桥梁的生命索研究

文/ 石伟 李翔 郑国坤 董长征 蒲永官

斜拉索下端预埋管的密封方式及存在问题

随着斜拉桥的应用发展，防水罩单一防水效果不好的问题逐渐凸显，为解决此问题，部分学者研究提出了在预埋管内灌注密封材料的解决措施，具体包括：

1.最初斜拉索的下端防腐体系是在预埋管管口设置一个防水罩，预埋管内部灌注防腐油脂，但油脂中的油分离会造成环境的污染以及遇水后乳化会失去保护作用。油脂之所以存在油的分离，主要是因为油脂的钢网分油量的指标太低，如fib规范对钢网分油量的指标是在40度时，其分油量≤2.5%,在100度时，其分油量≤4%。

2.灌注发泡剂能够防止水对拉索下锚具的腐蚀，但由于缺少必要的指标约束以及经济竞争的原因，其效果不是很好，发泡剂具有的储水作用也给后期的维护造成了困难。

3.到目前为止，许多桥梁设计图纸上都采用非硫化不干性防腐密封胶以及硫化密封胶的密封方式，但有些设计方案为了进一步降低灌注的成本，用聚氨酯发泡剂替代部份密封胶（如图1）。

目前在多座桥梁的这一技术应用中发现灌注非硫化不干性防腐密封胶有油分离的现象，给生态环境造成了影响。由于HDPE与大部分材料的粘接性不好，硫化密封胶也同样存在这个问题，因此随着拉索的振动水很容易从此处进入。这也是防水罩无法起到很好密封效果的原因。

从上述的实践可看出，目前所采取的措施，并未能真正解决拉索锚头腐蚀的这一问题，不仅花了大量的金钱用于预埋管内部，而且还给后期如何检测与维护拉索下端这一个问题埋下非常大的隐患。对后期拉索的智能化发展具有阻碍作用。

预埋管管口的密封研究如下：

目前国内外斜拉桥梁端预埋管与索体结合处的防水措施采用设置防水罩或密封气囊的方式，防水罩的材料主要有铸铁、不锈钢、橡胶、HDPE四种材质形式。铸铁防水罩通常采用铸造模具分两半制造，实现可更换，但重量重，规格越大安装越不方便，后期需要增加二次防腐施工，其总的费用中等；不锈钢防水罩是用不锈钢板卷制后现场焊接而成，而不锈钢的现场焊接是否对HDPE产生影响较难判定且不好更换，不锈钢防水罩的总的费用比较高。

此外，前两种的材料均属于钢材，由于重量较重，安装时往往防水罩的下端需要靠预埋管来支撑，安装后就形成了防水罩上、下两端约束，因此当拉索产生振动时防水罩与索体之间的密封材料容易被破坏而造成密封失效。

HDPE防水罩是目前一种新型防水罩，一般以在防水罩焊接段内壁预埋电阻丝，通过加热焊接的方式使防水罩与拉索HDPE融合成一体。这种方式很好的解决了防水罩与索体的过渡密封问题，但成本较高。由于防水罩采用的是焊接工艺，因此会造成后期的更换困难，且对后期预埋管里的锚头检测与维护带来了困难。

前三种防水罩密封方式还有一个共同点就是必须保证防水罩与预埋管不能产生直接约束，否则会对防水罩与索体之间的密封产生直接破坏从而导致密封失效。因此以上防水罩的密封无法实现全密封，对于梁管积水及冷凝水密封问题仍无法解决。

橡胶防水装置结构改进

如何解决模具数量多，生产成本过高的问题

防水罩的模具数量之所以多，是由于索体直径规格与预埋管规格组合的结果，如就单独以预埋管的规格来定制防水罩将会减小防水罩的型号，从而减少防水罩的模具数量，生产成本大幅度的降低。通过这一改进的方法，橡胶防水罩将具有很强的价格优势。

如何对结构进行优化，具有良好的密封性能

通过一些密封槽、凸筋的设置以及压紧环与防水罩的配合，普通工人只需在相应的位置缠绕密封材料2圈，然后预紧螺栓直到密封材料完全的挤出即可，大大降低了工人的技术要求，并可通过是否有密封材料挤出来判定安装效果是否达到要求。该工艺使防水罩的安装简单、易操作且可以通过肉眼直接判定安装效果的好坏。（如图2）

材料的选择，确保防水罩具有较好的耐久性

橡胶防水罩安装于桥面，属于外露零件，一直受到外界光、氧、热、昼夜温差大和化学介质等外界因素影响，对罩体耐老化性能要求极高。国内一些大桥所用橡胶防水罩的材料是氯丁橡胶，而日本及韩国的橡胶防水罩采用三元乙丙材料，三元乙丙橡胶耐老化性能非常好、耐候性好、电绝缘性能优良、耐化学腐蚀性好、耐水蒸气、颜色稳定性、冲击弹性较好，其在臭氧浓度50pphm、拉伸30%的条件下，可达150h以上不龟裂。综合考虑采用三元乙丙橡胶作为防水罩罩体材料。

试验验证

为了更好验证橡胶防水罩在桥梁拉索上具有良好的密封性能，在试验工装的设计方面尽可能的接近实桥态况，还专门设计了一套辅助实验用的底座装置（底座相当于桥梁预埋管），橡胶防水罩的下端依靠特殊的密封结构及密封材料，实现底座与橡胶防水罩的密封。橡胶防水罩的上端直接采用与索体配合进行密封，索体的上端为自由状态，索体的下端仅仅支撑于底座的套管内，索体相对于底座可以实现绕圆周偏摆，索体与竖直方向的夹角最大可达到5度，具体安装见图3。

水密性试验方法参照美国PTI斜拉索设计、测试和安装推荐规范中的水密性试验。该试验要求将防水罩浸泡在3米水深处4天，拆开组装件查看防水罩内部空腔内有无进水。

为实现更好的密封性能，其密封材料的选择也是一个重要环节，我们采用了多种密封材料进行密封试验。通过试验的结果及可安装性、性价比等综合考虑，选出了一种最为合适的密封材料通过对其中一种密封材料安装浸泡后的解剖，充分证明了将橡胶防水罩完全浸泡于3米水中，仍具有良好的密封性能。

结语

本文针对现有梁端锚固区防水措施所存在的问题进行一一分析，从施工安装、检测维护及密封可靠性等多方面考虑推荐采用橡胶防水罩的密封结构。

为进一步防止提升防水能力，可以在预埋管管口再增加一道柔性密封，实现双重密封保护。当前还未发现一种密封材料在动态下能实现百年的可靠密封，提前识别密封被破坏，及时地做好低成本的维护管养，需要引入拉索智能化预警系统，橡胶防水罩+预埋管口柔性密封的双重密封技术将推进拉索下端智能化发展迈出重要的一步。