斜拉索PVF缠包防护在丹江口汉江大桥的应用

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2009-5640-1290
斜拉索PVF缠包防护在丹江口汉江大桥的
应用①
胡阿祥1 李居泽2
(1.湖北省路桥集团有限公司 湖北武汉 430056;2.柳州欧维姆机械股份有限公司 广西柳州 545006)摘 要：由于新材料、新技术的应用，桥梁拉索的设计寿命一般达50年以上。

很多桥梁由于施工安装不达标及缺乏科学的运营管养，20年左右就被迫换索桥梁拉索表面缠绕PVF护护带，可以增强拉索防护性能，提高桥梁拉索使用寿命。

本文结合湖北省丹江口市汉江大桥实例，介绍了PVF缠绕对斜拉索的意义，PVF缠绕施工平台及设备，施工工艺等。

关键词：斜拉索 PVF 缠绕 防护
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)12(c)-0026-04
Application of PVF Wrapping Protection of Stay Cables in
Danjiangkou Hanjiang Bridge
HU Axiang LI Juze
(Hubei Road&Bridge Group Co., Ltd., Wuhan, Hubei Province,430056 China; 2. Liuzhou Ouweimu
Machinery Co., Ltd., Liuzhou, Guangxi Zhuang Autonomous Region, 545006 China)Abstract: Due to the application of new materials and technologies, the design life of bridge cables is generally over 50 years. Many bridges are forced to change cables due to unqualified construction and installation and lack of scientific operation and maintenance. PVF protective belt is wrapped on the surface of the cable of bridge beam in about 20 years, which can enhance the protection performance of cable and improve the service life of bridge cable. Combined with the example of Hanjiang Bridge in Danjiangkou City, Hubei Province, this paper introduces the significance of PVF winding to stay cables, construction platform and equipment, construction technology, etc.
Key Words: Stay cable; PVF; Winding; Protection
①作者简介：胡阿祥（1965—），男，汉族，湖北武汉人，本科，研究方向为路桥施工。

由于新材料、新技术的应用，桥梁拉索的设计寿命一般达50年以上。

很多桥梁由于施工安装不达标及缺乏科学的运营管养，20年左右就被迫换索。

由于施工损伤、环境因素和荷载因素等影响，桥梁运营一段时间后拉索HDPE护套会出现开裂。

雨水、潮汽会在HDPE 护套开裂后进入拉索内部，引起钢丝腐蚀，降低拉索使用性能，危及拉索及桥梁整体安全。

桥梁拉索表面缠绕PVF护护带，可以增强拉索防护性能，提高桥梁拉索使用寿命，已在国内多个桥梁项目上得到应用。

1 工程概况
丹江口汉江公路大桥位于湖北省丹江口市境内，位于丹江口大坝下游约6.5km，距上游城区丹江口大桥（老
桥）约1km （见图1）。

主桥采用主跨290m双塔PC梁非对称斜拉桥方案，跨度组合为145+260+85m，斜拉索按扇形布置。

东塔索面设19对斜拉索，西塔索面设12斜拉索，全桥共2×19×2+2×12×2=124根斜拉索。

斜拉索采用高强度低松弛平行镀锌钢丝索，规格为PES7-109、PES7-121、PES7-139、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-241共7种，钢丝抗拉强度≥1770MPa，锚固形式采用冷铸锚具。

斜拉索体系技术条件符合GB/T18365-2001《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》标准。

