斜拉橋拉索外觀病害檢測識別及養護技術應用研究

毛月 魏亞輝 韓銳

摘要：文章以南京長江三橋為工程案例，進行了斜拉橋拉索病害檢測識別及養護成套技術應用研究。利用爬索機器人，結合圖像識別技術，對斜拉索病害進行分類統計。檢測成果顯示，斜拉索PE護套總體狀況較好，反映出的內部拉索狀態良好，PE護套大部分病害為耐久性病害。同時，給出了PE護套耐久性病害處置措施和養護維修措施。

關鍵詞：南京長江三橋;斜拉索;檢測識別;養護

0 引言

斜拉索是斜拉橋關鍵受力構件，是橋梁的生命線。斜拉索常年暴露在風雨、潮濕和污染空氣的自然環境中，尤其是跨江、跨河、跨海灣的特大橋，拉索主要材料為鋼材，若防護不當，極易使得鋼絲受到腐蝕，進而造成索力降低，影響全橋力學性能[1]。

2016年，某主橋跨徑為（140+322+140）m的雙塔斜拉橋應用爬索機器人進行外觀檢測，檢測結果為PE護套管主要病害以外表污垢、老化微裂縫為主，病害及破損狀況程度普遍輕微，表明PE套管完整性良好，拉索腐蝕可能性較小[2]。2017年，某獨塔斜拉橋（主跨為232 m，斜拉索服役19年）進行了拉索檢測養護，該橋斜拉索PE護套出現以環狀開裂或斷裂為主的病害，表明該橋護套材料性能已嚴重劣化失效，PE護套老化開裂不同程度上影響斜拉索的鋼絲腐蝕，未老化的PE護套內的鋼絲未受到腐蝕[3]。2018年沈陽公和橋[該橋為獨塔斜拉橋，跨徑為（114+120）m，斜拉索服役15年]進行了斜拉索檢修評估，該橋部分斜拉索PE護套存在局部蜂窩和開裂，斜拉索內部鋼絲表面存在銹蝕，但尚不影響結構安全，無須換索[4]。

現有資料表明[1，3，4]，我國絕大部分斜拉索正常使用壽命低于20年，不足全橋設計壽命的1/10，即使是日本開發的新型斜拉索材料，壽命也只能維持25～30年。斜拉索外觀質量直接影響鋼絲斷面腐蝕率，影響拉索性能和壽命，而現今關于大跨徑斜拉橋拉索外觀病害檢測識別及養護技術的文獻偏少，多以200 m以內跨徑的斜拉橋拉索病害檢測識別和養護應用研究為主，因此有必要開展大跨斜拉橋拉索外觀病害檢測識別及養護技術應用研究，以應對拉索病害發展帶來的橋梁結構損傷。

1 工程背景

南京長江三橋主橋為跨徑648 m的雙塔雙索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋，主橋跨徑布置圖見圖1。工程于2005-10-07建成通車，斜拉索已服役超過10年。

南京長江三橋主橋共布置168根斜拉索，斜拉索規格分別為PES7-241、PES7-223、PES7-187、PES7-151、PES7-127、PES7-109等6種。斜拉索采用內外兩層聚乙烯護套作為防護，其中外層為彩色聚乙烯護套，內層為黑色聚乙烯護套，鍍鋅鋼絲外為纏繞細鋼絲或纖維增強聚酯帶，南京長江單橋的鋼絲排列及防護如圖2所示。

2 檢查方法

對南京長江第三大橋全橋共計168根斜拉索PE護套管采用HXT-1爬索機器人進行全面外觀檢測，通過圖像識別技術，完成病害種類、位置等信息確定。

HXT-1爬索機器人由爬升部分、數據采集部分、數據傳輸部分、數據處理部分和輔助部分等組成。爬升部分將數據采集部分中的各種傳感器搭載至纜索上，使之沿索檢測各種數據。然后由數據傳輸部分將檢測到的數據傳輸至計算機中保存。隨后由計算機中的各種數據處理軟件將之前保存的數據進行分析處理，得到纜索表面破損、內部鋼絲銹蝕、斷裂等問題的數據。最終匯總處理數據生成纜索安全報告以供纜索維修參考。為了檢測拉索表面保護層的破損情況，設計的視覺檢測系統的硬件由4臺攝像機、主控制器和數據存儲器組成。其工作方式是當機器人在拉索上爬升時，控制器以循環的方式將4臺攝像機圖像分時地傳輸給數據存儲器，以實現對拉索表面保護層全方位圖像的存儲，同時通過視頻合成器將4路視頻合成為一路監控視頻，并通過無線傳輸子系統傳輸到地面監控系統的PC機上。

3 檢測結果

經過對南京長江三橋主橋全部斜拉索表觀進行檢測結果分析，該橋斜拉索PE護套細紋較多，主要在斜拉索上表面。所發現較嚴重病害為刮傷、刮痕、翹皮、孔洞、開裂、嚴重開裂、污跡、附著物八類。各類病害的數量如表1所示，各種損傷所占比例統計結果如圖3所示。

