江阴大桥吊索典型病害及更换工艺

摘 要：对江阴大桥检查和养护过程中发现的吊索病害进行了统计分析，总结了吊索的典型病害及其成因，包括PE护套的开裂、索体渗水、钢丝锈蚀、构件锈蚀和轴套磨损。对短吊索的更换，包括施工前的准备、施工步骤和施工注意事项进行了详细的阐述，形成了一整套的吊索更换施工工艺。

关键词：吊索；病害；锈蚀；轴套；更换

1 概述

随着我国经济的发展，设计施工水平的提高，大跨径缆索支撑桥梁得到了飞速发展，其中悬索桥由于造型优美、跨越能力强，成为了建设大跨径桥梁的首选。悬索桥的荷载由吊索传递给主缆，再由主缆通过索塔传递到锚碇和基础，吊索在荷载的传递过程中有着举足轻重的作用，是悬索桥的主要受力构件之一。目前吊索主要是由高强钢丝组成，尽管强度高，但是在环境的侵蚀下容易发生锈蚀，特别是在交通量越来越大，交变荷载的频率和幅度急剧增长的情况下，更容易产生锈蚀、疲劳等病害，严重的甚至发生断裂，目前我国已经出现了多座桥梁进行吊索更换的实例。

2 江阴大桥吊索构造[1]

江阴大桥的吊索采用竖向布置销接的结构形式，上、下游主跨各布置85个吊点，每个吊点连接两根吊索，共安装340根。采用了平行钢丝束和钢丝绳两种形式，对于索长大于10米的长吊索采用平行钢丝索股（PWS），对于索长小于10米的短吊索，由于弯折角度大，在吊索和主缆的连接处容易产生疲劳，故采用粗直径的钢丝绳，吊索间距为16米。长吊索的索股由109根？准5镀锌高强钢丝构成，短吊索采用？准80的钢丝绳，吊索上、下锚头均为叉形热铸锚，由锚杯与叉形耳板构成，锚杯内浇筑铸锌铜合金，叉形耳板与锚杯用螺纹连接。

江阴大桥为半漂浮体系，在荷载作用下，纵横向位移较大，吊索容易产生弯折疲劳，尤其是短吊索，为了减小锚固区的疲劳，除了采用柔性的钢丝绳外，还在短吊索锚口处安装了氯丁橡胶浇制的缓冲器，利用缓冲器直径由大变小的特点，改善锚口处的弯折疲劳，对长度大于20米的长吊索，中部设置减震器，将同一吊点的两根吊索连接起来，减小吊索的风致振动。为了防止钢丝锈蚀，所有吊索均采用双层PE护套防护，PE材料具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，并且可以根据美观要求选择外观颜色，对索夹和锚头采用镀锌防护。

3 江阴大桥吊索典型病害及其成因

尽管吊索在安装时采取了严密的防护措施，以防止索体钢丝受到损伤，但是由于振动和环境的侵蚀会不可避免的引起防護失效，使吊索在实际的使用过程中产生各种病害。从2001年检查开始发现病害，吊索已经进行了不同程度的修补和更换，吊索各部分由于构造和荷载作用的不同，呈现不同的损伤形式，根据历年的检查历史，江阴大桥吊索的主要病害包括防护层开裂、构件锈蚀、钢丝锈蚀、索体渗水和轴套磨损。

3.1 PE防护层开裂

PE防护层稳定性好，密封性好，抗氧化能力强，是目前吊索采用的主要防护材料，对索体钢丝有很好的保护作用，一般的设计使用年限为20年，但是在实际使用很短的时间内检查发现PE防护层就存在开裂现象，具体表现形式包括划痕、纵向开裂、横向开裂等，如图1所示。PE防护层产生开裂的主要原因包括[2]：（1）应力的影响：当索体工作时，PE防护层随钢丝的伸长而始终处于较高应力状态下，在动载作用下产生交变拉应力。PE防护层的分子与分子的结合力逐步下降，造成PE开裂。（2）使用环境的影响：紫外线的照射、雨水冲淋及有害气体的腐蚀，均影响到PE的开裂。（3）运输、施工、运营过程的影响：在制作过程中受初始损伤开裂；在卷盘运输过程中，由于卷绕直径过小，防护层产生弯曲应力，产生应力开裂。（4）吊索检修过程的影响：在对吊索进行检查时，检查车沿吊索移动时会与吊索发生接触挤压，导致防护层损伤。

3.2 构件锈蚀

吊索系统的构件包括了锚头、索夹、叉耳、销轴、减振架等，保证了吊索同主缆和钢箱梁可靠的连接，这些构件的防护层主要依靠涂刷防锈涂层，共4道，依次为环氧富锌底漆、云铁中涂、醇酸中涂和醇酸面涂，干膜厚度保持在185？滋m。在检查的过程中主要发现存在锈蚀现象。构件锈蚀的原因包括：（1）环境的影响：涂层在环境中容易老化、开裂和脱落。（2）施工、检查作业的影响：检测车等设备同吊索产生碰撞，损伤了涂层。（3）索体振动的影响：在桥梁纵向和横向的振动位移作用下，吊索两端连接处产生相对位移，涂层受到刮伤。

3.3 钢丝锈蚀

钢丝的锈蚀主要是由高强钢丝同周围介质发生电化学反应引起的[3]，钢丝锈蚀降低了吊索的承载力，且不可修复。钢丝锈蚀的主要原因包括：（1）PE护套开裂：检查表明，锈蚀主要发生在PE护套开裂的位置处，雨水沿着吊索索体向下流淌，遇到开裂就会渗入吊索内部，在振动的作用下，雨水沿着空隙向下，最终流到下锚头。（2）索体与锚固系统之间的间隙：索体同锚固护筒之间存在微小的间隙，尽管在外面覆盖了一层密封胶，并缠绕了玻璃布，但雨水不可避免地会由这些间隙进入索体内。

