南京長(zhǎng)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(zhǎng)江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護(hù)的質(zhì)量控制（一） 摘要：本文詳細(xì)闡述了平行鋼絲索工廠制作、現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)和永久防護(hù)的 質(zhì)量控制的方法。通過(guò)對(duì)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(guò)程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)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(lái)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(jiǎn)單有效。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不斷創(chuàng)

2、新和淘汰，目前我國(guó)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(guó)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(guó) Leonhardt 教授和瑞士的 BBR 公司研制的 HiAm （HighAmplitude）耐咼應(yīng)力幅錨具問(wèn)世。由于這種錨具具有很咼的抗 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

3、 國(guó)在修建東營(yíng)黃河橋時(shí)，首次從日本進(jìn)口了這種拉索。在我國(guó)的斜拉 橋建設(shè)中，早期拉索均在施工現(xiàn)場(chǎng)手工制作，經(jīng)過(guò)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?，F(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(hào)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24，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(pán)繞，具備長(zhǎng)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彷5或彷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(wèn)題，從斜拉橋誕生起就一直是人們關(guān)注的 問(wèn)題，脫胎于電線技術(shù)的熱

4、擠PE防護(hù)的方法至今已經(jīng)歷了二十余年的考驗(yàn)，至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)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(jiǎn)化了施工現(xiàn)場(chǎng)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(guò)錨杯后，再各各穿過(guò)定位板上 的對(duì)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(guò)180C，相對(duì)于450C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

5、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優(yōu)異的抗疲勞性能，其耐疲勞應(yīng)力幅達(dá)到200 250MPa,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(zhǎng)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(chǎng)修補(bǔ)和永久防護(hù)的質(zhì)量控制的方 法。通過(guò)對(duì)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(guò)程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和質(zhì)量控制的要點(diǎn)。二、工程概況 南京長(zhǎng)江第二大橋南汊橋橫跨南京市和八卦洲島之間的長(zhǎng)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24

6、6.5m + 58.5m。索塔為上塔柱平行分離的倒Y形混凝土塔，塔總高195.41m,上塔柱為 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(zhǎng)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

7、類型，與斜拉素類型對(duì)應(yīng)， 冷鑄錨有五種規(guī)格，分別為：LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、 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(guò)程中一次熱擠成形，黑色PE采用德 國(guó)進(jìn)口材料，彩色 PE 為進(jìn)口原料，國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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

8、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/T17101-1997)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(zhǎng)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(guò)程中，監(jiān)理工程師對(duì)盤(pán)條的力學(xué)性能和化學(xué) 成分試驗(yàn)、鋼絲生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)按 20的頻數(shù)對(duì)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(pán)，監(jiān)理工程師對(duì) 4 9 7盤(pán)鋼絲進(jìn)行了檢驗(yàn)，有3 6盤(pán)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35Cr

9、Mo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/TI4162-91)B級(jí)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是按下列程序進(jìn)行的：下料T鍛造T粗車T熱處 理T超聲波探傷T精車T鉗作T磁粉探傷T鍍鋅T檢驗(yàn)T成品入庫(kù)。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(duì)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

10、檢 121 套，全部合格。3其他材料監(jiān)理工程師對(duì)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(duì) 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(kāi)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

11、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(zhǎng)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(jiǎn)單，扭絞角不超過(guò) 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)格分別為彷7*139、 彷7*199、彷7*265。試驗(yàn)索的制

12、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(zhǎng)度（不包括錨固長(zhǎng) 度的鋼絲長(zhǎng)度）不短于3m。對(duì)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(guó)家質(zhì)檢部門(mén)認(rèn)可的由139265 絲彷7組成的鋼絲束疲勞試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，監(jiān)理會(huì)同有關(guān)人員對(duì)“南 京長(zhǎng)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

13、）絞制、繞包、擠塑和切斷根據(jù)索長(zhǎng)進(jìn)行配長(zhǎng)下料，把下料好的鋼絲放人儲(chǔ)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 305。繞包單層重疊寬度不小于帶 寬的1/3。斜拉索全部護(hù)層厚度偏差控制在（+1.0, -0.5） mm,外層彩 色PE厚度為2.50.5mm。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(wú)接頭、無(wú)機(jī)械損傷、符合 長(zhǎng)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(wèn)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

14、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(guò)程中對(duì)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)14MPa。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(guò)程中，監(jiān)理工程師重點(diǎn)對(duì)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(méi)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

15、為156.5MPa，但冷鑄料強(qiáng)度的離散性較 大。（3）預(yù)張拉測(cè)錨板回縮值和索長(zhǎng) 使若干根制好錨的斜拉索通過(guò)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(cè)其距錨杯端面的深 度，作好記錄和油漆標(biāo)記。對(duì)斜拉索施加1.4 倍的設(shè)計(jì)荷載的預(yù)張拉完 畢后，復(fù)測(cè)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1 / 5000的50m鋼卷尺.在鋼尺的兩端施加50N的力，測(cè)量拉索 長(zhǎng)度，再換算為設(shè)計(jì)條件下的索長(zhǎng)，長(zhǎng)度偏差4L應(yīng)符合以下規(guī)定： AL20mm （索長(zhǎng) L100m），AL0.0002L （索長(zhǎng) L100m）。 在這一工序的生產(chǎn)過(guò)程中，監(jiān)理工程師在制造廠家自檢的基礎(chǔ)上，對(duì) 錨板回縮值、斜拉索長(zhǎng)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(zhǎng)度和錢(qián)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1.2