根據病害統計，各類典型病害共計401處。其中刮傷最多，但多數損傷較淺，細紋較多，見表1。

通過對南京長江三橋主橋斜拉索機器人表觀檢測，部分病害需重點關注（見表2）。

4 檢測處置建議

經過對南京長江三橋主橋全部斜拉索機器人表觀檢測識別判定結果進行分析，結論如下：

（1）斜拉索PE護套總體上破損輕微，基本完好，內部拉索造成損害的可能性較小;

（2）在所檢查的168根斜拉索中，斜拉索PE護套細紋、刮傷較多，細紋主要位于拉索上表面;

（3）各類病害共計401處，其中刮傷最多，為344處，但多數損傷較淺。其中10處損傷較為嚴重，病害類型為開裂、孔洞等。

為更好地服務工程實際，針對本次檢測結論，給出具體建議和詳細養護維修措施。

4.1 建議

經過對斜拉索檢測結果分析，斜拉索PE護套總體狀況較好，反映出內部拉索狀態良好，PE護套大部分病害為耐久性病害，建議進行以下處理：

（1）建議選取20根具有典型病害的拉索進行開窗檢查，確認斜拉索內部狀況，檢查完后進行修復。

（2）盡快對NAX03號斜拉索表面漏油進行清理，并對該根拉索破損處PE護套進行更換。

（3）對斜拉索PE護套細紋、刮痕等病害，選擇合適的時機集中進行修復。

（4）定期對拉索外表面進行檢測，掌握拉索的實際狀況。

4.2 養護維修措施

根據外觀檢測結論和建議，養護維修宜選取20根具有典型病害的拉索進行開窗檢查，判斷拉索內部鋼絲是否出現銹蝕現象，并對開窗位置進行修復。養護維修措施思路主要是搭建維護平臺→選取開窗方式→選擇開窗位置范圍→鋼絲檢測和銹蝕修復→開窗位置修復。

（1）搭建安全經濟合理的維護平臺，一般為橋塔處固定卷揚機，掛籃懸掛在斜拉索上，保證在安全的前提下運行無礙。

（2）進行開窗檢查。開窗檢查的主要方式為：采用機械方法，在斜拉索表面病害所在范圍內，剝離部分PE護套，對斜拉索平行鋼絲進行銹蝕情況檢查，檢查完成后采用同樣的PE護套切割合適尺寸填補修復。

開窗方法為：清理PE護套損傷表面，利用鋼絲鋸或其他切割方式，將PE護套進行局部切割，并用丙酮或其他清潔劑清洗干凈。開窗時不得傷及斜拉索鋼絲。

開窗位置及范圍為：在病害所在位置進行開窗，根據病害大小，切割適當矩形PE護套。

斜拉索鋼絲銹蝕檢測及修復方法為：清理斜拉索鋼絲表面防腐油脂，觀察斜拉索鋼絲有無銹蝕斷絲情況，并拍照記錄;若有銹蝕，則進行表面除銹，可用刷子進行清理，并用除銹劑進行除銹;若有斷絲，且鋼絲斷點處銹蝕不太嚴重，鋼絲剩余直徑接近原始直徑，則可用擠壓式套筒續接，如果鋼絲斷點處銹蝕嚴重，直徑已經嚴重削弱，則應將銹蝕嚴重的段落截去，另用一段同規格的鍍鋅鋼絲接上，接續時每處需用2套鐓頭式連接器。

（3）進行開窗位置修復，選取與斜拉索PE護套相同顏色材質的PE護套材料，取下相同試樣尺寸的修復材料，放入取試樣處，用專用焊槍進行熱熔，再用電磨機進行表面處理，使損壞處恢復原有的護層厚度，并使索表面基本恢復原有平整狀態。采用PVF帶將所需修復段纏包，要求搭接均勻，熔合嚴密，一般采用專用設備半自動化作業以保證質量和效率。

5 結語

本文以南京長江三橋為工程實例，介紹了斜拉索外觀病害檢測識別及養護成套技術。結果表明：2016年南京長江三橋斜拉索總體性能評價良好，但個別處PE外套嚴重損壞，需制定專門的維修養護方案。后續檢測中發現本次處置措施得當，斜拉索仍保持了良好性能。該橋檢修成套技術可為后續大跨斜拉橋拉索檢測養護提供參考，同時也可指導其他纜索體系橋梁纜索的檢測養護工作。

參考文獻：

[1]劉紅彬，李 玲，袁則循.斜拉索檢測和監測技術的述評[J].四川建筑科學研究，2016，42（1）：45-49.

[2]鐘文飛.斜拉索檢測機器人在斜拉索PE護套檢測的應用[J].商品與質量，2016（8）：180-181.

[3]李 鷗，侍 剛，王 波，等.運營期橋梁斜拉索的技術狀況檢測[J].世界橋梁，2017，45（4）：79-83.

[4]潘中明，黃向東，曾德禮.既有橋梁斜拉索檢測評估及修復[J].世界橋梁，2019，47（2）：88-92.

收稿日期：2020-06-02