斜拉桥拉索外观病害检测识别及养护技术应用研究

毛月 魏亚辉 韩锐

摘要：文章以南京长江三桥为工程案例，进行了斜拉桥拉索病害检测识别及养护成套技术应用研究。利用爬索机器人，结合图像识别技术，对斜拉索病害进行分类统计。检测成果显示，斜拉索PE护套总体状况较好，反映出的内部拉索状态良好，PE护套大部分病害为耐久性病害。同时，给出了PE护套耐久性病害处置措施和养护维修措施。

关键词：南京长江三桥;斜拉索;检测识别;养护

0 引言

斜拉索是斜拉桥关键受力构件，是桥梁的生命线。斜拉索常年暴露在风雨、潮湿和污染空气的自然环境中，尤其是跨江、跨河、跨海湾的特大桥，拉索主要材料为钢材，若防护不当，极易使得钢丝受到腐蚀，进而造成索力降低，影响全桥力学性能[1]。

2016年，某主桥跨径为（140+322+140）m的双塔斜拉桥应用爬索机器人进行外观检测，检测结果为PE护套管主要病害以外表污垢、老化微裂缝为主，病害及破损状况程度普遍轻微，表明PE套管完整性良好，拉索腐蚀可能性较小[2]。2017年，某独塔斜拉桥（主跨为232 m，斜拉索服役19年）进行了拉索检测养护，该桥斜拉索PE护套出现以环状开裂或断裂为主的病害，表明该桥护套材料性能已严重劣化失效，PE护套老化开裂不同程度上影响斜拉索的钢丝腐蚀，未老化的PE护套内的钢丝未受到腐蚀[3]。2018年沈阳公和桥[该桥为独塔斜拉桥，跨径为（114+120）m，斜拉索服役15年]进行了斜拉索检修评估，该桥部分斜拉索PE护套存在局部蜂窩和开裂，斜拉索内部钢丝表面存在锈蚀，但尚不影响结构安全，无须换索[4]。

现有资料表明[1，3，4]，我国绝大部分斜拉索正常使用寿命低于20年，不足全桥设计寿命的1/10，即使是日本开发的新型斜拉索材料，寿命也只能维持25～30年。斜拉索外观质量直接影响钢丝断面腐蚀率，影响拉索性能和寿命，而现今关于大跨径斜拉桥拉索外观病害检测识别及养护技术的文献偏少，多以200 m以内跨径的斜拉桥拉索病害检测识别和养护应用研究为主，因此有必要开展大跨斜拉桥拉索外观病害检测识别及养护技术应用研究，以应对拉索病害发展带来的桥梁结构损伤。

1 工程背景

南京长江三桥主桥为跨径648 m的双塔双索面钢塔钢箱梁斜拉桥，主桥跨径布置图见图1。工程于2005-10-07建成通车，斜拉索已服役超过10年。

南京长江三桥主桥共布置168根斜拉索，斜拉索规格分别为PES7-241、PES7-223、PES7-187、PES7-151、PES7-127、PES7-109等6种。斜拉索采用内外两层聚乙烯护套作为防护，其中外层为彩色聚乙烯护套，内层为黑色聚乙烯护套，镀锌钢丝外为缠绕细钢丝或纤维增强聚酯带，南京长江单桥的钢丝排列及防护如图2所示。

2 检查方法

对南京长江第三大桥全桥共计168根斜拉索PE护套管采用HXT-1爬索机器人进行全面外观检测，通过图像识别技术，完成病害种类、位置等信息确定。

HXT-1爬索机器人由爬升部分、数据采集部分、数据传输部分、数据处理部分和辅助部分等组成。爬升部分将数据采集部分中的各种传感器搭载至缆索上，使之沿索检测各种数据。然后由数据传输部分将检测到的数据传输至计算机中保存。随后由计算机中的各种数据处理软件将之前保存的数据进行分析处理，得到缆索表面破损、内部钢丝锈蚀、断裂等问题的数据。最终汇总处理数据生成缆索安全报告以供缆索维修参考。为了检测拉索表面保护层的破损情况，设计的视觉检测系统的硬件由4台摄像机、主控制器和数据存储器组成。其工作方式是当机器人在拉索上爬升时，控制器以循环的方式将4台摄像机图像分时地传输给数据存储器，以实现对拉索表面保护层全方位图像的存储，同时通过视频合成器将4路视频合成为一路监控视频，并通过无线传输子系统传输到地面监控系统的PC机上。

3 检测结果

经过对南京长江三桥主桥全部斜拉索表观进行检测结果分析，该桥斜拉索PE护套细纹较多，主要在斜拉索上表面。所发现较严重病害为刮伤、刮痕、翘皮、孔洞、开裂、严重开裂、污迹、附着物八类。各类病害的数量如表1所示，各种损伤所占比例统计结果如图3所示。

