南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護(hù)的質(zhì)量控制

1、.南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護(hù)的質(zhì)量控制摘要：本文詳細(xì)闡述了平行鋼絲索工廠制作、現(xiàn)場修補(bǔ)和永久防護(hù)的質(zhì)量控制的方法。通過對斜拉索的技術(shù)特點(diǎn)和施工方法的分析。提出在斜拉索創(chuàng)作、修補(bǔ)及防護(hù)過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題和質(zhì)量控制的要點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：斜拉索 制作 修補(bǔ) 防護(hù) 質(zhì)量控制 一、引言在歷史上，初始的斜拉索曾采用鐵鏈、鐵連桿來制作拉索，但這種做法，在當(dāng)今已完全不可取?，F(xiàn)代斜拉索全部使用高強(qiáng)度鋼筋、鋼絲或鋼絞線制作拉索。當(dāng)代斜拉橋?qū)鞯囊蟾?，幾乎一律使用高?qiáng)度的鋼絲或鋼絞線制作拉索，軋制的粗鋼筋已被淘汰。拉索的防護(hù)手段，隨著材料和工藝的進(jìn)步，也日趨簡單有效。經(jīng)過數(shù)十年的不斷創(chuàng)新和淘汰，

2、目前我國常用的拉索系統(tǒng)主要有以下兩種，一種是用熱擠高密度聚乙烯（PE）防護(hù)的平行鋼絲索配以環(huán)氧冷鑄墩頭錨系統(tǒng)，另一種是用熱擠PE防護(hù)的單股絞線組成平行的絞線索，兩端用不同于一般預(yù)應(yīng)力鋼絞線的特殊的夾片錐形成群錨系統(tǒng)。在這兩種斜拉索中，我國絕大多數(shù)斜拉索采用的是平行鋼絲索。70年代，由前聯(lián)邦德國Leonhardt教授和瑞士的BBR公司研制的HiAm（High Amplitude）耐高應(yīng)力幅錨具問世。由于這種錨具具有很高的抗疲勞能力，日本在引進(jìn)了BBR公司的HiAm錨具的同時(shí)，進(jìn)一步發(fā)展了平行鋼絲索的生產(chǎn)技術(shù)，熱擠PE防護(hù)的平行鋼絲索就是首創(chuàng)于日本我國在修建東營黃河橋時(shí)，首次從日本進(jìn)口了這種拉索。

3、在我國的斜拉橋建設(shè)中，早期拉索均在施工現(xiàn)場手工制作，經(jīng)過各方位或努力，已逐步走上了機(jī)械化、專業(yè)化、工廠化制索的道路。現(xiàn)在，設(shè)計(jì)單位只要很暢設(shè)計(jì)需要，選用合適規(guī)格型號的拉索和錨具，就可直接到工廠訂貨。平行鋼絲索是將若干根鋼絲平行并攏，同心同向作輕度扭絞，扭絞角2°4°，再用包帶扎緊，最外層直接擠裹PE護(hù)套作防護(hù)，這種索撓曲性能好，可以盤繞，具備長途運(yùn)輸?shù)臈l件，宜于在工廠中機(jī)械化生產(chǎn)。目前平行鋼絲索普遍使用5或7鋼絲制作，要求鋼絲的抗拉強(qiáng)度不低于l600MPa。斜拉索防腐問題，從斜拉橋誕生起就一直是人們關(guān)注的問題，脫胎于電線技術(shù)的熱擠PE防護(hù)的方法至今已經(jīng)歷了二十余年的考驗(yàn)，至

4、今還沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。每一根斜拉索，都包括鋼索和錨具兩大部分。平行鋼絲索由于可以在工廠內(nèi)制作并配裝錨具，不僅質(zhì)量得到保證，而且極大地簡化了施工現(xiàn)場的工作。冷鑄墩頭錨是在錨杯錐形腔的后部設(shè)一塊鋼絲定位板，鋼索中的鋼絲通過錨杯后，再各各穿過定位板上的對應(yīng)孔眼，墩頭就位，錨杯中的空隙，用特制的環(huán)氧混合料填充，環(huán)氧固化后，即和錨杯中的鋼絲結(jié)合成一個(gè)整體。環(huán)氧混凝合料中必須加入銹鋼丸，鑄鋼丸在混合料中形成承受荷載的構(gòu)架，使鋼絲獲得錨固。由于環(huán)氧混合料的固化溫度不超過180，相對于450高溫下澆注的熱鑄錨而言，就被稱為冷鑄錨，由于鋼絲的末端均被墩粗，所以稱這種錨具為冷鑄墩頭錨或冷鑄錨。配裝冷鑄錨的拉索具有

