運寶黃河大橋防雷工程設(shè)計

武瑞兵

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

引言

運寶黃河大橋是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”西縱的重要組成部分，位于“西縱”右玉殺虎口—芮城劉堡的最南端，在芮城縣陌南鎮(zhèn)柳灣村附近跨越黃河進入河南，接三門峽至淅川高速公路晉豫省界至靈寶段起點，橋梁全長1 690 m。大橋采用雙向六車道高速公路標準，設(shè)計行車速度80 km/h，橋梁寬度32 m；設(shè)計汽車荷載等級采用公路Ⅰ級[1]。

運城地區(qū)的年平均雷暴日約23 d，是個多雷區(qū)，橋梁處于水陸交界處，地勢空曠，是雷暴極易發(fā)生的區(qū)域。橋梁在沒完善防雷設(shè)施的情況下極易遭受雷擊，除直接造成人員傷亡外，還會直擊橋體高處，如橋拱頂、斜拉塔的塔頂?shù)炔课唬茐臉蝮w，雷擊散落的混凝土塊也會砸壞過往車輛和養(yǎng)護人員，長跨度公路橋梁應(yīng)有完善的防雷設(shè)施。運寶黃河大橋作為典型的斜拉索橋，應(yīng)考慮防雷設(shè)計問題。

1 運寶黃河大橋概況

運寶黃河大橋由引橋、主橋、副橋三部分組成，其中主橋采用波形鋼腹板箱梁-矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，主橋全長620 m，橋面凈寬：2×14.5 m。主橋為由3座矮塔構(gòu)成的斜拉索橋，主橋結(jié)構(gòu)110 m+2×200 m+110 m。

圖1 主塔立體/m

2 大橋主塔的防雷設(shè)計

大橋主塔高33 m，起著固定拉索和承受拉索的力的作用。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057—2010）[3]附錄A中的規(guī)定，預(yù)計雷擊次數(shù)中的校正系數(shù)K=2，考慮其長度較長，接地引入線的引線阻抗較大，該大橋（嚴格來講屬于構(gòu)造物，不屬于建筑物）的防雷設(shè)施可參照第二類防雷建筑物要求進行設(shè)計。防雷接地體，利用主塔的基礎(chǔ)樁筋作垂直自然接地體和承臺內(nèi)的鋼筋網(wǎng)作水平接地體極，見圖2。

圖2 主塔承臺內(nèi)的防雷接地/cm

虛線表示水平接地體，利用承臺鋼筋網(wǎng)里兩根鋼筋（一般直徑≥16 mm）作水平接地體。承臺內(nèi)每個樁有兩根樁筋與水平接地體焊接連通，水平接地體要與用作引下線的主塔樁內(nèi)鋼筋焊接連通。

在主塔的橫梁兩邊，靠近橋面板處用4×40 mm熱鍍鋅扁鋼做出預(yù)留端子（設(shè)置預(yù)留是為了主塔防雷系統(tǒng)與橋面防雷系統(tǒng)連接）。主塔的防直擊雷和側(cè)擊雷應(yīng)在塔高30 m以上沿塔四周設(shè)置水平環(huán)形均壓壞，并與塔體鋼筋結(jié)構(gòu)主筋連接。塔頂設(shè)置Φ12 mm熱鍍鋅圓鋼作為接閃帶，在主塔頂?shù)母鹘前惭b1 m高 的避雷針，接閃針用Φ20 mm不銹鋼制作。塔頂上的金屬物（如航空障礙燈等）[2]應(yīng)與接閃帶焊接， 見圖3。

圖3 橫梁防雷均衡網(wǎng)

3 拉索的防雷保護

拉索是以斜吊的方式固定橋面的，其一端固定于主塔，另一端固定于橋面。由于拉索由主塔引下，索網(wǎng)散開寬度大且高，容易遭受雷擊，保護方法是將拉索上、下兩端均應(yīng)與防雷裝置連接，但注意的是施工時不能直接用鋼筋與拉索焊接（焊接會降低拉索的強度），只需將拉索外的金屬套管的上、下兩端與就近的防雷裝置可靠連接即可。

4 橋面的防雷設(shè)計

為確保橋面上的車輛人員免遭直接和間接的雷擊傷害及路燈系統(tǒng)的正常使用，需利用大橋兩邊的金屬燈桿作接閃器加以保護，具體的施工方法是利用大橋兩邊的護欄內(nèi)兩根縱向鋼筋，焊接連通作防雷均壓環(huán)，均壓環(huán)就近與燈桿焊接連通，與經(jīng)過由橋墩處引上的引下線焊接連通。均壓環(huán)在主橋上與拉索套管焊接連通，在主塔處與已預(yù)留出的端子連通。注意護欄上的防雷鋼筋與引下線連接時要考慮橋面對橋墩的水平、垂直移動，需要設(shè)置補償器。應(yīng)充分利用橋體上的各類金屬物和金屬桿作為接閃器接閃雷電。

5 橋面引下線及接地裝置

橋墩是安裝引下線及接地裝置的位置。引下線是利用橋墩內(nèi)鋼筋引上，在蓋梁頂上用Φ16 mm的熱鍍鋅圓鋼引上與護欄內(nèi)的防雷鋼筋焊接。接地體亦利用橋墩承臺內(nèi)鋼筋網(wǎng)及樁筋作接地體，每個樁焊接兩根樁筋。由于橋體上一般在兩側(cè)都分別設(shè)置與整個橋體接地系統(tǒng)相連接的專用接地干線，應(yīng)利用該專用干線作為橋體防雷引下線。

大橋主墩與過渡橋墩互不連接，需要用人工地網(wǎng)將其連接，在大橋護欄縱向防雷鋼筋的兩端要設(shè)置人工地網(wǎng)，使大橋的金屬體接地電阻在4 Ω之內(nèi)。

6 設(shè)備的防雷保護

為保障大橋的供電系統(tǒng)正常運作，橋面上的燈桿均須與防雷裝置連接，在電源處安裝過電壓保護器，在主塔上的裝飾燈電源處也要安裝過電壓保護器，并符合相應(yīng)性能參數(shù)要求。大橋內(nèi)過河纜線的金屬套管在橋的兩端及引下線處與防雷裝置連接。至于通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)等弱電設(shè)備還要考慮電子感應(yīng)、雷電波侵入和雷電地電位反擊三個方面進行綜合防護，將雷電能量抑止、轉(zhuǎn)換到所允許的安全范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

斜拉索橋梁因其結(jié)構(gòu)上的特殊性，大橋設(shè)計和施工應(yīng)注意：（1）在塔頂處，由于維護難度大，施工成本高，要選用免維護耐腐蝕材料，如不銹鋼或其他合成金屬材料。（2）橋面、引橋、引道上諸如路燈桿、外場攝像頭、標識牌、信息板等金屬物應(yīng)與主橋梁形成完整的防雷系統(tǒng)，各金屬物就近與接地體相連接。（3）在橋梁下面位置相連的部分有相對移動的情況，并非固定，要采用相應(yīng)的補償處理，如橋體間的伸縮縫、橋墩支承橋體處及主塔支承橋體處。（4）在隱蔽工程施工中，縱橫鋼筋布置密度大，應(yīng)將作為防雷的接閃器、引下線、地網(wǎng)等鋼筋作好標志，并可靠連接，以防止焊錯主筋，造成接地中斷錯誤，延誤工期。（5）在施工過程中，雷暴天氣時有發(fā)生，考慮到保護工地的施工用電及總電源，在總電源進線處需安裝適配的過電壓保護器。