJ99-2009.城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：孫洪濱（1986-），男，山東省聊城市冠縣，江蘇揚子大橋股份有限公司，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁養(yǎng)護、管理與維修加固。