斜拉索PVF纏包防護在丹江口漢江大橋的應用

胡阿祥 李居澤

摘? 要：由于新材料、新技術的應用，橋梁拉索的設計壽命一般達50年以上。很多橋梁由于施工安裝不達標及缺乏科學的運營管養，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。本文結合湖北省丹江口市漢江大橋實例，介紹了PVF纏繞對斜拉索的意義，PVF纏繞施工平臺及設備，施工工藝等。

關鍵詞：斜拉索? PVF? 纏繞? 防護

中圖分類號：U448? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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、新技術的應用，橋梁拉索的設計壽命一般達50年以上。很多橋梁由于施工安裝不達標及缺乏科學的運營管養，20年左右就被迫換索。由于施工損傷、環境因素和荷載因素等影響，橋梁運營一段時間后拉索HDPE護套會出現開裂。雨水、潮汽會在HDPE護套開裂后進入拉索內部，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，已在國內多個橋梁項目上得到應用。

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，位于丹江口大壩下游約6.5km，距上游城區丹江口大橋（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19對斜拉索，西塔索面設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。斜拉索體系技術條件符合GB/T18365-2001《斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件》標準。

2? PVF纏包對斜拉索維護管養的意義

2.1 斜拉索HDPE防護層開裂的原因及危害

高強鋼絲斜拉索結構見圖2。

斜拉索最內層為高強鋼絲，鋼絲束外沿索長方向連續纏繞增強聚酯帶定型，然后外擠HDPE（高密度聚乙烯）護套，護套一般采用內層黑色外層彩色雙層結構。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，形成索絲銹蝕環境，索絲開始銹蝕。

斜拉索HDPE防護層開裂主要原因有：

索體應力及構造對HDPE外護套的影響：索體的應力和構造使得HDPE外護套始終處于有應力狀態下工作，大多數工況還存在交變拉應力;安裝過程中的外力學（如拉索的彎曲和盤繞應力）等會造成的護套內部應力升高，這些應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，再加上熱應力，使得此類索體一般在幾年內就產生開裂;

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

自然環境中的使用變化，自然環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;

施工作業的影響，施工過程中，對索體的保護措施普遍不夠，導致索體的損傷。目前，工程上對損傷的HDPE外護套，大多數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為網狀龜裂和環向開裂，目前絕大部分PE 護套開裂為環向開裂，這種類型的開裂一般在投入使用的幾年內發生。所有的PE 護套環向開裂都是從迎光面開始，最終擴展為環向斷裂。[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構的核心構件，長期承受恒載、活載及振動等較高應力作用。斜拉索HDPE防護層開裂，雨水、潮汽進入拉索內部，造成鋼絲腐蝕。試驗及工程實例證明，拉索的腐蝕，并不是從外到內均勻地發生，而是在交變荷載的作用下，發生疲勞腐蝕及點腐蝕，短時間內就造成拉索抗拉強度極速地下降，嚴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境中，增加斜拉索防護性能[2]。（2）PVF具有良好抗UV和抗化學物侵襲性能，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用

丹江口大橋斜拉索設計壽命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品。技術性能參數見表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。

XW500-XF斜拉索維護升降平臺系統安裝階段包括：施工載人吊籃（1）、卷揚機系統（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

塔頂支架需根據索塔頂部結構特點進行設計，要求結構合理，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，結構采用左右對稱的掛吊形式如圖5所示。走行機構由上、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 預埋管內部分的索體PVF帶纏繞工藝

（1）兩端預埋管內索體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埋管內長度，塔端適當延長至預埋管外一段距離，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，發現有損壞處重新纏包。

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、調索完成后進行。其施工工藝流程見圖7。

（1）纏包按嚴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，以保證纏繞質量。

（3）纏包時應避免褶皺、不均、破損等現象，否則重新纏包。

3.3.3 螺旋線安裝

PE修復施工完畢后對全橋進行風雨螺旋線安裝，以消除斜拉索風雨振現象。安裝工藝如下：

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

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

（3）根據拉索直徑大小規格，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有很大意義;適采用人工操作的半自動纏包設備，以便操作人員及時檢查斜拉索表面清潔度以及纏包質量是否達到要求，有問題及時處理;PVF纏包應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帶的纏包是一項細致的工作，以及高空作業環境的不利因素，故要求安排責任心強，技術素質高的操作人員擔任此項工作。

參考文獻

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[3] 蔣林，王曉琳，李東平，等.橋梁失火拉索專項檢測及維護技術應用研究[J].江西建材，2018（7）：40-42.

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