桥梁斜拉索的锚端防护

桥梁斜拉索的锚端防护
叶觉明
(中铁大桥局武汉桥粱科学研究院，武汉430034)

引言
现代大跨度桥梁的斜拉索系统是斜拉桥的主要承重结构。斜拉索由于所处的特殊使用环境和条件，腐蚀现象较为严重。我国桥梁目前常用的斜拉桥斜拉索系统主要有两种，一种是用热挤高密度聚乙烯(PE)防护的半平行钢丝索体配以冷铸墩头锚(或其它锚固形式锚固)系统的高强度钢丝斜拉索；另一种是采用不同防护形式的平行钢绞线、外套HDPE护套管，两端用特殊的夹片锚群锚系统组成的钢绞线斜拉索。
目前桥梁斜拉索多采用由热挤PE护套的成品拉索。平行钢绞线索采用钢绞线单根张拉夹片群锚体系，单根钢绞线也采用了热镀锌钢丝、涂专用防腐油脂或石蜡、外挤PE套管、环氧涂层等防护措施，而且对整索采用外套HDPE套管防护。
斜拉索防护的另一个重要部分是锚具结构及其防护。按锚固方式分，斜拉索常用的锚具结构主要有冷铸镦头锚、热铸锚、夹片锚(群锚)等结构；按支承结构分，常用的有支承型、拉杆型、螺母型、叉耳型等结构。这些不同结构的主要作用是锚固功能，同时也在考虑其防护功能，主要应用结构、填充、密封、涂装等防护技术，加强对斜拉索锚具和整索的防护功能。
1、斜拉索锚端防护
根据对斜拉索使用和事故状态的实际检查，斜拉索系统的防护失效多发生在端部，原因是这一部位安装后由于结构限制不便检查和维护。因此，斜拉索系统的锚端防护应当作为防护的重点予以关注和重视。
斜拉桥斜拉索系统的上锚端锚固在主塔内，下锚端锚固在加劲梁内(上)。在制造斜拉索时，一般都对索体和锚具结构方面采取了必要的防护措施。斜拉索锚端防护主要是现场防护，它的重点是塔端和梁端斜拉索出口处、锚具与锚板的结合等部位。斜拉索锚端防护的基础是结构、填充、密封、涂装等技术工艺组合应用，针对不同结构不同环境下使用的斜拉桥采取不同的组合防护形式，特点是在拉索锚端防护区段分别实施结构保护和密封、填充和涂料涂装防护。
现以南京三桥为例，探讨斜拉索系统锚端防护的应用技术。南京长江第三大桥位于长江江苏境南京区段，主桥为63m+257m+648m+257m+63m双塔双索钢箱梁斜拉桥，是国内已建成的最大跨度斜拉桥。全桥共有斜拉索168根，分6种规格，分别为φ7 mm×109、φ7mm×127、φ7 mm×151、φ7mm×187、φ7 mm×223、φ7 mm×241，总重约为两千余吨。根据南京三桥斜拉索的结构特点，在改进和提高斜拉索本身防护体系的基础上，成桥营运前采取以下措施对斜拉索系统的锚端进行防护：
(1)对斜拉索锚端与锚固结构结合的

