劉春林

摘要：橋梁吊索是橋梁非常重要的組成部分，而目前橋梁吊索發(fā)生損壞的情況較多。文章針對(duì)橋梁吊索病害和換索應(yīng)注意的事項(xiàng)，分析了行之有效的換索方案，闡述了換索施工控制要點(diǎn)，并對(duì)改進(jìn)橋梁換索技術(shù)提出了建議。

關(guān)鍵詞：橋梁;吊索;損壞;更換

0 引言

拉吊索橋梁的重要組成部分之一是拉吊索，最初的拉吊索是由鐵鏈和鐵連桿制作而成。目前的拉吊索全部由高強(qiáng)度鋼絲或絞線制成，并且對(duì)索橋梁有更高的要求，它們基本上都是用高強(qiáng)度鋼絲或絞線制作而成，并且已淘汰了粗軋軋制鋼筋。單根吊索的疲勞應(yīng)力振幅已達(dá)到200～250MPa，斷裂力目前已達(dá)到30MN，良好而有效的保護(hù)可以確保吊索壽命達(dá)到30年以上，而且吊索的生產(chǎn)已變得越來越工業(yè)化。保護(hù)裝置、鋼絲繩、錨固裝置是構(gòu)成拉吊索的三部分，如圖1所示。

索體的主要形式是平行鋼絲繩和鋼絞線，一般使用的錨固形式是夾片錨、冷鑄錨。平行（半平行）鋼絲繩+冷鑄錨（冷鑄鐓粗錨）、平行（半平行）鋼絞線+夾片式群錨纜是拉吊索與錨具目前經(jīng)常使用的組合形式。鐓粗錨、熱鑄錨和冷鑄鐓粗錨是可安裝在鋼索兩端的拉錨;夾片式群錨又稱為拉絲式群錨，因?yàn)榕溲b夾片式群錨的拉索張拉時(shí)千斤頂直接拉鋼索，張拉結(jié)束后錨具才會(huì)發(fā)揮功效?，F(xiàn)在我國橋梁吊索中常用的錨主要有夾片式群錨、鐓頭錨和冷鑄錨，平行鋼絲索是國內(nèi)常用的保護(hù)形式，一般使用四層防護(hù)措施：鋼絲鍍鋅、纖維增強(qiáng)聚酯帶纏包、鋼絲間填充防腐油脂和高密度聚乙烯（HDPE，high-densitypolyethylene）護(hù)套。HDPE護(hù)套的特點(diǎn)是成本低、加工方便且穩(wěn)定性高，并且它的機(jī)械性能和環(huán)保指標(biāo)也比其他材料更優(yōu)秀，在加入炭黑之后還能起到提高抗老化性的作用。

拉吊索橋梁建成通車后一般在3～17年進(jìn)行一次換索，11.8年是換索橋梁的拉吊索平均使用壽命，一般來說最短可用3年，最長可達(dá)到17年之久。通常來說，如果出現(xiàn)索體防護(hù)破損進(jìn)水的情況，則說明拉吊索耐久性已經(jīng)開始降低，耐久性降低會(huì)導(dǎo)致鋼絲出現(xiàn)銹蝕、斷裂的現(xiàn)象。在我國，廣東省南海市九江大橋和四川省嘉陵江石門大橋分別在建成10年后和17年后進(jìn)行了索更換，這說明現(xiàn)場(chǎng)制索的質(zhì)量難以保證，但因?yàn)檫\(yùn)輸、吊裝、牽引等環(huán)節(jié)還是容易出現(xiàn)PE損壞的情況，所以必須及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)及修理。

1 拉吊索病害

常見拉吊索的病害如下：

（1）鋼管套管+水泥漿防護(hù)的拉吊索主要病害是在鋼管套管裂開損壞后，雨水滲透進(jìn)入了水泥漿里，鋼管套管的上部未密實(shí)地充滿水泥漿，水泥漿有漂浮漿液或未固化，并且在懸吊拱的下端預(yù)埋管中積聚了水和冷凝水，這就加強(qiáng)了對(duì)索體的腐蝕。

（2）鋁套管+水泥漿防護(hù)的拉吊索的主要病害是水泥漿和套管中鋁套產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋁套膨脹和破裂。鋁套中的上層水泥漿未進(jìn)行密實(shí)填充，水泥漿有浮漿或不固化，因此會(huì)導(dǎo)致索體的腐蝕加重。

（3）熱擠PE防護(hù)老化裂開損壞，并且錨固連接部分的鋼絲裸露或密封失效，從而導(dǎo)致雨水滲入，這是鋼絞線+防腐油脂+熱擠PE防護(hù)的拉吊索的主要病害。