3.4 索体渗水

索体渗水是引起钢丝锈蚀的直接原因，由于PE护套的开裂、密封不严等原因，使雨水进入索体内部，沿着钢丝间隙积聚在下锚头处。

3.5 轴套磨损

江阴大桥吊索采用销接方式，吊索锚具和主缆上索夹耳板及钢箱梁耳板之间均通过销轴进行连接，为了避免销轴和耳板的相对滑动引起磨损导致销轴和耳板失效，在销轴外面都装有轴套，利用轴套的自由滑动减小磨损。大桥在2008年发现部分吊索存在异响，经过声发射检测及拉索更换后的检查发现，由于长时间的挤压和磨损，轴套已经磨损严重，从耳板中挤出，失去了耐磨和润滑功能，导致了销轴直接同耳板发生碾压，甚至卡死，造成对耳板的损伤，如图2所示。

4 江阴大桥吊索更换施工工艺[4]

吊索是一个可更换的构件，我国《城市桥梁养护技术规范》规定：如果索内钢丝的断丝率超过2%，或钢丝锈蚀削弱截面超过10%，就需要考虑吊索的更换。江阴大桥吊索钢丝锈蚀和断丝情况良好，并没有达到需要进行更换的标准，但是由于耳板和销轴之间的轴套磨损严重，造成销轴和耳板直接接触碾压，随着受荷时间的增长，会造成耳板的损伤，耳板为不可更换构件，一旦承载力受到影响，后果会非常严重，为消除耳板磨损的隐患，江阴大桥于2009年进行了第一次吊索的更换。吊索更换一般采用临时吊索的办法，即将被换吊索的索力转移到临时吊索上，安装新索后，再将临时吊索的索力转移到新索。

4.1 换索前的准备工作

（1）封闭换索侧（应急车道）交通，并设立警示标志。（2）准备好电热修补工具和相应PE护套材料，在吊索更换的过程中，如发生主缆或其他吊索碰伤时可以及时进行修补。（3）测量主缆与钢箱梁在需要更换吊索处的标高。（4）测量旧索上下耳板的距离，确定新索的长度。（5）搭设脚手架至主缆高度位置，便于索夹等安装操作方便。

4.2 吊索更换的主要程序

4.2.1 架设临时吊索

（1）利用汽吊安装临时索夹，用千斤顶拧紧螺栓，导入轴力，使索夹加紧主缆，保证足够的承载力，避免索夹滑移。索夹内设橡胶板，以防止临时索夹损伤主缆防护层。（2）架设两根临时吊索，临时吊索中心点位于临时索夹索槽最上方，临时吊索用紧固件临时固定，以防滑脱。（3）两根临时吊索的四个端头穿过垫板的孔位，通过细拉杆与垫板连接，并安装螺栓拉拔器。（4）在耳板的预留吊装孔上安装主拉杆，并将垫板套入拉杆中，同四根细拉杆一起固定住垫板，安装时尽量保持垫板水平。（5）张拉临时吊索，保持垫板水平，拧紧主拉杆与垫块连接的螺母，逐步的将原吊索的索力转换到临时吊索上，逐级将旧吊索卸载。

4.2.2 安装新吊索

（1）在旧索的索力完全转移到临时吊索上，直到可以取出销轴，卸下旧索。销轴可能由于生锈或长期受载导致销轴变形而无法取出，此时可以采取以下措施：加工反顶装置，同时喷润滑剂使销轴松动。（2）对上下耳板的预留孔进行清洗除锈，采用直接起吊法，将新索用汽吊运输到安装的位置下方。新索的安装同旧索的卸除工序相反，逐级将四个细拉杆上的螺栓拉拔器松开，并将主拉杆上的螺母拧掉，将索力转移到新索上。（3）测量新吊索上下耳板的距离，与旧吊索相同，说明索力已完全转移。

4.3 施工注意事项

（1）发现在换索过程中有对主缆防护层有损坏，则根据要求必须对主缆进行维护。（2）换索成功后对耳板销轴部位，用专用密封胶进行密封处理。（3）销轴卸出后，若发现耳板孔位有锈蚀情况，应立即进行防锈处理。（4）当发生索夹严重腐蚀、夹壁或耳板开裂时则应更换索夹。索夹更换应在限载限速下逐只进行。新索夹的材料性能应满足设计要求，安装螺杆夹紧力以及安装精度应符合设计和技术规范规定。

5 结束语

文章通过十余年江阴大桥的检查资料，统计分析了吊索的典型病害及其成因，主要包括了PE护套开裂、构件锈蚀、钢丝锈蚀、索体渗水以及轴套磨损，并对已进行吊索更换的施工工藝进行了总结，通过工程实践证明，此工艺是安全的，能够满足实际工程的需要，为后续悬索桥吊索的更换提供借鉴。

参考文献

[1]江苏扬子大桥股份有限公司.江阴长江公路大桥维护手册（第三版）[Z]：[内部资料].南京：江苏扬子大桥股份有限公司，2008.

[2]龙跃，左毅，吴秋凡，等.拱桥拉索病害研究与对策[J].桥梁建设，2005（03）.

[3]杨文静.斜拉桥拉索结构中钢绞线腐蚀行为初探[D].重庆大学硕士学位论文，2006.

[4]CJJ99-2009.城市桥梁养护技术规范[S].中国建筑工业出版社，2009.

作者简介：孙洪滨（1986-），男，山东省聊城市冠县，江苏扬子大桥股份有限公司，助理工程师，硕士，研究方向：桥梁养护、管理与维修加固。