2 PVF缠包对斜拉索维护管养的意义
2.1 斜拉索HDPE防护层开裂的原因及危害
高强钢丝斜拉索结构见图2。

斜拉索最内层为高强钢丝，钢丝束外沿索长方向连续缠绕增强聚酯带定型，然后外挤HDPE （高密度聚乙烯）护套，护套一般采用内层黑色外层彩色双层结构。

斜拉索HDPE护套厚度大约在5~12mm，壁厚与斜拉索外径比大约是0.06[1]。

拉索损伤的模式为HDPE 套管首先开裂，水气侵入套管内，形成索丝锈蚀环境，索丝开始锈蚀。

斜拉索HDPE防护层开裂主要原因有：
索体应力及构造对HDPE外护套的影响：索体的应力和构造使得HDPE外护套始终处于有应力状态下工作,大多数工况还存在交变拉应力；安装过程中的外力学（如拉索的弯曲和盘绕应力）等会造成的护套内部应力升高，这些应力会残存在材料里面，且高于高密度聚乙烯材料的屈服极限范围，再加上热应力，使得此类索体一般在几年内就产生开裂；
HDPE原材料特性的影响，HDPE原材料的特性直
接影响拉伸强度、耐环境应力开裂、老化等性能，不同的HDPE粒子材料，其耐环境应力开裂的性能、老化时间等差异很大；
自然环境中的使用变化，自然环境中温度的冷热变化、紫外线的照射、雨水的冲淋及有害气体的腐蚀等，均影响到HDPE外护套的开裂及老化；
施工作业的影响，施工过程中，对索体的保护措施普遍不够，导致索体的损伤。

目前，工程上对损伤的HDPE外护套，大多数采用补焊的方式修补，而补焊修补时HDPE二次加热使得其性能大大下降。

PE 护套开裂的主要形态为网状龟裂和环向开裂，目前绝大部分PE 护套开裂为环向开裂，这种类型的开裂一般在投入使用的几年内发生。

所有的PE 护套
环向开裂都是从迎光面开始，最终扩展为环向断裂。

[1]
图1 丹江口汉江公路大桥
图2 钢丝斜拉索结构
检测项目单位双层PVF 检测标准胶带厚度μm 125±5%胶带宽度mm 101拉伸强度kg/100mm
25~50ASTM D882断裂伸长率≥%90ASTM D882粘合强度（HDPE）
≥
N/100mm 45ASTM D1876粘合强度（PVF）≥N/100mm 30
ASTM D1876
使用温度范围
-40℃至90℃
表1 PVF缠绕带技术性参数
图3 斜拉索维护行走平台
图4 塔顶支架
2.2 斜拉索HDPE防护层开裂的危害
拉索是缆索支承桥梁等结构的核心构件,长期承受恒载、活载及振动等较高应力作用。

斜拉索HDPE防护层开裂，雨水、潮汽进入拉索内部，造成钢丝腐蚀。

试验及工程实例证明，拉索的腐蚀，并不是从外到内均匀地发生，而是在交变荷载的作用下，发生疲劳腐蚀及点腐蚀，短时间内就造成拉索抗拉强度极速地下
降，严重影响桥梁的安全性和耐久性，甚至造成拉索断裂、桥梁坍塌塌等重大事故。

2.3 斜拉索外表面缠绕PVF带的意义
（1）使斜拉索增加一层防护性，可使斜拉索不直接暴露在日晒雨淋的恶劣环境中，增加斜拉索防护性能[2]。

（2）PVF具有良好抗UV和抗化学物侵袭性能，可降低斜拉索HDPE防护层老化速度；（3）PVF具有良好
密封性，可覆盖斜拉索HDPE层的开裂及损伤处，弥补斜拉索防护层缺陷带来的危害。

3 PVF缠包在丹江口大桥上的应用
丹江口大桥斜拉索设计寿命50年，要求所有斜拉索索体表面都缠绕PVF防护带。

缠绕塔接率为50%，PVF缠绕层外需安装固定风雨激振螺旋线。

3.1 PVF材料
本项目选用的PVF缠绕带是德国进口产品。

技术性能参数见表1。

3.2 施工平台及措施
针对丹江口汉江大桥的实际情况和本次维护工程
图6 CBJ190缠包机
图7 施工工艺流程
图5 施工吊篮
的特点，采用XW500-XF斜拉索维护行走平台进行斜拉索维护，用CBJ190进行PVF缠包作业。

