斜拉橋拉索養護檢測及換索關鍵技術研究

鄧日標

（廣州市道路養護中心北城養護所，廣東廣州510000）

0 引言

斜拉索是指斜拉橋主梁以及橋面的重量傳遞到塔架上的承重部件，如果斜拉索出現質量問題，不僅會造成斜拉橋主梁承載力達不到安全標準，加大安全事故發生的概率，還會造成較大的經濟損失。因此保證斜拉索的正常使用是各工程單位需要著重處理的工作。為了確保斜拉橋拉索能夠具備良好的荷載力，使橋面標高符合安全指標，需要施工人員做好斜拉橋拉索的養護、檢測以及維修工作。

1 斜拉橋拉索養護檢測方法分析

1.1 檢測方法

1.1.1 PE 護套檢查

斜拉索PE 護套（見圖1）的破損檢查主要采用以下兩種方法：

圖1 斜拉索PE 護套

一是目測法，由于拉索安裝環節容易在靠近塔端5m 左右的位置出現破損現象，并且運營時距離斜拉索頂端10m左右的位置也容易發生斜拉索磨損狀態，因此需要利用簡易支架以及建筑吊籃進行目測觀察。

二是機器人檢測法，是指使用纜索機器人的拍攝功能完成破損區域的外觀檢查，需要借助高精密的爬索機器人（斜拉索檢查機器人如圖2所示），沿斜拉索向頂端爬行，并通過無線信號將拍攝數據傳遞到計算機終端，以此完成相應檢查工作。如斜拉索PE 護套的磨損程度相對較重，則要進行開倉檢查與恢復工作，開倉范圍通常要控制在0.1m×0.2m，之后根據開倉后鋼絲的外觀以及銹蝕情況判斷PE 護套的老化程度，評估斜拉索的工作狀態，若情況較為嚴重，則需要進行及時更換[1]。

圖2 斜拉索檢查機器人

1.1.2 錨頭銹蝕檢測

斜拉索的錨頭銹蝕檢測通常需要預先清洗錨頭黃油，之后進行銹蝕狀況的評定，并注意在檢查過程中要將墊板、螺母、墩頭鋼絲的部位涵蓋在內，利用銹蝕分析儀判斷具體的銹蝕情況。同時為了更好地定量錨頭銹蝕情況，還需要對錨頭銹蝕等級進行有效劃分，比如：一級是指無銹蝕現象；二級是指存在銹蝕痕跡，但范圍較小；三級是指各部位都存在一定銹蝕情況，但程度較輕；四級是指各部位銹蝕范圍較大；五級是指各部位均存在大量的銹蝕情況[2]。

1.1.3 抽樣檢測

若鋼絲表面存在一定的銹蝕現象，需要進行詳細檢測時，可采用置換抽樣檢測的方法抽取PE 護套以及滲水狀況相對嚴重的斜拉索完成檢查，以此為后續維護工作提供數據支持，并確保各項試驗有序開展，具體內容如表1所示。

表1 斜拉索抽樣檢測項目

1.1.4 斜拉索內部銹蝕斷絲無損檢測

斜拉索內部銹蝕斷絲無損檢測是指借助磁致伸縮導波技術進行斜拉索的無損檢測，該方法利用超聲頻率在波導中的傳播，以此判斷構件的幾何尺寸是否發生變化，通過繪制頻散曲線，評估構件的完整情況。該檢測方法操作簡易，只需在索體段安裝傳感器，即可完成全索范圍的內部腐蝕斷絲檢測，同時也能保持極高的精確度。

