斜拉索橋的防雷檢測概論

鄭鍵雄,林曉劍,盧志鵬,黃 源

(中山市防雷設(shè)施檢測所,廣東中山 528455)

斜拉索橋的防雷檢測概論

鄭鍵雄,林曉劍,盧志鵬,黃 源

(中山市防雷設(shè)施檢測所,廣東中山 528455)

近年來,斜拉索橋在交通建設(shè)項(xiàng)目得到應(yīng)用。中山年均雷暴日為84.5 d,雷電活動(dòng)頻繁,屬于多雷區(qū)。作為交通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的橋梁位于水陸交界處,極易受到雷電的侵襲,對斜拉索橋防雷提出了較高的技術(shù)要求,針對斜拉索橋的設(shè)計(jì)施工等特點(diǎn),運(yùn)用大空間綜合防雷的思想,分析找出其易落雷區(qū)域,確定有針對性的防雷措施,總結(jié)了一些斜拉索橋防雷檢測的經(jīng)驗(yàn)。

斜拉索橋;防雷檢測;綜合防雷

1　概述

斜拉索橋是大跨度橋梁的一種常見形式。其特別適合應(yīng)用在寬闊的大江大河上。由于斜拉索橋所處地理位置及其本身高大的結(jié)構(gòu),決定了斜拉索橋極為容易遭受雷電侵襲。因此，如何防御斜拉索橋的雷電災(zāi)害,提高斜拉索橋的防雷安全度也引起了人們的重視。

與高層建筑防雷類似,斜拉索橋的雷電防護(hù)主要包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩部分,見圖1。

圖1　斜拉索橋的綜合防雷體系

外部防雷:主要考慮對橋梁本身以及橋面上的直擊雷和側(cè)擊雷的防護(hù)。當(dāng)橋梁附近出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣時(shí),強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的雷暴云,可能對周圍的地面產(chǎn)生尖端放電,而高聳的斜拉索橋,則成為尖端放電的最便捷通道。此時(shí),雷電就會(huì)直接擊中橋梁塔頂,部分較小的雷電流會(huì)繞開橋梁塔頂,擊在塔身的中間、拉索或者橋面上,通過雷電流的熱效應(yīng)、電動(dòng)力效應(yīng)及雷電流沖擊波對橋梁造成破壞。外部防雷的主要措施包括了接閃器、引下線、接地裝置、等電位連接。

內(nèi)部防雷:主要針對橋梁相關(guān)的各類服務(wù)設(shè)施(例如供配電線路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng))的感應(yīng)雷防護(hù)。雷電通過空間電磁場變化,可以在橋梁的各種線纜中產(chǎn)生感應(yīng)的過電壓、過電流,與線纜連接的各類服務(wù)設(shè)施會(huì)受到感應(yīng)過電壓、過電流沖擊,導(dǎo)致?lián)p壞。感應(yīng)雷的主要防護(hù)措施包括屏蔽、等電位連接、安裝電涌保護(hù)器、接地等等。

高層建筑的人、財(cái)產(chǎn)、服務(wù)設(shè)施等等,一般都在建筑內(nèi)部,其暴露在戶外(樓頂或陽臺(tái))的時(shí)間和機(jī)率較低,因此,計(jì)算高層建筑的防雷保護(hù)范圍時(shí),以建筑的外沿面作為保護(hù)界面即可;而斜拉索橋上的人、財(cái)產(chǎn)、服務(wù)設(shè)施絕大多數(shù)都暴露在戶外,沒有一個(gè)明確清晰的防雷保護(hù)界面。它們直接遭受雷擊的可能性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高層建筑。

從斜拉索橋的防雷設(shè)計(jì)伊始,運(yùn)用綜合防雷思想,科學(xué)采取上述防雷措施,可以有效降低雷擊對斜拉索橋本身的破壞,降低雷電對橋面的行人、車輛的威脅,降低橋梁中各種電氣設(shè)施受雷電影響而損壞的概率,從而大大提高斜拉索橋的防雷安全度。

