橋梁的生命索研究

文/ 石偉 李翔 鄭國坤 董長征 蒲永官

斜拉索下端預埋管的密封方式及存在問題

隨著斜拉橋的應用發展，防水罩單一防水效果不好的問題逐漸凸顯，為解決此問題，部分學者研究提出了在預埋管內灌注密封材料的解決措施，具體包括：

1.最初斜拉索的下端防腐體系是在預埋管管口設置一個防水罩，預埋管內部灌注防腐油脂，但油脂中的油分離會造成環境的污染以及遇水后乳化會失去保護作用。油脂之所以存在油的分離，主要是因為油脂的鋼網分油量的指標太低，如fib規范對鋼網分油量的指標是在40度時，其分油量≤2.5%,在100度時，其分油量≤4%。

2.灌注發泡劑能夠防止水對拉索下錨具的腐蝕，但由于缺少必要的指標約束以及經濟競爭的原因，其效果不是很好，發泡劑具有的儲水作用也給后期的維護造成了困難。

3.到目前為止，許多橋梁設計圖紙上都采用非硫化不干性防腐密封膠以及硫化密封膠的密封方式，但有些設計方案為了進一步降低灌注的成本，用聚氨酯發泡劑替代部份密封膠（如圖1）。

目前在多座橋梁的這一技術應用中發現灌注非硫化不干性防腐密封膠有油分離的現象，給生態環境造成了影響。由于HDPE與大部分材料的粘接性不好，硫化密封膠也同樣存在這個問題，因此隨著拉索的振動水很容易從此處進入。這也是防水罩無法起到很好密封效果的原因。

從上述的實踐可看出，目前所采取的措施，并未能真正解決拉索錨頭腐蝕的這一問題，不僅花了大量的金錢用于預埋管內部，而且還給后期如何檢測與維護拉索下端這一個問題埋下非常大的隱患。對后期拉索的智能化發展具有阻礙作用。

預埋管管口的密封研究如下：

目前國內外斜拉橋梁端預埋管與索體結合處的防水措施采用設置防水罩或密封氣囊的方式，防水罩的材料主要有鑄鐵、不銹鋼、橡膠、HDPE四種材質形式。鑄鐵防水罩通常采用鑄造模具分兩半制造，實現可更換，但重量重，規格越大安裝越不方便，后期需要增加二次防腐施工，其總的費用中等；不銹鋼防水罩是用不銹鋼板卷制后現場焊接而成，而不銹鋼的現場焊接是否對HDPE產生影響較難判定且不好更換，不銹鋼防水罩的總的費用比較高。

此外，前兩種的材料均屬于鋼材，由于重量較重，安裝時往往防水罩的下端需要靠預埋管來支撐，安裝后就形成了防水罩上、下兩端約束，因此當拉索產生振動時防水罩與索體之間的密封材料容易被破壞而造成密封失效。

HDPE防水罩是目前一種新型防水罩，一般以在防水罩焊接段內壁預埋電阻絲，通過加熱焊接的方式使防水罩與拉索HDPE融合成一體。這種方式很好的解決了防水罩與索體的過渡密封問題，但成本較高。由于防水罩采用的是焊接工藝，因此會造成后期的更換困難，且對后期預埋管里的錨頭檢測與維護帶來了困難。

前三種防水罩密封方式還有一個共同點就是必須保證防水罩與預埋管不能產生直接約束，否則會對防水罩與索體之間的密封產生直接破壞從而導致密封失效。因此以上防水罩的密封無法實現全密封，對于梁管積水及冷凝水密封問題仍無法解決。

橡膠防水裝置結構改進

如何解決模具數量多，生產成本過高的問題

防水罩的模具數量之所以多，是由于索體直徑規格與預埋管規格組合的結果，如就單獨以預埋管的規格來定制防水罩將會減小防水罩的型號，從而減少防水罩的模具數量，生產成本大幅度的降低。通過這一改進的方法，橡膠防水罩將具有很強的價格優勢。

如何對結構進行優化，具有良好的密封性能

通過一些密封槽、凸筋的設置以及壓緊環與防水罩的配合，普通工人只需在相應的位置纏繞密封材料2圈，然后預緊螺栓直到密封材料完全的擠出即可，大大降低了工人的技術要求，并可通過是否有密封材料擠出來判定安裝效果是否達到要求。該工藝使防水罩的安裝簡單、易操作且可以通過肉眼直接判定安裝效果的好壞。（如圖2）

材料的選擇，確保防水罩具有較好的耐久性

橡膠防水罩安裝于橋面，屬于外露零件，一直受到外界光、氧、熱、晝夜溫差大和化學介質等外界因素影響，對罩體耐老化性能要求極高。國內一些大橋所用橡膠防水罩的材料是氯丁橡膠，而日本及韓國的橡膠防水罩采用三元乙丙材料，三元乙丙橡膠耐老化性能非常好、耐候性好、電絕緣性能優良、耐化學腐蝕性好、耐水蒸氣、顏色穩定性、沖擊彈性較好，其在臭氧濃度50pphm、拉伸30%的條件下，可達150h以上不龜裂。綜合考慮采用三元乙丙橡膠作為防水罩罩體材料。

試驗驗證

為了更好驗證橡膠防水罩在橋梁拉索上具有良好的密封性能，在試驗工裝的設計方面盡可能的接近實橋態況，還專門設計了一套輔助實驗用的底座裝置（底座相當于橋梁預埋管），橡膠防水罩的下端依靠特殊的密封結構及密封材料，實現底座與橡膠防水罩的密封。橡膠防水罩的上端直接采用與索體配合進行密封，索體的上端為自由狀態，索體的下端僅僅支撐于底座的套管內，索體相對于底座可以實現繞圓周偏擺，索體與豎直方向的夾角最大可達到5度，具體安裝見圖3。

水密性試驗方法參照美國PTI斜拉索設計、測試和安裝推薦規范中的水密性試驗。該試驗要求將防水罩浸泡在3米水深處4天，拆開組裝件查看防水罩內部空腔內有無進水。

為實現更好的密封性能，其密封材料的選擇也是一個重要環節，我們采用了多種密封材料進行密封試驗。通過試驗的結果及可安裝性、性價比等綜合考慮，選出了一種最為合適的密封材料通過對其中一種密封材料安裝浸泡后的解剖，充分證明了將橡膠防水罩完全浸泡于3米水中，仍具有良好的密封性能。

結語

本文針對現有梁端錨固區防水措施所存在的問題進行一一分析，從施工安裝、檢測維護及密封可靠性等多方面考慮推薦采用橡膠防水罩的密封結構。

為進一步防止提升防水能力，可以在預埋管管口再增加一道柔性密封，實現雙重密封保護。當前還未發現一種密封材料在動態下能實現百年的可靠密封，提前識別密封被破壞，及時地做好低成本的維護管養，需要引入拉索智能化預警系統，橡膠防水罩+預埋管口柔性密封的雙重密封技術將推進拉索下端智能化發展邁出重要的一步。