5、優(yōu)異的抗疲勞性能，其耐疲勞應(yīng)力幅達(dá)到200250MPa，完全能滿足斜拉橋的要求。本世紀(jì)最大跨度的斜拉橋-主跨890m的多多羅大橋就是用394絲7的平行鋼絲索。本文結(jié)合南京長江第二大橋南汊橋斜拉橋制作和防護(hù)的監(jiān)理工作，詳細(xì)闡述了平行鋼絲索工廠制作、現(xiàn)場修補(bǔ)和永久防護(hù)的質(zhì)量控制的方法。通過對斜拉索的技術(shù)特點(diǎn)和施工方法的分析，提出在斜拉索制作、修補(bǔ)及防護(hù)過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題和質(zhì)量控制的要點(diǎn)。二、工程概況南京長江第二大橋南汊橋橫跨南京市和八卦洲島之間的長江江面，是一座雙索面五孔連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，中跨628m，邊跨246.5m58.5m。索塔為上塔柱平行分離的倒Y形混凝土塔，塔總高195.4lm，上

6、塔柱為斜拉索錨固區(qū)。主梁采用寬37.2m、高3.5m的扁平全焊鋼箱梁。本橋所有斜拉索均為外裹PE的高強(qiáng)度平行鋼絲索，最大拉索鋼絲根數(shù)為265絲，長335.8m，重24.4t。斜拉索采用空間雙索面扇形索布置，全橋共160根索，主梁上標(biāo)準(zhǔn)索距為15m，輔助跨為12m，斜拉索在塔上的錨固間距為1.752.5m。斜拉索采用直徑7mm的高強(qiáng)度低松弛鍍鋅鋼絲，鋼索斷面呈正六角形緊密排列，經(jīng)左旋輕度扭絞而成，兩端配以冷鑄錨，一端為固定端錨具，另一端為張拉端錨具，塔端為張拉端，梁端為固定端。全橋斜拉索共有五種類型，與斜拉素類型對應(yīng)，冷鑄錨有五種規(guī)格，分別為：LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM

7、7-241、LM7-265，全橋共用冷鑄錨具320套。斜拉索的防腐設(shè)計(jì)為內(nèi)層黑色PE、外層白色PE，在斜拉索制作過程中一次熱擠成形，黑色PE采用德國進(jìn)口材料，彩色PE為進(jìn)口原料，國內(nèi)混料加工造粒。接拉索規(guī)格不同，黑色PE的厚度由7.49.2mm不等，灰白色PE厚度均為2.5mm。為了減輕斜拉索的振動(dòng)，在塔上設(shè)置減振橡膠塊，在梁上設(shè)置減振阻尼器。南京長江第二大橋建設(shè)指揮部委托鐵道部科學(xué)研究院工程監(jiān)理部為南京長江第二大橋斜拉索制作和防護(hù)工程的監(jiān)理單位。三、原材料的質(zhì)量控制1.高強(qiáng)鍍鋅鋼絲制造斜拉索的鋼絲的尺寸、外形、重量、力學(xué)性能以及化學(xué)成分的要求應(yīng)符合橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲（GB/T17101-1

8、997）的規(guī)定，在交貨的成品鋼絲中，不得有任何形式的接頭。南京長江第二大橋南汊橋成品鋼絲技術(shù)指標(biāo)。在高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師對盤條的力學(xué)性能和化學(xué)成分試驗(yàn)、鋼絲生產(chǎn)過程及制造廠家成品鋼絲各種性能指標(biāo)的自檢進(jìn)行旁站。同時(shí)，在生產(chǎn)現(xiàn)場按20的頻數(shù)對鋼絲的全部性能指標(biāo)隨機(jī)進(jìn)行監(jiān)理平行檢驗(yàn)，全橋共用鋼絲2060.72t、2097盤，監(jiān)理工程師對497盤鋼絲進(jìn)行了檢驗(yàn)，有36盤被判為不合格產(chǎn)品。2.冷鑄錨具 斜拉索冷鑄錨的錨杯和螺母采用35CrMo鍛鋼，錨具在表面鍍鋅前必須逐個(gè)按鍛軋鋼捧超聲波檢驗(yàn)方法（GB/Tl4162-91）B級探傷。規(guī)格相同的錨具部件，應(yīng)具有互換性。錨杯和螺母的制作工藝

