拉吊索橋梁病害分析及換索技術要點

劉春林

摘要：橋梁吊索是橋梁非常重要的組成部分，而目前橋梁吊索發(fā)生損壞的情況較多。文章針對橋梁吊索病害和換索應注意的事項，分析了行之有效的換索方案，闡述了換索施工控制要點，并對改進橋梁換索技術提出了建議。

關鍵詞：橋梁;吊索;損壞;更換

0 引言

拉吊索橋梁的重要組成部分之一是拉吊索，最初的拉吊索是由鐵鏈和鐵連桿制作而成。目前的拉吊索全部由高強度鋼絲或絞線制成，并且對索橋梁有更高的要求，它們基本上都是用高強度鋼絲或絞線制作而成，并且已淘汰了粗軋軋制鋼筋。單根吊索的疲勞應力振幅已達到200～250MPa，斷裂力目前已達到30MN，良好而有效的保護可以確保吊索壽命達到30年以上，而且吊索的生產(chǎn)已變得越來越工業(yè)化。保護裝置、鋼絲繩、錨固裝置是構成拉吊索的三部分，如圖1所示。

索體的主要形式是平行鋼絲繩和鋼絞線，一般使用的錨固形式是夾片錨、冷鑄錨。平行（半平行）鋼絲繩+冷鑄錨（冷鑄鐓粗錨）、平行（半平行）鋼絞線+夾片式群錨纜是拉吊索與錨具目前經(jīng)常使用的組合形式。鐓粗錨、熱鑄錨和冷鑄鐓粗錨是可安裝在鋼索兩端的拉錨;夾片式群錨又稱為拉絲式群錨，因為配裝夾片式群錨的拉索張拉時千斤頂直接拉鋼索，張拉結束后錨具才會發(fā)揮功效?，F(xiàn)在我國橋梁吊索中常用的錨主要有夾片式群錨、鐓頭錨和冷鑄錨，平行鋼絲索是國內(nèi)常用的保護形式，一般使用四層防護措施：鋼絲鍍鋅、纖維增強聚酯帶纏包、鋼絲間填充防腐油脂和高密度聚乙烯（HDPE，high-densitypolyethylene）護套。HDPE護套的特點是成本低、加工方便且穩(wěn)定性高，并且它的機械性能和環(huán)保指標也比其他材料更優(yōu)秀，在加入炭黑之后還能起到提高抗老化性的作用。

拉吊索橋梁建成通車后一般在3～17年進行一次換索，11.8年是換索橋梁的拉吊索平均使用壽命，一般來說最短可用3年，最長可達到17年之久。通常來說，如果出現(xiàn)索體防護破損進水的情況，則說明拉吊索耐久性已經(jīng)開始降低，耐久性降低會導致鋼絲出現(xiàn)銹蝕、斷裂的現(xiàn)象。在我國，廣東省南海市九江大橋和四川省嘉陵江石門大橋分別在建成10年后和17年后進行了索更換，這說明現(xiàn)場制索的質(zhì)量難以保證，但因為運輸、吊裝、牽引等環(huán)節(jié)還是容易出現(xiàn)PE損壞的情況，所以必須及時進行檢測及修理。

1 拉吊索病害

常見拉吊索的病害如下：

（1）鋼管套管+水泥漿防護的拉吊索主要病害是在鋼管套管裂開損壞后，雨水滲透進入了水泥漿里，鋼管套管的上部未密實地充滿水泥漿，水泥漿有漂浮漿液或未固化，并且在懸吊拱的下端預埋管中積聚了水和冷凝水，這就加強了對索體的腐蝕。

（2）鋁套管+水泥漿防護的拉吊索的主要病害是水泥漿和套管中鋁套產(chǎn)生的化學反應會導致鋁套膨脹和破裂。鋁套中的上層水泥漿未進行密實填充，水泥漿有浮漿或不固化，因此會導致索體的腐蝕加重。

