大跨径斜拉桥斜拉索锚头的综合防护

周 琦

(舟山市大陆连岛工程指挥部，浙江舟山316000)

0 引言

斜拉桥由于其跨度较大、造型美观、施工方便等特点而成为目前应用较多的一种桥型。如果桥位处大气环境恶劣，例如处于跨海湾区域，盐分较高，而斜拉索一般都布置在梁体外部，直接与大气接触，因而极易产生腐蚀。如今，由于保护措施的逐渐完善，斜拉桥斜拉索索体已经得到了很好的保护，而斜拉索与锚具结合部位由于保护措施较少从而成为斜拉索防腐蚀的薄弱环节，国内已有多座斜拉桥由于斜拉索腐蚀破坏尤其是斜拉索与锚具结合部位的腐蚀而导致换索，造成了巨大的经济损失和不良社会影响。本文特以舟山桃夭门大桥斜拉索上下锚头的综合防护方案为例，介绍斜拉索在上下锚头部位的防腐蚀保护技术。

1 工程概况

桃夭门大桥是舟山大陆连岛工程的第三座特大桥，横跨桃夭门水道，为七跨连续半漂浮体系混合式斜拉桥，桥跨布置见图1。

1.1 主要技术标准

公路等级：4车道一级公路；设计行车速度：60 km/h；设计荷载：汽车-超20级，挂车-120；桥梁宽度：桥面净宽22.5m；通航标准：通航净高按设计最高通航水位以上32m，通航净宽为280m；设计风速：桥址区离地面20m高度处百年一遇10min平均最大风速为42.8m/s，计入海岛地形系数后设计风速为55m/s；地震基本烈度：6度。

1.2 桥位区气候条件

舟山群岛气候上表现为大陆性气候向海洋性气候转换的过渡性气候。气象要素的经向梯度大，季节滞后，温暖湿润，雨热同季，灾害性天气类型多、频次高。大桥工程区累计年平均气温在16℃左右，一年中日最高气温不小于35℃的平均天数为2.4～8.4 d，日最高气温不小于30℃的平均天数为53～58 d，日最低气温不大于0℃的平均天数为14～16 d；年平均相对湿度在80%左右，年平均日照时数在1880～2258 h之间；地区年平均降水量在900～1400mm，全年平均降水日数(日雨量不小于0.1mm)为130～160 d，最长连续降水日数在16～22d之间，主要表现为3～4月的春季连阴雨天气；常年盛行风向以西北风和东南偏南风为主，台风一般出现在每年的5~11月，其中大部分发生在7～9月，约占全年的86%。

2 实施方案

斜拉索通过索塔锚固区将索力传递给混凝土索塔，锚固区必须在保证恒载、活载作用下的自身合力受力外，构造上还要满足施工的要求，同时要考虑方便养护和维修。近年来索塔锚固方式多采用拉索在锚固区断开(相对于鞍座锚固结构)非交错式锚固结构，主要包括：环向预应力锚固、锚固钢横梁、钢锚箱三种锚固方式，桃夭门大桥则采用了环向预应力锚固的锚固方式(见图2)。