9、是按下列程序進(jìn)行的：下料鍛造粗車熱處理超聲波探傷精車鉗作磁粉探傷鍍鋅檢驗(yàn)成品入庫。從下料到超聲波探傷這些工序是在鍛件供貨單位上海動(dòng)力設(shè)備有限公司鍛造分廠進(jìn)行的，其余各工序則在上海浦東纜索有限公司完成。上海浦江纜索有限公司對鍛件首先進(jìn)行材質(zhì)分析和機(jī)械性能試驗(yàn)，而后再進(jìn)行超聲波探傷。在生產(chǎn)廠家超聲波探傷合格的基礎(chǔ)上，監(jiān)理工程師按20的頻數(shù)進(jìn)行超聲探傷的平行檢驗(yàn)，本項(xiàng)目包括試驗(yàn)索用錨具其326套，監(jiān)理隨機(jī)抽檢121套，全部合格。3其他材料監(jiān)理工程師對PE、冷鑄填料、密封料、繞包帶的質(zhì)保資料進(jìn)行審查，同時(shí)對PE的各種材料試驗(yàn)進(jìn)行旁站。四、斜拉索制作的質(zhì)量控制1斜拉索的試制和試驗(yàn)斜拉索在成批生產(chǎn)前，應(yīng)就

10、材料、配方、工藝和制作程序進(jìn)行試制，并進(jìn)行靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)如達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)分析查明其原因，檢驗(yàn)材料質(zhì)量，采取相應(yīng)的調(diào)整工藝的措施，重新進(jìn)行試驗(yàn)，直至符合規(guī)定要求。在靜載試驗(yàn)中，主要考查斜拉索的破斷荷載、破斷延伸率和抗拉彈性模量。由于各根單絲的強(qiáng)度很難完全相同，斜拉索的拉力，也不一定正好均勻分配給各根鋼絲，一旦索中鋼絲開始斷裂，斜拉索的強(qiáng)度也就達(dá)到極限。所以，斜拉索的破斷荷載不可能等于索中各根鋼絲拉力的總和即斜拉索的實(shí)際破斷荷載總是稍低于公稱被斷索力，此處公稱破斷索力為斜拉索公稱截面和鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的乘積。實(shí)際破斷索力和公稱破斷索力之比，稱為斜拉索的效率系數(shù)。斜拉索的彈性模量，受索中各根鋼絲集合

11、形式的影響。平行鋼絲索是由若干單絲集合絞制而成，斜拉索受拉后，除索中單絲的彈性伸長外，還有集合構(gòu)造的變形，因此，平行鋼絲索的彈性模量，普遍低于單絲的彈性模量。由于平行鋼絲索單絲集合的構(gòu)造比較簡單，扭絞角不超過4°，所以其彈性模量不低于單絲彈性模量的95。本項(xiàng)目一共做了3根斜拉索的靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)索的規(guī)格分別為7*139、7*199、7*265。試驗(yàn)索的制作滿足斜拉橋熱擠聚乙烯拉索技術(shù)條件（JT/T6-94）和設(shè)計(jì)圖紙的要求，試件的自由長度（不包括錨固長度的鋼絲長度）不短于3m。對于靜載試驗(yàn)索，其被斷荷載應(yīng)不小于組成斜拉索的鋼絲標(biāo)稱破斷荷載的95，其靜載破斷延伸率應(yīng)不小于2，抗拉彈性模量

12、應(yīng)不小于190000Mpa，斜拉索經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)在鋼索部分破斷，不得在錨具中撥出，斷絲率不大于5%。本項(xiàng)目3根試驗(yàn)索全部技術(shù)性能指標(biāo)都能夠滿足設(shè)計(jì)要求。在靜載試驗(yàn)成功和制造廠家提交了經(jīng)國家質(zhì)檢部門認(rèn)可的由139265絲7組成的鋼絲束疲勞試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，監(jiān)理會同有關(guān)人員對“南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制造工藝文件”進(jìn)行了審查。2.斜拉索的制作（1）絞制、繞包、擠塑和切斷根據(jù)索長進(jìn)行配長下料，把下料好的鋼絲放人儲線架，配以一定的牽引速度、繞籠轉(zhuǎn)速及繞包轉(zhuǎn)速進(jìn)行絞制和饒包。鋼絲束應(yīng)同心左向絞合而成，最外層鋼絲絞合角為3°±05°。繞包單層重疊寬度不小于帶寬的1/3。斜拉索全

