斜拉索PVF纏包防護在丹江口漢江大橋的應(yīng)用

胡阿祥 李居澤

摘? 要：由于新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，橋梁拉索的設(shè)計壽命一般達50年以上。很多橋梁由于施工安裝不達標(biāo)及缺乏科學(xué)的運營管養(yǎng)，20年左右就被迫換索橋梁拉索表面纏繞PVF護護帶，可以增強拉索防護性能，提高橋梁拉索使用壽命。本文結(jié)合湖北省丹江口市漢江大橋?qū)嵗?，介紹了PVF纏繞對斜拉索的意義，PVF纏繞施工平臺及設(shè)備，施工工藝等。

關(guān)鍵詞：斜拉索? PVF? 纏繞? 防護

中圖分類號：U448? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0026-04

Abstract： Due to the application of new materials and technologies， the design life of bridge cables is generally over 50 years. Many bridges are forced to change cables due to unqualified construction and installation and lack of scientific operation and maintenance. PVF protective belt is wrapped on the surface of the cable of bridge beam in about 20 years， which can enhance the protection performance of cable and improve the service life of bridge cable. Combined with the example of Hanjiang Bridge in Danjiangkou City， Hubei Province， this paper introduces the significance of PVF winding to stay cables， construction platform and equipment， construction technology， etc.

Key Words： Stay cable; PVF; Winding; Protection

由于新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，橋梁拉索的設(shè)計壽命一般達50年以上。很多橋梁由于施工安裝不達標(biāo)及缺乏科學(xué)的運營管養(yǎng)，20年左右就被迫換索。由于施工損傷、環(huán)境因素和荷載因素等影響，橋梁運營一段時間后拉索HDPE護套會出現(xiàn)開裂。雨水、潮汽會在HDPE護套開裂后進入拉索內(nèi)部，引起鋼絲腐蝕，降低拉索使用性能，危及拉索及橋梁整體安全。橋梁拉索表面纏繞PVF護護帶，可以增強拉索防護性能，提高橋梁拉索使用壽命，已在國內(nèi)多個橋梁項目上得到應(yīng)用。

1? 工程概況

丹江口漢江公路大橋位于湖北省丹江口市境內(nèi)，位于丹江口大壩下游約6.5km，距上游城區(qū)丹江口大橋（老橋）約1km（見圖1）。主橋采用主跨290m雙塔PC梁非對稱斜拉橋方案，跨度組合為145+260+85m，斜拉索按扇形布置。東塔索面設(shè)19對斜拉索，西塔索面設(shè)12斜拉索，全橋共2×19×2+2×12×2=124根斜拉索。斜拉索采用高強度低松弛平行鍍鋅鋼絲索，規(guī)格為PES7-109、PES7-121、PES7-139、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-241共7種，鋼絲抗拉強度≥1770MPa，錨固形式采用冷鑄錨具。斜拉索體系技術(shù)條件符合GB/T18365-2001《斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。

2? PVF纏包對斜拉索維護管養(yǎng)的意義

2.1 斜拉索HDPE防護層開裂的原因及危害

高強鋼絲斜拉索結(jié)構(gòu)見圖2。

斜拉索最內(nèi)層為高強鋼絲，鋼絲束外沿索長方向連續(xù)纏繞增強聚酯帶定型，然后外擠HDPE（高密度聚乙烯）護套，護套一般采用內(nèi)層黑色外層彩色雙層結(jié)構(gòu)。斜拉索HDPE護套厚度大約在5～12mm，壁厚與斜拉索外徑比大約是0.06[1]。拉索損傷的模式為HDPE 套管首先開裂，水氣侵入套管內(nèi)，形成索絲銹蝕環(huán)境，索絲開始銹蝕。