1.2 養護流程

斜拉索的日常養護流程可分為以下幾點：第一，拉索兩端錨具需要定時進行清潔處理，清除護筒內的殘留物，并保證相關構件處于干燥狀態，防止潮濕環境加速斜拉索模具銹蝕情況。第二，在進行斜拉索定期檢查環節，如若發現錨頭內部存在滲水或積水情況，要及時查明問題形成的原因，之后采取針對性的防治措施。第三，要經常更換拉索兩端的防護油，并定期對螺母等部位覆涂防護油漆，以此起到防腐效果，提高絲桿的耐腐蝕性。同時在檢查環節，如果發現錨板內部的防護油無法起到防腐效果，則要及時進行更換處理。對于安裝錨頭防護罩的部位，則要對防護罩進行防腐處理，若存在一定的銹蝕狀況，則要及時清除，避免銹蝕狀況加深。第四，要按時更換鋼護筒以及與之相連的防水墊圈，并做好防水、防電處理，如若在定期檢查過程中發現阻尼墊圈存在一定的老化情況，則要進行更換處理。第五，在檢查時要確保墩頭無異常，模板不可出現裂縫，如若發現拉索防護層發生損壞，需要及時評估開裂處內部索體的積水情況，若存在潮濕度較高的現象，則要進行干燥處理，以及修復維護。情況嚴重時，及時通知拉索制造單位進行處理。第六，斜拉索的減震裝置應當保持正常工作狀態，若發現存在異常，則要進行調整與維修，且管理部門應當制定標準的保養維修方法，以此規范人員的操作行為，提高養護效率。第七，在進行日常檢查時，要觀測斜拉索的工作狀態，判斷是否存在明顯震動，并確保減震裝置能夠實現拉索的拉緊，若遇到惡劣天氣，比如暴雨、臺風等，需要切實提高實地考察頻率。第八，對索力偏離設計值的拉索需要及時采取索力調整策略，確保張拉次序與量值按照預定計劃執行，若無設計規定則要委托科研單位進行實地考察，并測定索力與延伸值。第九，在檢測斜拉索鋼絲時，若發現銹蝕狀況，則要進行專門檢查，并制定合理的解決措施。

2 斜拉橋換索關鍵技術分析

2.1 施工內容與換索原則

若斜拉索的使用壽命超過安全標準，則要及時進行拉索的更換處理，若采用分批進行換索的施工周期相對較長，對交通造成的影響較高，只能在確保技術條件成熟的情況下實施一次性拉索更換。具體的施工內容為：更換拉索，實施防腐防護，要求采用帶纏包與螺旋線相互結合的方式作為索體防護材料，并在索導管內部噴涂阻蝕密封蠟，在錨墊板的外露表面則要涂抹緩蝕石膏，添加鋼構件纏包，同時還要完成內置阻尼器索力監測系統的安裝。在進行新索選型時需要遵循以下原則：第一，換索后要確保結構設計滿足荷載標準，并且新索索力與舊索索力保持一致，能夠維持良好的受力形態以及結構選型；第二，若原拉索屬于平行鋼絲索，則采用的新拉索需要使用同等規格的平行鋼絲索，并且強度設計需要進行適當提升；第三，要強化新索的防腐等級，提高拉索的使用壽命；第四，換索時要進行科學合理的方案設定，盡可能降低封閉交通的時間；第五，要依照《公路橋涵設計通用規范》(JTG—D60—2018)中的相關規定，將新拉索作為可更換部件，且確保使用年限不可低于20年。此外新拉索的索體若用高強鋼絲應采用φ5mm 或φ7mm 鋼絲，其性能應滿足現行《橋梁纜索用熱鍍鋅或鋅鋁合金鋼絲》（GB/T 17101—2019）要求，鋼絲抗拉強度設計值應按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64—2015）的規定采用，其標準強度不宜低于1670MPa。若斜拉索用鋼絞線應采用高強度低松弛預應力鋼絞絲，其性能應滿足現行《高強度低松弛預應力熱鍍鋅鋼絞線》(YB/T 152—1999)要求抗拉強度設計值應滿足規范要求，其標準強度不宜低于1770MPa。并借助雙層高密度聚合材料進一步提高拉索的機械性能。至于拉索的更換順序則要遵從以下原則：第一，由長到短原則，是指預先完成長索的更換之后，沿著主塔方向完成短索的替換；第二，對稱原則，即換索施工需要依照單塔對稱的順序確保每塔更換時，采取同一型號的對索，之后完成剩余斜拉索的替換；第三，要將病害相對嚴重的索作為優先更替的目標，由于此類斜拉索會受到應力、重力等因素的影響，一旦出現索力的突然提升便會對結構安全產生不良影響，所以要在換索前進行全橋斜拉索的病害通查，進行病害嚴重程度的劃分，之后第一時間更換病害相對較重的斜拉索。

