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護過程中發現的吊索病害進行了統計分析，總結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、構件銹蝕和軸套磨損。對短吊索的更換，包括施工前的準備、施工步驟和施工注意事項進行了詳細的闡述，形成了一整套的吊索更換施工工藝。

關鍵詞：吊索；病害；銹蝕；軸套；更換

1 概述

隨著我國經濟的發展，設計施工水平的提高，大跨徑纜索支撐橋梁得到了飛速發展，其中懸索橋由于造型優美、跨越能力強，成為了建設大跨徑橋梁的首選。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，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，但是在環境的侵蝕下容易發生銹蝕，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，更容易產生銹蝕、疲勞等病害，嚴重的甚至發生斷裂，目前我國已經出現了多座橋梁進行吊索更換的實例。

2 江陰大橋吊索構造[1]

江陰大橋的吊索采用豎向布置銷接的結構形式，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5鍍鋅高強鋼絲構成，短吊索采用？準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成，錨杯內澆筑鑄鋅銅合金，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，吊索容易產生彎折疲勞，尤其是短吊索，為了減小錨固區的疲勞，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，中部設置減震器，將同一吊點的兩根吊索連接起來，減小吊索的風致振動。為了防止鋼絲銹蝕，所有吊索均采用雙層PE護套防護，PE材料具有優良的耐低溫性能，化學穩定性好，能耐大多數酸堿的侵蝕，并且可以根據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生各種病害。從2001年檢查開始發現病害，吊索已經進行了不同程度的修補和更換，吊索各部分由于構造和荷載作用的不同，呈現不同的損傷形式，根據歷年的檢查歷史，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，一般的設計使用年限為20年，但是在實際使用很短的時間內檢查發現PE防護層就存在開裂現象，具體表現形式包括劃痕、縱向開裂、橫向開裂等，如圖1所示。PE防護層產生開裂的主要原因包括[2]：（1）應力的影響：當索體工作時，PE防護層隨鋼絲的伸長而始終處于較高應力狀態下，在動載作用下產生交變拉應力。PE防護層的分子與分子的結合力逐步下降，造成PE開裂。（2）使用環境的影響：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，防護層產生彎曲應力，產生應力開裂。（4）吊索檢修過程的影響：在對吊索進行檢查時，檢查車沿吊索移動時會與吊索發生接觸擠壓，導致防護層損傷。

3.2 構件銹蝕

吊索系統的構件包括了錨頭、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，這些構件的防護層主要依靠涂刷防銹涂層，共4道，依次為環氧富鋅底漆、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現存在銹蝕現象。構件銹蝕的原因包括：（1）環境的影響：涂層在環境中容易老化、開裂和脫落。（2）施工、檢查作業的影響：檢測車等設備同吊索產生碰撞，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發生電化學反應引起的[3]，鋼絲銹蝕降低了吊索的承載力，且不可修復。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入索體內。

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、密封不嚴等原因，使雨水進入索體內部，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行連接，為了避免銷軸和耳板的相對滑動引起磨損導致銷軸和耳板失效，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年發現部分吊索存在異響，經過聲發射檢測及拉索更換后的檢查發現，由于長時間的擠壓和磨損，軸套已經磨損嚴重，從耳板中擠出，失去了耐磨和潤滑功能，導致了銷軸直接同耳板發生碾壓，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件，我國《城市橋梁養護技術規范》規定：如果索內鋼絲的斷絲率超過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，并沒有達到需要進行更換的標準，但是由于耳板和銷軸之間的軸套磨損嚴重，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，耳板為不可更換構件，一旦承載力受到影響，后果會非常嚴重，為消除耳板磨損的隱患，江陰大橋于2009年進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移到臨時吊索上，安裝新索后，再將臨時吊索的索力轉移到新索。

4.1 換索前的準備工作

（1）封閉換索側（應急車道）交通，并設立警示標志。（2）準備好電熱修補工具和相應PE護套材料，在吊索更換的過程中，如發生主纜或其他吊索碰傷時可以及時進行修補。（3）測量主纜與鋼箱梁在需要更換吊索處的標高。（4）測量舊索上下耳板的距離，確定新索的長度。（5）搭設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 架設臨時吊索

（1）利用汽吊安裝臨時索夾，用千斤頂擰緊螺栓，導入軸力，使索夾加緊主纜，保證足夠的承載力，避免索夾滑移。索夾內設橡膠板，以防止臨時索夾損傷主纜防護層。（2）架設兩根臨時吊索，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，通過細拉桿與墊板連接，并安裝螺栓拉拔器。（4）在耳板的預留吊裝孔上安裝主拉桿，并將墊板套入拉桿中，同四根細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）對上下耳板的預留孔進行清洗除銹，采用直接起吊法，將新索用汽吊運輸到安裝的位置下方。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，說明索力已完全轉移。

4.3 施工注意事項

（1）發現在換索過程中有對主纜防護層有損壞，則根據要求必須對主纜進行維護。（2）換索成功后對耳板銷軸部位，用專用密封膠進行密封處理。（3）銷軸卸出后，若發現耳板孔位有銹蝕情況，應立即進行防銹處理。（4）當發生索夾嚴重腐蝕、夾壁或耳板開裂時則應更換索夾。索夾更換應在限載限速下逐只進行。新索夾的材料性能應滿足設計要求，安裝螺桿夾緊力以及安裝精度應符合設計和技術規范規定。

5 結束語

文章通過十余年江陰大橋的檢查資料，統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、構件銹蝕、鋼絲銹蝕、索體滲水以及軸套磨損，并對已進行吊索更換的施工工藝進行了總結，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，為后續懸索橋吊索的更換提供借鑒。

參考文獻

[1]江蘇揚子大橋股份有限公司.江陰長江公路大橋維護手冊（第三版）[Z]：[內部資料].南京：江蘇揚子大橋股份有限公司，2008.

[2]龍躍，左毅，吳秋凡，等.拱橋拉索病害研究與對策[J].橋梁建設，2005（03）.

[3]楊文靜.斜拉橋拉索結構中鋼絞線腐蝕行為初探[D].重慶大學碩士學位論文，2006.

[4]CJJ99-2009.城市橋梁養護技術規范[S].中國建筑工業出版社，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：橋梁養護、管理與維修加固。