13、部護(hù)層厚度偏差控制在（+1.0，-0.5）mm，外層彩色PE厚度為2.5±0.5mm。在每根索的切斷處做切斷標(biāo)記，按切斷標(biāo)記位置進(jìn)行切割。制成的鋼索中應(yīng)確保鋼絲無接頭、無機(jī)械損傷、符合長度要求及包扎定形要求防護(hù)層不應(yīng)有斷裂、裂紋和刻痕。在這一工序，隨著斜拉索直徑增大，容易出現(xiàn)兩個(gè)問題，一個(gè)是由于PE自重的影響，PE防護(hù)層厚度容易產(chǎn)生局部不均勻、偏心現(xiàn)象。另一個(gè)是在統(tǒng)制后和擠塑前，如果生產(chǎn)設(shè)備致使斜拉索的回轉(zhuǎn)半徑較小，容易產(chǎn)生索股的變形。監(jiān)理工程師在生產(chǎn)過程中對PE層厚度進(jìn)行了隨機(jī)抽查。（2）冷鑄錨的鑄造注意保證鋼絲的墩頭質(zhì)量，墩頭不得有橫向裂紋。冷鑄材料配料應(yīng)準(zhǔn)確，每個(gè)冷鑄錨的冷鑄料

14、在澆鑄時(shí)必須同時(shí)制作三個(gè)試件（試件規(guī)格30mm*30mm*30mm），試件強(qiáng)度在常溫下應(yīng)147MPa。加溫固化應(yīng)嚴(yán)格控制程度、溫度和時(shí)間。在這一工序的生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師重點(diǎn)對鋼絲墩頭裂紋情況、冷鑄料強(qiáng)度和錨具的密封情況進(jìn)行了隨機(jī)抽查，在160根索中共抽查了38根索，全部鋼絲墩頭沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，錨具的密封處理都能夠符合設(shè)計(jì)要求，冷鑄料強(qiáng)度的平均值為156.5MPa，但冷鑄料強(qiáng)度的離散性較大。（3）預(yù)張拉測錨板回縮值和索長 使若干根制好錨的斜拉索通過連接部件相連，在拉索兩端錨具鑄體表面取三個(gè)不在同一直線上的點(diǎn)，用深度游標(biāo)卡尺測其距錨杯端面的深度，作好記錄和油漆標(biāo)記。對斜拉索施加1.4倍的設(shè)計(jì)荷載

15、的預(yù)張拉完畢后，復(fù)測三點(diǎn)標(biāo)記處的深度，前后差的平均值作為該錨具的錨板回縮值，錨板回縮值應(yīng)不大于5mm。在超張拉卸載至僅剩20時(shí)，用精度為15000的50m鋼卷尺在鋼尺的兩端施加50N的力，測量拉索長度，再換算為設(shè)計(jì)條件下的索長，長度偏差L應(yīng)符合以下規(guī)定：L20mm（索長L100m），L0.0002L（索長L100m）。在這一工序的生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師在制造廠家自檢的基礎(chǔ)上，對錨板回縮值、斜拉索長度進(jìn)行了隨機(jī)抽查，在160根斜拉索中共抽查38根索，斜拉索長度和錢板回縮值全部符合設(shè)計(jì)的要求，張拉端和錨固端錨板回縮值的平均值分別為1.28mm和1.53mm。（4）成品索包裝、上盤和標(biāo)志索體包裝采用

