浅谈青海省牙什尕至隆务峡段公路哇加滩黄河特大桥的雷电防护

浅谈青海省牙什尕至隆务峡段公路哇加滩黄河特大桥的雷电防
护
王敏;孔尚成;金欣
【摘要】Through the research on geographical environment of Wajiatan Yellow River specially long span bridge of highway section from Yashenga to Longwuxia ,the construction condition ,the activity characteristics of storm within project location and lightning strike risk ,lighting control grade is determined according to na-tional standards and regulations ,and effective lightning control measures are taken .%本文通过青海省牙什尕至隆务峡段公路哇加滩黄河特大桥的地理环境、项目建设情况，项目所在地的雷暴活动特征及雷击风险，依据国家标准、规范等规定，确定该项目防雷类别，并设置采取有效的防雷措施。

【期刊名称】《青海交通科技》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】4页(P42-44,55)
【关键词】道路工程;大桥;雷电防护;雷击风险;防雷类别
【作者】王敏;孔尚成;金欣
【作者单位】青海省雷电灾害防御中心西宁 810001;青海省雷电灾害防御中心西宁 810001;青海省雷电灾害防御中心西宁 810001
【正文语种】中文
1 引言
随着我国交通事业的发展，大桥的规模越来越大，雷电对大桥本身以及附属装置、自动化系统的危害也越来越大。

雷电对大桥的破坏作用主要有:一是直接击在大桥上，在电流通道上，雷击点由于高温而引起应力结构改变，或者雷击塔体，使物体水分受热汽化膨胀，产生强大的机械力而使建（构）筑结构遭受到破坏；二是在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体或设备等对地放电产生电击，雷电流的高温将灼伤人体，三是由于雷电流变化梯度大而产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件（包括设置在大桥上的路灯系统、导航灯系统等的线路感应）产生感应电流，而对设备造成破坏。

由雷击的选择性可知，雷击点多发生在索塔顶，根据大桥的位置，河面宽阔，河岸附近地势平坦，无高大建筑，雷击点可能发生在侧面拉索上的几率也大。

因此，塔顶或主缆到塔基这些接地点的引下线通道的电气连通性尤为重要。

因此，深入了解大桥所在区域的雷电活动规律，根据大桥结构和机电系统的特点进行雷电防护设计与施工，则一定程度上可以大大减小大桥的雷击风险，有效地实现大桥的雷电安全。

本文主要通过探讨青海省牙什尕至隆务峡段公路哇加滩黄河特大桥的雷电防护设计，全面了解斜拉索大桥的综合雷电防护规律。

2 青海省牙什尕至隆务峡段公路哇加滩黄河特大桥简介
2.1 地理环境
本项目是张掖至河南公路的一段，即牙什尕至同仁高速公路，位于青海省东部的海东市及黄南藏族自治州境内。

哇加滩黄河特大桥为本项目的控制性工程，桥梁起点侧接省道S203线，路基宽8.5m，交通条件一般；终点侧无路可通，交通条件很差。

项目区地处青海省黄南藏族自治州北部及海东市南部地区，介于东经102°00′－102°10′、北纬35°30′－36°00′之间，海拔高度为2051m，沿途先后经过青海海东市化隆县、黄南藏族自治州尖扎县、同仁县。

桥址区为构造剥蚀中山地貌，路线沿山麓坡脚展布，跨越黄河。

桥址区地形高程一般为2002.0～2150.8m，地形相对高差约49.2m，地形起伏较大，牙什尕桥台（黄河左岸）坡度较缓，隆务峡桥台（黄河右岸）处地势稍陡，自然坡度约20～65°，植被稍发育。

本项目为主桥1000m、主跨560m 的双塔双索面钢混叠合梁斜拉桥，采用沥青混凝土桥面，双向四车道标准建设。

全桥自北岸起点至南岸终点共有桥墩60处。

大桥由索塔、拉索、桥墩、桥面及附属工程等组成。

2.2 项目建筑概况
索塔基础设计采用60 根钻孔灌注桩基础，并设1.0m 厚承台封底。

自承台顶面起，索塔总高147.45m、索塔呈曲线花瓶造型，塔柱设上下两道横梁，下横梁设在上
下塔柱交接处，上横梁设在上塔柱曲线段。

索塔主筋主要采用Φ40钢筋沿塔壁均
匀布置，所有箱梁纵向钢筋接头处均焊接。

在现浇过程中，防撞栏杆的钢筋及各预埋件有效预埋。

在桥梁起点、终点绿化带内各设一台箱式路灯变电所，路灯采用TN－S接地系统。

大桥附属用电系统包括路灯、塔顶航空障碍信号灯等。

3 项目所在地雷暴活动特征
3.1 项目所在地周围闪电分布
2008～2013年项目所在地半径4km 和10km 范围内分别监测到地闪17 次和126 次，分布如图1 所示。

4km 和10km 范围内的雷击大地密度分别为0.056和0.067次／平方千米／年。

4km 范围内正地闪1次，负地闪16 次，最大地闪雷
电流为－59.8kA，最小地闪雷电流为－7.4kA，平均地闪雷电流为38kA。

10km 范围内正地闪36次，负地闪90次，最大地闪雷电流为149.6kA，最小地闪雷电
流为－5.2kA，平均地闪雷电流为43.6kA。

图1 项目所在地4km 和10km 范围内的地闪分布图
3.2 项目所在地雷电活动规律
3.2.1 人工观测雷暴日数
（1）人工观测雷暴日数的年际变化
青海省黄南州同仁县的雷暴天气每年均有发生，但年际变化差异较大。

