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，而且吊索的生產已變得越來越工業化。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揮功效。現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、加工方便且穩定性高，并且它的機械性能和環保指標也比其他材料更優秀，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，如果出現索體防護破損進水的情況，則說明拉吊索耐久性已經開始降低，耐久性降低會導致鋼絲出現銹蝕、斷裂的現象。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，這說明現場制索的質量難以保證，但因為運輸、吊裝、牽引等環節還是容易出現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的問題，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，從而導致鋼絞線出現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，吊索的內力不斷發生改變，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生一個小角度。吊索會隨著環境溫度的變化而伸縮，但鋼絲與護套之間的熱膨脹系數存在較大差異，黑PE管的熱膨脹系數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調。保護材料開裂導致空氣中的水、氧氣等有害物質與鋼絲接觸，于是發生腐蝕作用。有害物質難以排出是因為吊索的防護措施有一定的密封性，積聚在吊索套內長期腐蝕著吊索鋼絲。

拉吊索的其他病害還包括以下內容：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缺少拉索更換時的張拉空間的情況，甚至有時還會出現新的成品索截面大于原設計索的現象。因此，換索設計更換順序應該根據疏索、密索體系的不同來確定。