為了落實(shí)設(shè)計(jì)方案,將各項(xiàng)防雷措施發(fā)揮最大效用,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕な潜夭豢缮俚沫h(huán)節(jié)。根據(jù)斜拉索橋的施工特點(diǎn)、進(jìn)度等實(shí)際情況,對檢測過程中容易疏忽的地方進(jìn)行歸納整理,提前在關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)位上制定一個(gè)相應(yīng)的防雷檢測方案,也是防雷施工的重要質(zhì)量保證。

2　斜拉索橋的防雷檢測

對斜拉索橋的防雷檢測分為隨工檢測和竣工檢測兩部分。

(1)在防雷隱蔽工程的施工中,隨工程進(jìn)度而實(shí)施檢測,是為了確保防雷隱蔽工程的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一種檢測手段。對斜拉索橋防雷工程的隨工檢測時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

a. 在斜拉索橋的橋墩基礎(chǔ)施工時(shí),應(yīng)對橋墩內(nèi)作為接地體使用的鋼筋表面積進(jìn)行校驗(yàn)。S≥4.24 kc2(S:鋼筋表面積總和;kc:分流系數(shù),單根引下線應(yīng)為1,兩根引下線及接閃器不成閉合的多根引下線應(yīng)為0.66,接閃器成閉合環(huán)或網(wǎng)狀的多根引下線應(yīng)為0.44。)每個(gè)主橋、橋墩均利用四角上的四條豎向鋼筋作為防雷引下線,且塔頂?shù)慕娱W器形成閉合環(huán)路。即kc取0.44滿足規(guī)范要求,但是考慮斜拉索橋的跨度大,主橋橋墩較少,相對整個(gè)斜拉索橋而言,引下線數(shù)量偏少,相應(yīng)的,能夠被利用的接地裝置較少,kc按0.66考慮為優(yōu),計(jì)算得出S≥1.85 m2。

橋墩基礎(chǔ)占地面積較小,水平接地體較少,為滿足接地體的鋼筋表面積S≥1.85 m2。施工時(shí)優(yōu)先利用垂直接地體,盡可能把樁內(nèi)主筋全部焊接連通,把樁的長度充分利用起來,確保接地體的鋼筋表面積S≥1.85 m2的目的。

b. 單個(gè)橋墩基礎(chǔ)的鋼筋焊接完成后,應(yīng)及時(shí)使用接地電阻測試儀,測試其接地電阻是否符合設(shè)計(jì)要求;沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加人工接地裝置,直至合格為止。

c. 引下線利用橋墩及主橋內(nèi)四角的豎向鋼筋作為防雷引下線,宜通長焊接,形成可靠電氣通路。分段施工時(shí),要做好標(biāo)記,避免不同班組施工時(shí)錯(cuò)誤連接鋼筋。

d. 等電位連接是斜拉索橋防御側(cè)擊雷和感應(yīng)雷的重要手段,也是隨工檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié);

第一,主塔塔身的等電位連接環(huán),與引下線連接,并為鄰近的金屬物提供等電位連接點(diǎn);橋面上的欄桿、高桿燈等金屬物均與橋面的水平等電位連接帶連接;拉索上、下兩端都與等電位連接環(huán)(帶)連接;各種線纜的屏蔽層、線路上安裝的電涌保護(hù)器接地端都需要與局部等電位連接端子連接。

第二,橋體的所有預(yù)應(yīng)力鋼筋均不可直接與防雷裝置焊接連通,避免影響其強(qiáng)度;拉索本身也不能與鋼筋直接焊接,把拉索外的金屬套管的上、下兩端與鄰近的防雷裝置可靠連接即可。

第三,為保證足夠的載流截面,上述連接處的接觸截面積不小于50 m2。

第四,等電位連接的過渡電阻應(yīng)不大于0.03Ω,每次等電位連接施工后,應(yīng)立即使用等電位測試儀測試其過渡電阻,大于0.03Ω的連接處應(yīng)立即安排返工。