XW500-XF斜拉索维护升降平台系统安装阶段包括：施工载人吊篮（1）、卷扬机系统（2）、轮系组件（3）、电动吊篮（4）、塔顶钢支架（5）。

见图3。

3.2.1 塔顶支架
塔顶支架需根据索塔顶部结构特点进行设计，要求结构合理，安装方便，确保施工平台的安全。

见图4。

3.2.2 施工吊篮
施工吊篮主要用于桥梁斜拉索的维修、维护，结构采用左右对称的挂吊形式如图5所示。

走行机构由上、下两组滑轮组组成，每组上、下滑轮组采用螺栓连接的方式安装在斜拉索上，滑轮采用耐磨尼龙材料加工而成。

通过3吨卷扬机钢丝绳牵引吊篮升降，搭载4名作业人员。

吊篮各部件均采用螺栓连接的方式，不仅满足强度要求，而且方便拆装和运输。

3.2.3 CBJ190缠包机
采用CBJ190缠包机进行缠包施工，该缠包机是一种人工操作的半自动设备。

由摇臂支架总成、定张力刹车总成、初制动闩总成、初制动器总成、定张力闩支架总成几部分组成。

见图6。

3.3 施工工艺
3.3.1 预埋管内部分的索体PVF带缠绕工艺
（1）两端预埋管内索体ＰＶＦ缠包在斜拉索出厂前完成，成盘、装卸、运输、安装过程中要注意对缠包层的保护；
（2）计算好每根斜拉索在预埋管内长度，塔端适当延长至预埋管外一段距离，以便与安装后的缠包搭接。

使用专用缠包机进行PVF胶带的缠包，PVF带按由下至上的方向进行缠绕，采用螺旋缠绕方法，调整缠包带重叠量，以50%重叠率螺旋式缠绕一道；
（3）斜拉索安装前检查ＰＶＦ缠包材料，发现有损坏处重新缠包。

3.3.2 斜拉索自由段缠绕工艺
斜拉索自由段缠包施工是在斜拉索安装、调索完成后进行。

其施工工艺流程见图7。

（1）缠包按严格按工艺要求沿斜拉索从下向上施工，50%重叠率，这样可以避免雨水渗透穿过PVF防护层。

（2）缠包前先处理斜拉索有缺陷的部位，清理索体表面，以保证缠绕质量。

（3）缠包时应避免褶皱、不均、破损等现象，否则重新缠包。

3.3.3 螺旋线安装
PE修复施工完毕后对全桥进行风雨螺旋线安装，以消除斜拉索风雨振现象。

安装工艺如下：
（1）预先用拉索护套的同质材料制作筋条，并收卷在线盘上，线盘安置于在缠绕装置的转轴上；
（2）在PVF缠包后，启动缠绕装置的驱动装置，缠绕装置绕拉索中心旋转，将筋条紧绕在PVF表面；
（3）根据拉索直径大小规格，每隔一定距离使用PVF带沿拉索圆周方向绑扎筋条，将筋条粘牢在PVF 膜表面；
（4）工作平台上升前行，逐段缠绕，从而在拉索上形成螺旋缠绕的筋条。

4 结语
由多种因素影响造成的斜拉索HDPE防护层开裂失效，是影响斜拉索运营寿命的重大安全隐患；PVF 缠包可以增加斜拉索防护性能，提高斜拉索运营寿命，对斜拉桥的维护管养有很大意义；适采用人工操作的半自动缠包设备，以便操作人员及时检查斜拉索表面清洁度以及缠包质量是否达到要求，有问题及时处理；PVF缠包应该沿斜拉索从下向上缠包，这样可以避免雨水渗透穿过PVF防护层；PVF带的缠包是一项细致的工作，以及高空作业环境的不利因素，故要求安排责任心强，技术素质高的操作人员担任此项工作。

参考文献
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