（3）熱擠PE防護老化裂開損壞，并且錨固連接部分的鋼絲裸露或密封失效，從而導致雨水滲入，這是鋼絞線+防腐油脂+熱擠PE防護的拉吊索的主要病害。

（4）在鋼絞線張拉錨固施工的時候，因為張拉誤差或操作不當?shù)膯栴}，導致每根鋼絞線的張力和應力不均勻。在后期的操作過程中，因為汽車荷載和風荷載的作用使橋梁一直保持震動的狀態(tài)，從而導致鋼絞線出現(xiàn)卡箍松動和滑移的情況，這是鋼絞線+卡箍組錨的主要病害原因。

（5）還有一些因素會導致拉吊索防護破裂進水，引起鋼絲銹蝕的情況，比如設計施工存在缺陷，所用材料或技術不夠成熟、超載、材料自然老化、管理和維護措施不到位、自然災害不可預測等原因。

2 導致拉吊索病害的原因

2.1 吊索自身抗腐性差

吊索受到腐蝕通常是因為水泥漿防護層的壓實不足或PE防護層的破裂導致雨水進入，并且在潮濕的環(huán)境中導致鋼絲腐蝕，同時吊索承受的高拉伸應力也加快了鋼絲的銹蝕。

2.2 吊索上的鋼絲受力情況復雜

若吊索經(jīng)常處于受拉的情況，隨著時間的推移會變得松弛，這樣會導致鋼絲伸長，并且拉裂保護套材料。如果在活載荷作用的情況下，由于吊索的載荷大小不同，吊索的內(nèi)力不斷發(fā)生改變，同時鋼絲伸長也往復改變，這種反復將破壞保護系統(tǒng)的完整性。無論是聚乙烯還是水泥，由于交變載荷的關系，在鋼絲繩與錨頭的連接處會產(chǎn)生一個小角度。吊索會隨著環(huán)境溫度的變化而伸縮，但鋼絲與護套之間的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，黑PE管的熱膨脹系數(shù)是水泥及鋼材的好幾倍，所以不能同時膨脹和收縮。同時，因為鋼絲的強度遠遠超過防護材料，所以，防護材料容易發(fā)生斷裂。

2.3 吊索擺動頻度異常

吊索的振幅在風雨中增加，甚至劇烈振蕩，有時會出現(xiàn)波浪狀的擺動。在嚴重的情況下，斜拉橋的拉索甚至會相互碰撞。劇烈的振動不僅會產(chǎn)生彎曲應力，還會損壞拉索的鋼套、套管帽和地腳螺栓、拉索的防振阻尼器以及拉索的護套，并會引起拉索的疲勞損壞。頻繁的異常振動會加劇拉索根部保護器的疲勞裂紋，使拉索根部積水并加速吊索的腐蝕，導致拉索的使用壽命變少。在設計的時候，通常來說拉吊索的安全系數(shù)取值都不能低于2.5，因此由于強度不足的關系從而導致拉吊索破壞的可能性比較小。

吊索保護的損傷和開裂一般來說是上述因素共同產(chǎn)生的效果，但最重要的原因是吊索鋼絲與變形的保護材料不協(xié)調(diào)。保護材料開裂導致空氣中的水、氧氣等有害物質(zhì)與鋼絲接觸，于是發(fā)生腐蝕作用。有害物質(zhì)難以排出是因為吊索的防護措施有一定的密封性，積聚在吊索套內(nèi)長期腐蝕著吊索鋼絲。

拉吊索的其他病害還包括以下內(nèi)容：設計和施工不足導致橋梁原始結構存在缺陷、材料的自然老化、操作不良、管理和維護措施缺陷、環(huán)境腐蝕等。

3 吊索橋換索應注意事項

（1）在2000年以前，某些吊索橋在設計時未考慮更換吊索，所以更換設計時，必須充分考慮如何拉出舊索、清潔索孔及如何重穿新索，有的拉吊索橋會出現(xiàn)缺少拉索更換時的張拉空間的情況，甚至有時還會出現(xiàn)新的成品索截面大于原設計索的現(xiàn)象。因此，換索設計更換順序應該根據(jù)疏索、密索體系的不同來確定。