斜拉索HDPE防護層開裂主要原因有：

索體應(yīng)力及構(gòu)造對HDPE外護套的影響：索體的應(yīng)力和構(gòu)造使得HDPE外護套始終處于有應(yīng)力狀態(tài)下工作，大多數(shù)工況還存在交變拉應(yīng)力;安裝過程中的外力學(xué)（如拉索的彎曲和盤繞應(yīng)力）等會造成的護套內(nèi)部應(yīng)力升高，這些應(yīng)力會殘存在材料里面，且高于高密度聚乙烯材料的屈服極限范圍，再加上熱應(yīng)力，使得此類索體一般在幾年內(nèi)就產(chǎn)生開裂;

HDPE原材料特性的影響，HDPE原材料的特性直接影響拉伸強度、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、老化等性能，不同的HDPE粒子材料，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂的性能、老化時間等差異很大;

自然環(huán)境中的使用變化，自然環(huán)境中溫度的冷熱變化、紫外線的照射、雨水的沖淋及有害氣體的腐蝕等，均影響到HDPE外護套的開裂及老化;

施工作業(yè)的影響，施工過程中，對索體的保護措施普遍不夠，導(dǎo)致索體的損傷。目前，工程上對損傷的HDPE外護套，大多數(shù)采用補焊的方式修補，而補焊修補時HDPE二次加熱使得其性能大大下降。

PE 護套開裂的主要形態(tài)為網(wǎng)狀龜裂和環(huán)向開裂，目前絕大部分PE 護套開裂為環(huán)向開裂，這種類型的開裂一般在投入使用的幾年內(nèi)發(fā)生。所有的PE 護套環(huán)向開裂都是從迎光面開始，最終擴展為環(huán)向斷裂。[1]

2.2 斜拉索HDPE防護層開裂的危害

拉索是纜索支承橋梁等結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)件，長期承受恒載、活載及振動等較高應(yīng)力作用。斜拉索HDPE防護層開裂，雨水、潮汽進入拉索內(nèi)部，造成鋼絲腐蝕。試驗及工程實例證明，拉索的腐蝕，并不是從外到內(nèi)均勻地發(fā)生，而是在交變荷載的作用下，發(fā)生疲勞腐蝕及點腐蝕，短時間內(nèi)就造成拉索抗拉強度極速地下降，嚴(yán)重影響橋梁的安全性和耐久性，甚至造成拉索斷裂、橋梁坍塌塌等重大事故。

2.3 斜拉索外表面纏繞PVF帶的意義

（1）使斜拉索增加一層防護性，可使斜拉索不直接暴露在日曬雨淋的惡劣環(huán)境中，增加斜拉索防護性能[2]。（2）PVF具有良好抗UV和抗化學(xué)物侵襲性能，可降低斜拉索HDPE防護層老化速度;（3）PVF具有良好密封性，可覆蓋斜拉索HDPE層的開裂及損傷處，彌補斜拉索防護層缺陷帶來的危害。

3? PVF纏包在丹江口大橋上的應(yīng)用

丹江口大橋斜拉索設(shè)計壽命50年，要求所有斜拉索索體表面都纏繞PVF防護帶。纏繞塔接率為50%，PVF纏繞層外需安裝固定風(fēng)雨激振螺旋線。

3.1 PVF材料

本項目選用的PVF纏繞帶是德國進口產(chǎn)品。技術(shù)性能參數(shù)見表1。

3.2? 施工平臺及措施

針對丹江口漢江大橋的實際情況和本次維護工程的特點，采用XW500-XF斜拉索維護行走平臺進行斜拉索維護，用CBJ190進行PVF纏包作業(yè)。

XW500-XF斜拉索維護升降平臺系統(tǒng)安裝階段包括：施工載人吊籃（1）、卷揚機系統(tǒng)（2）、輪系組件（3）、電動吊籃（4）、塔頂鋼支架（5）。見圖3。

