拉吊索桥梁病害分析及换索技术要点

刘春林

摘要：桥梁吊索是桥梁非常重要的组成部分，而目前桥梁吊索发生损坏的情况较多。文章针对桥梁吊索病害和换索应注意的事项，分析了行之有效的换索方案，阐述了换索施工控制要点，并对改进桥梁换索技术提出了建议。

關键词：桥梁;吊索;损坏;更换

0 引言

拉吊索桥梁的重要组成部分之一是拉吊索，最初的拉吊索是由铁链和铁连杆制作而成。目前的拉吊索全部由高强度钢丝或绞线制成，并且对索桥梁有更高的要求，它们基本上都是用高强度钢丝或绞线制作而成，并且已淘汰了粗轧轧制钢筋。单根吊索的疲劳应力振幅已达到200～250MPa，断裂力目前已达到30MN，良好而有效的保护可以确保吊索寿命达到30年以上，而且吊索的生产已变得越来越工业化。保护装置、钢丝绳、锚固装置是构成拉吊索的三部分，如图1所示。

索体的主要形式是平行钢丝绳和钢绞线，一般使用的锚固形式是夹片锚、冷铸锚。平行（半平行）钢丝绳+冷铸锚（冷铸镦粗锚）、平行（半平行）钢绞线+夹片式群锚缆是拉吊索与锚具目前经常使用的组合形式。镦粗锚、热铸锚和冷铸镦粗锚是可安装在钢索两端的拉锚;夹片式群锚又称为拉丝式群锚，因为配装夹片式群锚的拉索张拉时千斤顶直接拉钢索，张拉结束后锚具才会发挥功效。现在我国桥梁吊索中常用的锚主要有夹片式群锚、镦头锚和冷铸锚，平行钢丝索是国内常用的保护形式，一般使用四层防护措施：钢丝镀锌、纤维增强聚酯带缠包、钢丝间填充防腐油脂和高密度聚乙烯（HDPE，high-densitypolyethylene）护套。HDPE护套的特点是成本低、加工方便且稳定性高，并且它的机械性能和环保指标也比其他材料更优秀，在加入炭黑之后还能起到提高抗老化性的作用。

拉吊索桥梁建成通车后一般在3～17年进行一次换索，11.8年是换索桥梁的拉吊索平均使用寿命，一般来说最短可用3年，最长可达到17年之久。通常来说，如果出现索体防护破损进水的情况，则说明拉吊索耐久性已经开始降低，耐久性降低会导致钢丝出现锈蚀、断裂的现象。在我国，广东省南海市九江大桥和四川省嘉陵江石门大桥分别在建成10年后和17年后进行了索更换，这说明现场制索的质量难以保证，但因为运输、吊装、牵引等环节还是容易出现PE损坏的情况，所以必须及时进行检测及修理。

1 拉吊索病害

常见拉吊索的病害如下：

（1）钢管套管+水泥浆防护的拉吊索主要病害是在钢管套管裂开损坏后，雨水渗透进入了水泥浆里，钢管套管的上部未密实地充满水泥浆，水泥浆有漂浮浆液或未固化，并且在悬吊拱的下端预埋管中积聚了水和冷凝水，这就加强了对索体的腐蚀。

（2）铝套管+水泥浆防护的拉吊索的主要病害是水泥浆和套管中铝套产生的化学反应会导致铝套膨胀和破裂。铝套中的上层水泥浆未进行密实填充，水泥浆有浮浆或不固化，因此会导致索体的腐蚀加重。

（3）热挤PE防护老化裂开损坏，并且锚固连接部分的钢丝裸露或密封失效，从而导致雨水渗入，这是钢绞线+防腐油脂+热挤PE防护的拉吊索的主要病害。

（4）在钢绞线张拉锚固施工的时候，因为张拉误差或操作不当的问题，导致每根钢绞线的张力和应力不均匀。在后期的操作过程中，因为汽车荷载和风荷载的作用使桥梁一直保持震动的状态，从而导致钢绞线出现卡箍松动和滑移的情况，这是钢绞线+卡箍组锚的主要病害原因。

（5）还有一些因素会导致拉吊索防护破裂进水，引起钢丝锈蚀的情况，比如设计施工存在缺陷，所用材料或技术不够成熟、超载、材料自然老化、管理和维护措施不到位、自然灾害不可预测等原因。

2 导致拉吊索病害的原因

2.1 吊索自身抗腐性差

吊索受到腐蚀通常是因为水泥浆防护层的压实不足或PE防护层的破裂导致雨水进入，并且在潮湿的环境中导致钢丝腐蚀，同时吊索承受的高拉伸应力也加快了钢丝的锈蚀。

2.2 吊索上的钢丝受力情况复杂

若吊索经常处于受拉的情况，随着时间的推移会变得松弛，这样会导致钢丝伸长，并且拉裂保护套材料。如果在活载荷作用的情况下，由于吊索的载荷大小不同，吊索的内力不断发生改变，同时钢丝伸长也往复改变，这种反复将破坏保护系统的完整性。无论是聚乙烯还是水泥，由于交变载荷的关系，在钢丝绳与锚头的连接处会产生一个小角度。吊索会随着环境温度的变化而伸缩，但钢丝与护套之间的热膨胀系数存在较大差异，黑PE管的热膨胀系数是水泥及钢材的好几倍，所以不能同时膨胀和收缩。同时，因为钢丝的强度远远超过防护材料，所以，防护材料容易发生断裂。

2.3 吊索摆动频度异常

吊索的振幅在风雨中增加，甚至剧烈振荡，有时会出现波浪状的摆动。在严重的情况下，斜拉桥的拉索甚至会相互碰撞。剧烈的振动不仅会产生弯曲应力，还会损坏拉索的钢套、套管帽和地脚螺栓、拉索的防振阻尼器以及拉索的护套，并会引起拉索的疲劳损坏。频繁的异常振动会加剧拉索根部保护器的疲劳裂纹，使拉索根部积水并加速吊索的腐蚀，导致拉索的使用寿命变少。在设计的时候，通常来说拉吊索的安全系数取值都不能低于2.5，因此由于强度不足的关系从而导致拉吊索破坏的可能性比较小。

吊索保护的损伤和开裂一般来说是上述因素共同产生的效果，但最重要的原因是吊索钢丝与变形的保护材料不协调。保护材料开裂导致空气中的水、氧气等有害物质与钢丝接触，于是发生腐蚀作用。有害物质难以排出是因为吊索的防护措施有一定的密封性，积聚在吊索套内长期腐蚀着吊索钢丝。

拉吊索的其他病害还包括以下内容：设计和施工不足导致桥梁原始结构存在缺陷、材料的自然老化、操作不良、管理和维护措施缺陷、环境腐蚀等。

3 吊索桥换索应注意事项

（1）在2000年以前，某些吊索桥在设计时未考虑更换吊索，所以更换设计时，必须充分考虑如何拉出旧索、清洁索孔及如何重穿新索，有的拉吊索桥会出现缺少拉索更换时的张拉空间的情况，甚至有时还会出现新的成品索截面大于原设计索的现象。因此，换索设计更换顺序应该根据疏索、密索体系的不同来确定。