此外還要注意，為了確保養護維修工作能夠順利開展，需要相關維護人員掌握高水平的專業能力，具備良好的安全意識，學習先進的檢測與維修方法，能夠根據實際情況進行針對性處理，及時消除潛在的安全隱患，確保斜拉索維持較長的使用壽命，并做好一系列施工管理工作，提高操作的規范性，避免出現人員工作失誤。而工程企業也要制定一系列切實可行的管理措施，借助獎懲體系提高人員的工作積極性，營造良好的工作氛圍，并及時對工作效率較低的人員提出警告，提高工程質量，促進經濟效益的提升。

2.2 換索步驟

具體的斜拉橋換索步驟可分為以下幾點：

其一，換索前要采用頻譜法進行全橋的索力測量，初步掌握索力情況，并將數據進行復核校檢，確保測量工作均在交通封閉且在溫度較為均勻時段的前提下進行。同時要注意，在更換斜拉索前還要測量橋面標高以及與更換拉索相近的三對索力，之后進行拆除與安裝。

其二，在安裝施工設備時，需要優先完成鋼支架的搭建以及索塔外吊籃的安裝，之后依次完成提升平臺、牽引導向設備以及塔下通道等設備布置，并在設備投入使用前進行質量檢測以及可靠性評估。

其三，安裝錨頭移動施工平臺需要預先進行新索檢查，要確定新索不存在結構缺陷，之后靜置等待起吊，并重新檢查錨圈螺紋是否保持連接順滑，且外防護不可存在損壞狀況。

其四，在舊索拆除環節要進行原索的索力測量，之后進行逐步拆除工作，要注意在每次放張時需要全程關注監測系統內的相關數據參數。若發現數據異常則要立刻停止張放處理，并判斷具體的形成原因，待解決相關問題后才可繼續實施拆除工作。

其五，要進一步檢查索塔管道的損壞狀況，并進行及時修復，清除圓管內的填充物，比如灌注聚氨酯發泡劑。

其六，新索安裝，需要計算拉索戴帽力，合理選擇牽引長度，將張拉桿安裝在新索張拉端，借助卷揚機將其提升至塔端之后，將新索牽引到千斤頂并使用螺母進行鎖緊，此時張拉端就位完成后便可以利用梁面卷揚機以及動滑輪完成安裝工作。

其七，新索張拉，是指通過張拉操作新索達到指定的索力，并經過油壓表、傳感器的數值校核進行錨固處理。

其八，要進行新索索力的測量，判斷索力是否能夠與原索索力保持一致，并判斷橋面高程是否滿足安全標準，測定新索臨近的三對索力以及橋面標高與原有是否一致，若其中任何一項不符合相關數據，則要進行索力的重新調整，如若滿足相關數據，則可判斷新索張拉效果滿足預期。之后移動張拉設備完成下一根索的更換，并重復上述工序，直至全橋的換索工作完成。

其九，在全橋換索完成后要進行臨時設備的拆除，并重新測量主梁與主塔線，再與換索前的數據進行復核，如若出現較大偏差，則要及時通知單位完成相應處理。

為了確保換索后的新索能夠保持良好的使用效果，還需做好索導管及錨具防腐工作，比如在梁端索導管添加新型充氣防水裝置，利用鋁合金氣囊、過渡密封橡膠圈以及粘彈體防腐膠帶組成的防水裝置進一步提高索導管及錨具的防腐效果，借助壓力密封的方法，滿足斜拉索彎曲振動條件下的密封需求。

3 結語

綜上所述，通過對斜拉橋拉索養護檢測方法進行分析討論，提出具體的養護維修對策，闡述斜拉橋換索施工內容、設計原則以及具體的換索步驟，以此保證斜拉索的安全性，能夠維持持續性工作，消除潛在的風險隱患，確保斜拉橋的穩定牢固。