3.2.1 塔頂支架

塔頂支架需根據(jù)索塔頂部結(jié)構(gòu)特點進行設(shè)計，要求結(jié)構(gòu)合理，安裝方便，確保施工平臺的安全。見圖4。

3.2.2 施工吊籃

施工吊籃主要用于橋梁斜拉索的維修、維護，結(jié)構(gòu)采用左右對稱的掛吊形式如圖5所示。走行機構(gòu)由上、下兩組滑輪組組成，每組上、下滑輪組采用螺栓連接的方式安裝在斜拉索上，滑輪采用耐磨尼龍材料加工而成。通過3噸卷揚機鋼絲繩牽引吊籃升降，搭載4名作業(yè)人員。吊籃各部件均采用螺栓連接的方式，不僅滿足強度要求，而且方便拆裝和運輸。

3.2.3 CBJ190纏包機

采用CBJ190纏包機進行纏包施工，該纏包機是一種人工操作的半自動設(shè)備。由搖臂支架總成、定張力剎車總成、初制動閂總成、初制動器總成、定張力閂支架總成幾部分組成。見圖6。

3.3 施工工藝

3.3.1 預(yù)埋管內(nèi)部分的索體PVF帶纏繞工藝

（1）兩端預(yù)埋管內(nèi)索體PVF纏包在斜拉索出廠前完成，成盤、裝卸、運輸、安裝過程中要注意對纏包層的保護;

（2）計算好每根斜拉索在預(yù)埋管內(nèi)長度，塔端適當(dāng)延長至預(yù)埋管外一段距離，以便與安裝后的纏包搭接。使用專用纏包機進行PVF膠帶的纏包，PVF帶按由下至上的方向進行纏繞，采用螺旋纏繞方法，調(diào)整纏包帶重疊量，以50%重疊率螺旋式纏繞一道;

（3）斜拉索安裝前檢查PVF纏包材料，發(fā)現(xiàn)有損壞處重新纏包。

3.3.2 斜拉索自由段纏繞工藝

斜拉索自由段纏包施工是在斜拉索安裝、調(diào)索完成后進行。其施工工藝流程見圖7。

（1）纏包按嚴(yán)格按工藝要求沿斜拉索從下向上施工，50%重疊率，這樣可以避免雨水滲透穿過PVF防護層。

（2）纏包前先處理斜拉索有缺陷的部位，清理索體表面，以保證纏繞質(zhì)量。

（3）纏包時應(yīng)避免褶皺、不均、破損等現(xiàn)象，否則重新纏包。

3.3.3 螺旋線安裝

PE修復(fù)施工完畢后對全橋進行風(fēng)雨螺旋線安裝，以消除斜拉索風(fēng)雨振現(xiàn)象。安裝工藝如下：

（1）預(yù)先用拉索護套的同質(zhì)材料制作筋條，并收卷在線盤上，線盤安置于在纏繞裝置的轉(zhuǎn)軸上;

（2）在PVF纏包后，啟動纏繞裝置的驅(qū)動裝置，纏繞裝置繞拉索中心旋轉(zhuǎn)，將筋條緊繞在PVF表面;

（3）根據(jù)拉索直徑大小規(guī)格，每隔一定距離使用PVF帶沿拉索圓周方向綁扎筋條，將筋條粘牢在PVF膜表面;

（4）工作平臺上升前行，逐段纏繞，從而在拉索上形成螺旋纏繞的筋條。

4? 結(jié)語

由多種因素影響造成的斜拉索HDPE防護層開裂失效，是影響斜拉索運營壽命的重大安全隱患;PVF纏包可以增加斜拉索防護性能，提高斜拉索運營壽命，對斜拉橋的維護管養(yǎng)有很大意義;適采用人工操作的半自動纏包設(shè)備，以便操作人員及時檢查斜拉索表面清潔度以及纏包質(zhì)量是否達到要求，有問題及時處理;PVF纏包應(yīng)該沿斜拉索從下向上纏包，這樣可以避免雨水滲透穿過PVF防護層;PVF帶的纏包是一項細(xì)致的工作，以及高空作業(yè)環(huán)境的不利因素，故要求安排責(zé)任心強，技術(shù)素質(zhì)高的操作人員擔(dān)任此項工作。

參考文獻

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