如今，斜拉桥索梁锚固形式主要有四种：锚箱式(承压式)连接、耳板式(销铰式)连接、锚管式连接、锚拉板连接。

锚箱式(承压式)连接是设置锚固梁(块)，将锚固梁(块)用焊接或高强螺栓与主梁连接，斜拉索锚固在锚固梁(块)上。

耳板式连接是由主梁的腹板向上伸出一块耳板，斜拉索通过铰或钢管锚固在耳板上；索力直接由耳板传给主梁的腹板。

锚管式连接是在主梁或纵梁的腹板上安装一根钢管，索力通过钢管传递给主梁或纵梁的腹板。

锚拉板连接是将钢板作为锚拉板，锚拉板由上、中、下三部分组成：锚拉板上部开槽，槽口内侧焊于锚管外侧，斜拉索穿过锚管并用锚具锚固在锚管底部。

桃夭门大桥是一座混合式斜拉桥，在钢箱梁段采用了耳板式连接(如图3)，在混凝土梁段采用了锚管式连接(如图4)。

2.1 上锚头防护

由于环境恶劣，为防止潮湿环境对上端斜拉索锚具的腐蚀，必须对上锚头进行密封，并且孔端密封后表面平整，增加了大桥的美观。

2.1.1 方案

因上锚头部位斜拉索为震动部位，因此采用发泡聚氨酯与HM106密封胶相结合的密封方案，可以长期适应斜拉索的震动。采用发泡聚氨酯的目的为紧密填满锚孔空隙，但其抗老化性能较差。HM106密封胶的分子结构中含有特殊的补强剂和憎水助剂，因而具有极高的粘接稳定性能，优异的耐水、耐油和耐大气老化性能，该产品有很好的延伸率，可达150%以上，并且耐老化性能可达30 a以上，已在多座斜拉桥的锚孔和悬索桥的主缆上成功应用，受到各方面的好评。

2.1.2 主要施工工艺

首先对锚孔金属管内表面的杂质进行彻底清理并做除锈处理，在金属管内表面刷涂两道环氧底漆，然后对管口做临时封堵，并分2~3次对管内进行发泡密封，待发泡完毕后，对发泡表面进行修整，调用HM106密封胶对管口进行密封，最后刷涂两道塔用聚氨酯面漆。

2.2 下锚头防护

桃夭门大桥下锚头采用了在混凝土梁段用锚管连接，在钢箱梁段采用销铰连接两种连接方式，钢套管上口的密封处理考虑到实用性和美观性的结合，采用了不同规格的不锈钢将军帽，这些部位都成为防护的重点。

2.2.1 钢套管防护

钢套管在进行彻底的清理后，采用聚氨酯发泡材料填充(发泡材料性能指标见表1)。聚氨酯发泡材料是由聚醚与多次甲基多苯基、多异氰酸酯发生聚合反应后而成，具有质量轻、不吸水、低导热性、隔气性好、韧性好等特点，从而能够有效地使锚具与雨水、潮气以及其他腐蚀介质相隔离。

表1 发泡材料性能指标

聚氨酯发泡施工采用专用气泵提供压缩空气，使混合料在导管口处呈雾状高压喷出得以充分混合反应，直接喷入锚管进行发泡，喷射量由计算所得的实际体积控制。发泡完毕24 h后，对管口的发泡材料进行修整，然后填充聚氨酯防水密封胶。

2.2.2 将军帽的防护

将军帽的内部防护与钢套管的内部防护措施相同，仍旧采用聚氨酯发泡材料进行填充。在将军帽上口下方约3cm处用两根高弹性橡胶圈填充以密封。在橡胶圈以上，采用进口硅胶进行密封，在将军帽上口以上的硅胶密封条要求高度不小于2.5cm，与上口形成的角度不小于60°，从而形成一个不至于积水的排水坡脚，并将将军帽上口以上10cm范围内的螺旋线割去，避免水沿螺旋线流下从螺旋线与硅胶间的缝隙渗入将军帽。

2.2.3 外部防护

由于桃夭门大桥位于海峡地区，且在桥位两侧有两个很大的油库，空气中盐分、油雾及水气的含量都非常高，环境十分恶劣，即使是不锈钢也会产生一定程度的锈蚀，因此，对斜拉索锚具的防护不仅仅只限于内部的防护，外部的防护从美观和实用的角度来说都需要重视。经过对现场情况的研究和分析，最终决定采用在锚管及将军帽外部涂刷防锈漆的方法来进行防护，具体的涂装体系为：二道环氧锶黄底漆(80μm)，一道环氧云铁中间漆(40μm)，二道氟碳面漆(80μm)，颜色与防撞护栏一致。在施工中，由于空气中油雾含量极高，附着在表面影响粘结力，所以要求每一层防锈漆涂刷之前都要对工作面用特定的溶剂进行彻底清洗，并且进行打磨粗糙，增加层间的结合力，涂刷时要均匀涂刷保证美观。

经过以上步骤，桃夭门大桥形成了一套完整且行之有效的锚头防护系统。

3 结语

从桃夭门大桥自2003年建成后的使用情况来看，桃夭门大桥斜拉索的防护措施是比较有效的，没有出现锚头和拉索的锈蚀情况，但也存在一些小的问题。因此建议，斜拉索生产单位应根据现有的斜拉索锚固的几种方法分别生成一套斜拉索的安装、防护及跟踪监测的完整体系，以便设计、施工和营运等不同时段都具有完善统一的依据，从而使斜拉索体系充分发挥其作用。

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