(2)竣工檢測:是指防雷工程項(xiàng)目竣工,對其施工和安裝質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全面檢驗(yàn)。斜拉索橋的竣工檢測需要注意以下幾點(diǎn):

a. 斜拉索橋完工后,作為接地裝置的各個(gè)橋墩已經(jīng)被連接成為一個(gè)整體。即被測的接地裝置最大對角線長度D變長了,接地電阻表的電壓極P和電流極C的布設(shè)位置也在變遠(yuǎn);條件允許的話,應(yīng)在斜拉索橋的兩岸,按不同方向布置電壓極和電流極,多次測量斜拉索橋的接地電阻,取其平均值作為斜拉索橋的綜合接地電阻。

b. 橋面安裝的高桿燈、指示牌、欄桿等可能遭受直接雷擊的金屬構(gòu)件與預(yù)留等電位連接點(diǎn)之間的連接也是竣工檢測的重要項(xiàng)目之一。連接工藝應(yīng)符合國家規(guī)范的要求,連接導(dǎo)體的截面積不小于50 m2,實(shí)測過渡電阻應(yīng)不大于0.03Ω。

c. 與戶外連接的電源線路,安裝的第一級(jí)電涌保護(hù)器,應(yīng)選用Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器,其連接導(dǎo)體的截面積應(yīng)不小于6 m2;與戶外連接的信號(hào)線路,安裝的第一級(jí)電涌保護(hù)器,宜選用D1試驗(yàn)的電涌保護(hù)器,其連接導(dǎo)體的截面積應(yīng)不小于1.2 m2。

d. 為了避免雷電流對拉索的破壞作用,拉索本身不能與防雷裝置直接焊接連通。為承受直接雷擊,可在最外圍的拉索上設(shè)計(jì)有專用接閃帶。專用接閃帶兩端與預(yù)留等電位連接端子連接,全長要保持電氣貫通,要有伸縮補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償與拉索之間的伸縮長度差異;固定在拉索上的抱箍等金屬構(gòu)件之間不能出現(xiàn)間隙,避免出現(xiàn)雷擊電弧放電現(xiàn)象損壞拉索的保護(hù)層。

3　結(jié)語

通過對斜拉索橋防雷工程的隨工檢測和竣工檢測,可以從根本保證橋梁防雷工程的施工質(zhì)量,進(jìn)而提高橋梁的防雷安全度。然而,一座斜拉索橋的施工周期往往持續(xù)數(shù)年,期間要經(jīng)歷多次雷雨季節(jié)。因此,斜拉索橋施工現(xiàn)場的防雷安全也不容忽視。

塔吊、龍門架、腳手架等金屬物應(yīng)設(shè)置接地體或就近利用橋墩內(nèi)的接地體;強(qiáng)弱電線纜,宜采用金屬鎧甲電纜敷設(shè)或穿金屬管進(jìn)行屏蔽;施工現(xiàn)場要建立工地防雷安全管理制度,完善相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案,建立與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站的聯(lián)系機(jī)制,雷電天氣來臨前,施工人員在要暫停戶外及高空作業(yè),撤到安全地帶暫避等。

斜拉索橋以外形美觀,技術(shù)成熟可靠,施工難度不大,抗震性能較好,施工速度快等優(yōu)點(diǎn)被中山的大南沙特大橋、新中山港大橋等新建橋梁所選用。同時(shí)也帶來了斜拉索橋綜合防雷的新課題,通過對前述橋梁的防雷檢測,對斜拉索橋的綜合防雷系統(tǒng)進(jìn)行了簡要研究,總結(jié)了一些防雷檢測經(jīng)驗(yàn),以期為同類型的檢測工作提供借鑒。

U448.27

B

1009-7716(2015)12-0201-03

2015-09-21

鄭鍵雄(1982-),男,廣東湛江人,工程師,從事防雷裝置檢測工作。