根据病害统计，各类典型病害共计401处。其中刮伤最多，但多数损伤较浅，细纹较多，见表1。

通过对南京长江三桥主桥斜拉索机器人表观检测，部分病害需重点关注（见表2）。

4 检测处置建议

经过对南京长江三桥主桥全部斜拉索机器人表观检测识别判定结果进行分析，结论如下：

（1）斜拉索PE护套总体上破损轻微，基本完好，内部拉索造成损害的可能性较小;

（2）在所检查的168根斜拉索中，斜拉索PE护套细纹、刮伤较多，细纹主要位于拉索上表面;

（3）各类病害共计401处，其中刮伤最多，为344处，但多数损伤较浅。其中10处损伤较为严重，病害类型为开裂、孔洞等。

为更好地服务工程实际，针对本次检测结论，给出具体建议和详细养护维修措施。

4.1 建议

经过对斜拉索检测结果分析，斜拉索PE护套总体状况较好，反映出内部拉索状态良好，PE护套大部分病害为耐久性病害，建议进行以下处理：

（1）建议选取20根具有典型病害的拉索进行开窗检查，确认斜拉索内部状况，检查完后进行修复。

（2）尽快对NAX03号斜拉索表面漏油进行清理，并对该根拉索破损处PE护套进行更换。

（3）对斜拉索PE护套细纹、刮痕等病害，选择合适的时机集中进行修复。

（4）定期对拉索外表面进行检测，掌握拉索的实际状况。

4.2 养护维修措施

根据外观检测结论和建议，养护维修宜选取20根具有典型病害的拉索进行开窗检查，判断拉索内部钢丝是否出现锈蚀现象，并对开窗位置进行修复。养护维修措施思路主要是搭建维护平台→选取开窗方式→选择开窗位置范围→钢丝检测和锈蚀修复→开窗位置修复。

（1）搭建安全經济合理的维护平台，一般为桥塔处固定卷扬机，挂篮悬挂在斜拉索上，保证在安全的前提下运行无碍。

（2）进行开窗检查。开窗检查的主要方式为：采用机械方法，在斜拉索表面病害所在范围内，剥离部分PE护套，对斜拉索平行钢丝进行锈蚀情况检查，检查完成后采用同样的PE护套切割合适尺寸填补修复。

开窗方法为：清理PE护套损伤表面，利用钢丝锯或其他切割方式，将PE护套进行局部切割，并用丙酮或其他清洁剂清洗干净。开窗时不得伤及斜拉索钢丝。

开窗位置及范围为：在病害所在位置进行开窗，根据病害大小，切割适当矩形PE护套。

斜拉索钢丝锈蚀检测及修复方法为：清理斜拉索钢丝表面防腐油脂，观察斜拉索钢丝有无锈蚀断丝情况，并拍照记录;若有锈蚀，则进行表面除锈，可用刷子进行清理，并用除锈剂进行除锈;若有断丝，且钢丝断点处锈蚀不太严重，钢丝剩余直径接近原始直径，则可用挤压式套筒续接，如果钢丝断点处锈蚀严重，直径已经严重削弱，则应将锈蚀严重的段落截去，另用一段同规格的镀锌钢丝接上，接续时每处需用2套镦头式连接器。

（3）进行开窗位置修复，选取与斜拉索PE护套相同颜色材质的PE护套材料，取下相同试样尺寸的修复材料，放入取试样处，用专用焊枪进行热熔，再用电磨机进行表面处理，使损坏处恢复原有的护层厚度，并使索表面基本恢复原有平整状态。采用PVF带将所需修复段缠包，要求搭接均匀，熔合严密，一般采用专用设备半自动化作业以保证质量和效率。

5 结语

本文以南京长江三桥为工程实例，介绍了斜拉索外观病害检测识别及养护成套技术。结果表明：2016年南京长江三桥斜拉索总体性能评价良好，但个别处PE外套严重损坏，需制定专门的维修养护方案。后续检测中发现本次处置措施得当，斜拉索仍保持了良好性能。该桥检修成套技术可为后续大跨斜拉桥拉索检测养护提供参考，同时也可指导其他缆索体系桥梁缆索的检测养护工作。

参考文献：

[1]刘红彬，李 玲，袁则循.斜拉索检测和监测技术的述评[J].四川建筑科学研究，2016，42（1）：45-49.

[2]钟文飞.斜拉索检测机器人在斜拉索PE护套检测的应用[J].商品与质量，2016（8）：180-181.

[3]李 鸥，侍 刚，王 波，等.运营期桥梁斜拉索的技术状况检测[J].世界桥梁，2017，45（4）：79-83.

[4]潘中明，黄向东，曾德礼.既有桥梁斜拉索检测评估及修复[J].世界桥梁，2019，47（2）：88-92.

收稿日期：2020-06-02