16、尼龍紙+白布+防水彩條編織布。斜拉索兩端錨具用塑料袋包裝后，再用防水彩條編織布包裹。拉索盤繞內(nèi)徑不得小于20倍拉索直徑，也不小于1.8m。制成并合格的斜拉索，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定在指定位置上打上鋼印編號并涂以標(biāo)記。每根斜拉索均掛有標(biāo)牌，上面注明：制造廠家名稱、生產(chǎn)日期、編號、規(guī)格、長度和重量。標(biāo)牌應(yīng)牢固地系于包裝層的兩端錨具處。凡質(zhì)量合格，并經(jīng)監(jiān)理工程師簽認(rèn)合格的斜拉索，由廠質(zhì)檢部門與監(jiān)理工程師共同簽發(fā)"斜拉索質(zhì)保書"。 五、斜拉索現(xiàn)場修補(bǔ)的質(zhì)量控制在現(xiàn)場掛索時(shí)，一定要注意對斜拉索的保護(hù)，本橋在掛索時(shí)對斜拉索的損傷主要是將PE劃傷。對于斜拉索PE表面小面積的劃傷，深度在3mm以下，

17、用專用焊槍將相同的PE原料覆蓋并焊接在損壞處，再用電磨機(jī)進(jìn)行表面處理，使損壞處恢復(fù)原有的護(hù)層厚度，并使索表面基本恢復(fù)原有平整狀態(tài)。對于比較深、范圍較大的損壞，修復(fù)面積大于lO平方厘米，深度在3mm以上，采用加熱套管進(jìn)行恢復(fù)。施工時(shí)，先將相同的PE原料填充在受損部位，然后用加熱套管使PE原料熱熔補(bǔ)充在損壞的拉索缺口上，熱熔完成后仍用電磨機(jī)進(jìn)行表面處理，恢復(fù)表面平整。斜拉索修補(bǔ)過程中，應(yīng)特別注意采用與原索相同色彩、質(zhì)量合格的PE料進(jìn)行修補(bǔ)，操作時(shí)要注意加熱溫度，既不能因溫度不足而產(chǎn)生夾生現(xiàn)象，更不容許因溫度過高而發(fā)生材料炭化，修復(fù)表面不允許出現(xiàn)氣泡。六、斜拉索永久防護(hù)的質(zhì)量控制1.減振斜拉索減振采

18、用較多的辦法是用粘彈性高阻尼材料在斜拉索端部鋼導(dǎo)管的入口處設(shè)置一個(gè)附加阻尼支點(diǎn)。粘彈性高阻尼材料是一種合成橡膠，其阻尼值比一般橡膠大45倍。用這種材料制作襯套，嵌在斜拉索和斜拉索鋼導(dǎo)管之間構(gòu)成阻尼支點(diǎn)后，斜拉索稍有振動(dòng)，阻尼襯套就受到擠壓并吸收能量，發(fā)揮減振作用。阻尼襯套構(gòu)造簡單，隱藏安裝在斜拉索鋼導(dǎo)管內(nèi)，對斜拉索的外觀無任何影響。在阻尼襯套安裝時(shí)，必須注意使阻尼襯套與斜拉索及鋼導(dǎo)管之間密貼并且固定牢固。2.錨具的防護(hù)如果對斜拉索的錨具不進(jìn)行較好的防護(hù)，讓預(yù)埋鋼導(dǎo)管內(nèi)積水、進(jìn)雜物或錨具發(fā)生銹蝕，不僅嚴(yán)重影響斜拉索的使用壽命，而且嚴(yán)重影響斜拉橋中期索力調(diào)整及將來的換索工作。本橋采用封閉性聚氨酯發(fā)泡，填充在斜拉索錨具與預(yù)埋鋼導(dǎo)管的間隙內(nèi)，防止水分進(jìn)入鋼導(dǎo)管。鋼導(dǎo)管內(nèi)發(fā)泡材料采用特制的聚醚與多次甲基苯基、多異氨酸酯的聚合反應(yīng)后，自我膨脹而形成與索端鋼導(dǎo)管內(nèi)壁和索體表面緊密的聚氨酯發(fā)泡塑料。該泡沫塑料具有質(zhì)量輕、吸水性特小、低導(dǎo)熱性、隔氣性好、較好的韌性等特點(diǎn)。能使鋼材和索體表面PE層粘合成較牢固的整體，使導(dǎo)管內(nèi)的錨具與雨水、潮氣及其他腐蝕介質(zhì)相隔離，能在較長時(shí)間內(nèi)防止索端錨具銹蝕。泡沫塑料易于清理，相對于以前采用的灌注水泥砂漿的方法來說，更便于將來斜拉索的維護(hù)和更換。在操作過程中，首先注意用高壓