（4）在鋼絞線張拉錨固施工的時(shí)候，因?yàn)閺埨`差或操作不當(dāng)?shù)膯栴}，導(dǎo)致每根鋼絞線的張力和應(yīng)力不均勻。在后期的操作過程中，因?yàn)槠嚭奢d和風(fēng)荷載的作用使橋梁一直保持震動(dòng)的狀態(tài)，從而導(dǎo)致鋼絞線出現(xiàn)卡箍松動(dòng)和滑移的情況，這是鋼絞線+卡箍組錨的主要病害原因。

（5）還有一些因素會(huì)導(dǎo)致拉吊索防護(hù)破裂進(jìn)水，引起鋼絲銹蝕的情況，比如設(shè)計(jì)施工存在缺陷，所用材料或技術(shù)不夠成熟、超載、材料自然老化、管理和維護(hù)措施不到位、自然災(zāi)害不可預(yù)測(cè)等原因。

2 導(dǎo)致拉吊索病害的原因

2.1 吊索自身抗腐性差

吊索受到腐蝕通常是因?yàn)樗酀{防護(hù)層的壓實(shí)不足或PE防護(hù)層的破裂導(dǎo)致雨水進(jìn)入，并且在潮濕的環(huán)境中導(dǎo)致鋼絲腐蝕，同時(shí)吊索承受的高拉伸應(yīng)力也加快了鋼絲的銹蝕。

2.2 吊索上的鋼絲受力情況復(fù)雜

若吊索經(jīng)常處于受拉的情況，隨著時(shí)間的推移會(huì)變得松弛，這樣會(huì)導(dǎo)致鋼絲伸長，并且拉裂保護(hù)套材料。如果在活載荷作用的情況下，由于吊索的載荷大小不同，吊索的內(nèi)力不斷發(fā)生改變，同時(shí)鋼絲伸長也往復(fù)改變，這種反復(fù)將破壞保護(hù)系統(tǒng)的完整性。無論是聚乙烯還是水泥，由于交變載荷的關(guān)系，在鋼絲繩與錨頭的連接處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小角度。吊索會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而伸縮，但鋼絲與護(hù)套之間的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，黑PE管的熱膨脹系數(shù)是水泥及鋼材的好幾倍，所以不能同時(shí)膨脹和收縮。同時(shí)，因?yàn)殇摻z的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過防護(hù)材料，所以，防護(hù)材料容易發(fā)生斷裂。

2.3 吊索擺動(dòng)頻度異常

吊索的振幅在風(fēng)雨中增加，甚至劇烈振蕩，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)波浪狀的擺動(dòng)。在嚴(yán)重的情況下，斜拉橋的拉索甚至?xí)嗷ヅ鲎?。劇烈的振?dòng)不僅會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，還會(huì)損壞拉索的鋼套、套管帽和地腳螺栓、拉索的防振阻尼器以及拉索的護(hù)套，并會(huì)引起拉索的疲勞損壞。頻繁的異常振動(dòng)會(huì)加劇拉索根部保護(hù)器的疲勞裂紋，使拉索根部積水并加速吊索的腐蝕，導(dǎo)致拉索的使用壽命變少。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常來說拉吊索的安全系數(shù)取值都不能低于2.5，因此由于強(qiáng)度不足的關(guān)系從而導(dǎo)致拉吊索破壞的可能性比較小。

吊索保護(hù)的損傷和開裂一般來說是上述因素共同產(chǎn)生的效果，但最重要的原因是吊索鋼絲與變形的保護(hù)材料不協(xié)調(diào)。保護(hù)材料開裂導(dǎo)致空氣中的水、氧氣等有害物質(zhì)與鋼絲接觸，于是發(fā)生腐蝕作用。有害物質(zhì)難以排出是因?yàn)榈跛鞯姆雷o(hù)措施有一定的密封性，積聚在吊索套內(nèi)長期腐蝕著吊索鋼絲。

拉吊索的其他病害還包括以下內(nèi)容：設(shè)計(jì)和施工不足導(dǎo)致橋梁原始結(jié)構(gòu)存在缺陷、材料的自然老化、操作不良、管理和維護(hù)措施缺陷、環(huán)境腐蝕等。

3 吊索橋換索應(yīng)注意事項(xiàng)

（1）在2000年以前，某些吊索橋在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮更換吊索，所以更換設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮如何拉出舊索、清潔索孔及如何重穿新索，有的拉吊索橋會(huì)出現(xiàn)缺少拉索更換時(shí)的張拉空間的情況，甚至有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)新的成品索截面大于原設(shè)計(jì)索的現(xiàn)象。因此，換索設(shè)計(jì)更換順序應(yīng)該根據(jù)疏索、密索體系的不同來確定。