地铁斜拉桥下锚头病害原因分析及改造设计研究

地铁斜拉桥下锚头病害原因分析及改造设计研究

发表时间：2018-08-07T09:58:00.757Z 来源：《基层建设》2018年第17期作者：郑德粮[导读] 摘要：北京某斜拉桥为一座地铁独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。

北京九通衢检测技术股份有限公司北京 100070 摘要：北京某斜拉桥为一座地铁独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。桥梁全长210m，全宽11m，共3跨，跨径组合108m+66m+36m（右线尺寸）。该桥运营至今有十余年，经过对斜拉索的检测，发现索导管内，尤其是不锈钢将军帽中有明显积水。打开锚具护罩，长期积累的积水从螺栓孔中直接流出，由此可见，索导管内的积水现象非常严重，锚具护罩内的锚具已经长期浸泡在积水中，对锚具表面的螺纹锈

蚀显而易见。在长期使用中，由于斜拉索的震动导致硬化后的发泡材料出现微小裂缝。经改进本次索导管采用发泡材料和密封胶协同作用的密封措施。

关键词：地铁斜拉桥下锚头病害原因分析改造设计一、桥梁概况

北京某斜拉桥为一座地铁独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。桥梁全长210m，全宽11m，共3跨，跨径组合108m+66m+36m（右线尺寸）。桥梁位于R=400m的圆曲线及缓和曲线上，桥梁纵坡16‰。桥梁于2007年10月7日开通运营。该桥运营至今有十余年，经过对斜拉索的检测，发现索导管内，尤其是不锈钢将军帽中有明显积水。打开锚具护罩，长期积累的积水从螺栓孔中直接流出，由此可见，索导管内的积水现象非常严重，锚具护罩内的锚具已经长期浸泡在积水中，对锚具表面的螺纹锈蚀显而易见。从打开后的锚具表面看来，锚具已经处于中等锈蚀状况，必须采取有效改进措施，确保斜拉索的安全可靠。

二、斜拉桥下锚头病害状况及原因分析该斜拉桥整体状态基本完好，主梁、斜拉索、桥墩、桥面系及附属设施、索力基本正常，存在轻微病害，不影响斜拉桥安全状态。主要病害集中在斜拉索下锚头。

1、防护套管（桥面以上部分）主要病害：将军帽端口的密封失效，造成雨水顺着将军帽和索体之间的缝隙渗入，直至从梁端螺母的泄水槽中渗出，日积月累，锚具护罩变成了“蓄水池”，将锚具浸泡其中，主要存在4类病害。 1）密封罩由两个半圆锥型不锈钢护套对接而成，接缝处以点焊焊接，密封罩对接处焊点存在开裂，主要原因为：不锈钢护套焊接时经高温灼烧再经雨水侵蚀导致焊接处锈蚀，焊点处亦为薄弱环节易锈蚀。 2）密封罩端口存在缺陷(封闭不严密存在缝隙、缺损、开裂、局部挤出不锈钢密封罩) ，由于密封罩与斜拉索为刚性连接，斜拉索振动导致密封罩与斜拉索之间产生缝隙，密封罩是锚头防水的第一道防护线，密封罩出现老化开裂及与斜拉索之间存在缝隙等病害，防水效果减弱，导致雨水下渗至套管内部。

3）钢护筒轻微锈蚀，主要表层油漆老化脱落所致。 4）钢护筒内积水，主要为雨水透过已经失效的密封罩渗入护筒。

照1 斜拉索密封罩焊点开裂

照2 斜拉索密封罩顶端密封圈存在缝隙

照3 密封罩顶端局部挤出不锈钢密封罩

照4 钢护筒内积水

2、下锚头（桥面以下部分）主要存在6类问题，即防护筒内积水，锚具锈蚀、墩头锈蚀，锚杯盖缺少螺栓，锚杯内缺少防护油，防护筒尾部漏油，防护筒端部渗漏水。下锚头的主要病害为斜拉索密封罩失效、护筒内部密封胶失效导致雨水下渗至下锚头套管内，雨水在下锚头套管内不易排出，进而侵蚀防护筒并带出部分防护油。

照5 下锚头防护筒尾部筒内积水

照6 锚杯内缺少防护油

三、斜拉桥预埋套管改造方案

本次斜拉索防护工程主要解决斜拉索密封罩和锚头防水问题，并且把锚头内已经囤积的雨水排出。斜拉索防护工程主要修复的范围为：斜拉索密封罩、下锚头桥面以上部分（减震器以上部分，减震器不予拆解）、下锚头梁体底面以下部分。

1、打开桥面上的不锈钢将军帽（铲除端口密封胶，然后将军帽顺索体方向进行上移），清理将军帽内的积水、积尘，将减震器上方的发泡材料清理干净后（减震器保持原状态），注入密封膏，表面用硫化密封胶密封后再安装密封罩。

2、索导管内（减震器与密封圈之间部分）的维护：

原梁端索导管内填充满聚氨酯发泡材料，随着对发泡材料的进一步认识，发泡材料并不能和索导管内壁完全密封，尤其是在长期使用中，由于斜拉索的震动导致硬化后的发泡材料出现微小裂缝。聚氨酯发泡材料自身并非是密封胶，其在索导管内的主要作用和实际作用是填充满导管空间，尽可能减少内部水汽的存在，以免水汽过多存在，导致水汽变为水，造成内部缓慢积水。本次索导管采用发泡材料和密封胶协同作用的密封措施。

图1 预埋套管改造设计图

3、梁上将军帽复位恢复：

原缺陷进行修补完成后，将军帽顺索体方向进行下移复位。原不锈钢将军帽点焊连接，需重新补焊打磨，增设橡胶防雨罩，并进行密封胶端口防护。

4、打开斜拉索锚具护罩，将积水排出；

5、锚具维护：

1）清除原老化油脂后，除去浮锈，重新涂覆专用新油脂；

2）锚垫板除锈，涂防锈漆；

3）锚具内外表面涂抹专用防护油脂，油脂密封后，首先注入密封膏密封，其次用专用胶布进行缠绕密封，最后用薄膜进行第二层密封，使锚具与外界空气隔离，以防油脂干燥流失；

4）清理原锚具护罩，表面重新打磨。

6、对于结构构件锈蚀处先进行阻锈处理后再进行构件防腐。

四、主要材料技术参数要求

1、非硫化型阻蚀密封膏

主要性能：密封膏是以聚异丁烯合成橡胶为基，并添加高效防腐剂和其他添加剂配制而成的不干性阻蚀型密封膏。由于其分子结构中饱和度高，对光、热、臭氧等具有极高的惰性，可长期保持柔软性状态，不硬化、不干裂、不霉变，是目前国际上最新一代不干性密封材料，在密封空间内使用寿命可达80~100年。

产品特点：单组份粘稠体，与各种金属、非金属材料有良好的粘附性；对普通碳钢和镀锌钢材具有阻蚀保护性能。

技术参数：

表1 非硫化型橡胶阻蚀密封膏技术参数对照表

2、硫化型橡胶密封胶

主要性能：密封聚硫型高强防水硫化型橡胶密封剂采用液态聚硫橡胶为基配制而成的双组份温室硫化型硫化型橡胶密封剂。由于其分子结构中含有特殊的补强剂和憎水助剂，因而具有极高的粘结稳定性能，优异的耐水、耐油和耐大气老化性能。

产品特点：高拉伸强度和粘结强度，老化性能稳定；优异的耐水稳定性；在有表面保护情况下，综合老化性能寿命达40年以上。技术参数：