统计资料表明:1960～2009年同仁县年雷暴日数在22～58d。

从图2中可以看出:同仁县年雷暴日数最多为58d（1960年），最少为22d（2009年）。

图2 同仁县年雷暴日数折线图
（2）人工观测雷暴日数的年代变化
从图2中变化趋势可见，自20世纪90年代以来，同仁县年雷暴日数呈现出高低
交替的趋势，90年代和世纪头10 年的平均年雷暴日数分别为55.1d 和22.1d。

（3）人工观测雷暴日数的月变化
同仁县1～12月各月平均雷电日数的变化呈单峰型，峰值出现在7月（见图3）。

图3 同仁县雷暴日数月分布折线图
4 综合防雷设计
大桥地处开阔地带，地区年平均雷暴日为52.3d／a，综合该桥梁的使用性质、所
处的位置、项目建设特点等，确定该桥梁为二类防雷建（构）筑。

其雷电防护措施包括:接闪、引下及均压、接地等。

4.1 主接地形式
主桥索塔桩基础投影面积S＝902m2。

按第二类防雷建筑物接地要求，可利用基
础内的钢筋作为接地装置，主塔自然接地装置满足规范R≤10Ω 的要求。

则桥台增加人工接地网，单点接地电阻R≤10Ω。

4.2 主桥索塔接闪杆设计
避雷针是最首要、最基本的接闪措施，联合使用适当的避雷带（网）措施，将有效保护滚球半径高度以上的建（构）筑部分。

对于该项目，首先，在大桥二座索塔塔顶各设置一根接闪杆，该装置采用Φ20 不锈钢材、长5m 的圆钢，将接闪杆与塔
顶固定良好，接闪杆通过接地连接线与索塔内四角引下线钢筋可靠焊接。

其次，设置后备接闪器。

方法有:在塔顶周边外沿明敷设一圈Φ12热镀锌圆钢做接闪带，高15cm，支撑卡子间距0.8m，该装置设在塔顶外围外表面上，然后，直接联合利
用大桥索塔斜拉索钢导管、大桥各路灯金属灯杆以及桥面金属防撞栏杆做接闪器防直击雷。

4.3 引下线设计
主桥索塔从上至下敷设两根接地引下线，接地引下线敷设在塔柱中心线（横向）距塔壁外侧0.3m 处，索塔上中下横梁顶底板及两根接地引下线之间每隔10m 等电位连接一次，并与塔柱内的主筋、钢骨架进行焊接、接地线上下线上端与塔顶预埋接闪杆底部垫板进行焊接，下横梁通过接地端子与主梁接地干线连接，下端与承台等电位连接。

接地引下线及等电位连接线均采用50×5mm 镀锌扁钢。

过渡墩墩身采用50×5mm 镀锌扁钢等电位连接线连接，一端通过接地引下线上端通过接地端子与主梁接地干线连接，下端与承台等电位连接。

桥台台身采用50×5mm 镀锌扁钢等电位连接线连接，一端通过接地引下线与主梁接地干线连接，另一端连接增设的接地装置。

4.4 主桥桥面防雷设计
在主梁中心线两侧纵桥向平行敷设四根50×5mm 镀锌扁钢接地干线，接地干线距梁顶0.15m，距梁外缘0.3m。

接地干线纵桥向每隔20m 采用50×5mm 镀锌扁
钢等电位连接并与护栏底座垫板焊接，接地干线与每根斜拉索、路灯灯柱底座焊接。

4.5 侧击雷防雷设计
本桥两个主塔高度超过45m，应作防斜拉索侧击雷设计。

根据《建筑物防雷设计
规范》（GB50057－2010）要求高于60m 的建筑物其上部占高度20%并超过
60m 的部位应防侧击，所以在118m 处应设计均压环。

斜拉索两端钢套筒分别与桥面接地干线和主塔接地引下线可靠焊接，形成良好电气通路。

4.6 基础防雷设计
利用主桥索塔、过渡墩承台柱基作为接地体，将桩基顶端主钢筋进行环形焊接，并将各环等电位连接，形成闭合的通路。

桥台处通过预埋接地扁钢实现接地连接。

接地系统各焊接部位需做好防锈处理，接地测试电阻要求不大于4Ω。

如实测达不到，则增设人工接地极。

实测标明，接地系统的接地电阻满足要求。

4.7 航空障碍灯设计
对主桥索塔设置适当的障碍标志和障碍灯，以减少对航空器的危害。

航空障碍灯采用220V 供电，在供电线路上设计二级SPD，第一级安装在大桥电源总配电箱，通流量≥60KA；第二级SPD 安装在分配电箱，以保护障碍灯及控制器。

大桥采用共用接地，即SPD 的接地线用16mm2的铜芯线连接在配电箱PE接地端子上，配电箱PE接地端就近与塔柱主筋连接。

同时还应考虑施工问题。

5 结束语
现代桥梁在防雷方面，主要是根据闪电理论及防雷的六大因素进行设计，其中有安装多支避雷针形式或避雷网形式，也有采用避雷带形式，不论采用什么形式的防雷系统，在开阔的河面或海面区域，容易遭受雷击，大桥应进行完善的防雷保护措施设计，接闪器采用针带组合接闪器，在防雷方面则比普通建筑物要求高。

首先必须考虑防雷效果。

该大桥的综合雷电防护吸取了国内其他桥梁及高速公路防雷系统的经验和教训，结合所在地区的雷害特点及环境特点，通过分析计算，利用结构物内部导体，构成一体化的防雷系统，以较小的经济代价获得有效的防雷效果。

参考文献
【相关文献】
［1］陈渭民编著.雷电学原理.北京:气象出版社，2003. ［2］《建筑物防雷设计规范》GB50057－2010.
［3］《防雷装置设计技术评价规范》（QT／T 06－2009）.。