外露部位加罩不锈钢防护罩密封，防止该部位与污染物接触。
(2)斜拉索导管(锚管)内填充聚氨酯发泡材料密封，阻止水分和污染物的进入。
(3)梁端斜拉索导管出口处加设不锈钢防雨罩，阻隔进水，同时美化这一区段的外观效果。
(4)斜拉索近路面段整体包覆不锈钢防护层。
l.l锚固部位外露锚具防护
经过镀锌和涂装的斜拉索两端锚具，只能作为制造和安装过程的临时防护，难以满足斜拉索长期使用的防护需要。外露锚具长期受空气中湿气和环境污染的影响会发生锈蚀。所以在斜拉索安装调试完成后，必须对这一部位进行现场补充防护，这一措施还要考虑适应将来的索力调整及换索工作。南京三桥对锚具外露部位的防护措施如图1所示，具体包括以下方面：
(1)在锚固结构的锚板上设置法兰连接垫板，并进行必要的防锈处理，周边用密封胶密封。
(2)清除锚具外露部分的表面污染和锈蚀后，均匀涂刷一层锚具专用长效防护油脂。
(3)在法兰垫板表面沟槽内安装密封圈，打上密封胶后安装不锈钢护罩。
(4)护罩用合格的不锈钢材料加工制造，护罩能全部罩住斜拉索锚具，并与其他密封措施配合形成密封区间。对有测力传感器和其他监控传感器的斜拉索锚具端，在锚具防护罩侧面设置可以密封的导线输出孔。
1.2锚管内聚氨酯发泡填充
由于长期外置，斜拉索锚管(预埋护筒管)内容易积水、进杂物，造成拉索端部结构污染，发生锈蚀和损坏，影响斜拉索的使用寿命。近年来使用封闭性聚氨酯发泡填充在斜拉索与锚管的间隙内，防止水分和污染物进入斜拉索护筒管内。具体做法是用性能较好的材料，在导管(锚管)内进行发泡填充，然后进行必要的端口处密封保护处理。
目前用于锚管和斜拉索之间填充的聚氨酯发泡材料具有质量小、吸水性小、低导热性、隔气性好、较好的韧性等特点，填充后能使锚管钢材和索体表面PE层粘合成较牢固的整体，使导管内的锚具与雨水、潮气及其他腐蚀介质相隔离。为了保证密封可靠，需对锚管口一定深度修平发泡材料，用浇铸型聚氨脂密封胶填充，整体形成斜拉索相应锚端锚管节段的有效防护。
由于采用的发泡材料易于清理，相对于以前采用的灌注水泥砂浆的方法，更便于将来斜拉索的索力调整和更换。
l.3粱端拉索导管出口处不锈钢防雨罩结构
为了防止雨水顺斜拉索索体流入锚管内，避免斜拉索索体与锚管口摩擦伤损，同时使过渡连接部位美观，锚端防护专门设置了不锈钢防雨罩结构(如图2所示，图中包括斜拉索锚管发泡填充示意)。
为了达到较好的防护效果，不

锈钢防雨罩体系采用了多重防护结构，两端分别罩住斜拉索索体和导管管口，为使防雨罩的色彩与斜拉索的颜色一致，外层可采用涂料涂装。防雨罩内部填充发泡材料；前端口采用密封材料、橡胶圈和硅胶多层密封防护；尾端口采用橡胶圈、硅胶密封防护。通过上述填充密封处理，在斜拉索和导管管口部位形成一个完整的密封防水系统，并使不锈钢防雨罩与索导管之间形成一种柔性连接，适应斜拉索的受力运动和振动，同时取得了这一结构区段视觉美化的效果。
2、安装施工质量控制
斜拉索锚具防护罩结构的没计考虑了安装部位的结构和安装施工条件，材料选择满足设计功能的要求。安装定位用的法兰垫板做了防锈处理。连接安装时法兰垫板内圈和外圈均涂上连续硅胶，保证与锚固板的密封效果。锚具进行必要的清洁处理；锚具防护油脂的性能满足使用要求，使用前使之完全融化，无固体物；油脂均匀地涂刷在锚具表面，无漏涂，达到锚具表面与大气隔离的防护目的。不锈钢护罩事前预制好。安装前，法兰沟槽内用硅胶填满，确保密封严密，护罩固定牢固，不影响其它结构。
斜拉索导管填充发泡的重点是选择好填充发泡材料和设备。发泡前根据现场温度和条件进行现场试验，目测合格后进行管内灌注。锚管事先作清洁处理。具体操作是将聚醚与多次甲基多苯基、多异氰酸酯材料通过输料管分别输送到斜拉索导管内，二组分在管口混合后聚合、发泡。在导管内形成与导管内壁和索体表面结合紧密的聚氨酯泡沫塑料。过程中注意检查和监控发泡效果，目测无焦化，无流淌，无裂缝，无杂色，保证管内发泡材料的充分填充。发泡填充后在锚管端部修平发泡材料，然后用浇铸型聚氨酯密封胶密封。
为确保美观，斜拉索护管材料采用整长度的不锈钢材料制作，事先下料成型。现场安装时折叠连接缝均匀、整齐，接缝尽量设置在不影响视觉的方位。管口密封尽量充分、均匀。表面涂装中，涂装的材料和涂装工艺必须满足相关国家标准。
3、结语
斜拉索虽然在斜拉桥没计考虑中是可以更换的，但实际应用中更换的代价是很大的，所以斜拉索制造和使用技术都要求延长斜拉索的安全使用寿命。实际应用表明，斜拉索系统锚端防护是斜拉索防护和延长安全使用寿命的重要环节。
在斜拉索系统锚端防护中，防护系统设计、防护结构和涂装涂料、密封材料、灌注填料等材料的选择都很重要，不适当的材料是达不到相应效果的。斜拉索锚端防护一般要在成桥以后实施，实际上也是斜拉索系统和斜拉桥的收尾工程．需要同时解决前期施工

的遗留问题，所以一定要全面考虑和仔细设计。