索道橋病害及治理措施探討

徐章潔XU Zhang-jie

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都 610072）

1 概述

現代索道橋主要由錨碇、承重索系統、橋面、穩定結構四大部分組成，通常以鋼絲繩、鋼絞線或平行鋼束作為主要承重構件，以鋼橫梁作為主索的橫向聯系構件，在橋面索上鋪木板或鋼板作為橋面板，并以對稱布置于兩岸的錨碇來錨固整座橋梁的承重索，將索拉力傳給地基。

索道橋可一跨過江無需設墩，施工不受河道水位影響，故對河道水深且工期要求緊張的情況具有明顯的優勢。同時其適應跨度大，目前民用索道橋最大跨徑為353m的汶馬高速公路獅子坪施工運輸橋，施工周期短，工期一般僅需3~6 個月，并且造價相對較低，因而在水電站建設期間作為兩岸臨時交通銜接的重要手段，得到越來越廣泛的應用。

目前針對索道橋主索的計算分析方法研究較多，主要有解析法和有限元法。文獻[2]以實例為基礎，對兩種計算方法得到的不同狀態下主索索力進行了對比分析。但目前對于索道橋運營階段病害及治理措施的文獻相對較少，僅文獻[3]對四川白鶴灘、貴州香壩鄉及云南拖頂鄉的多座非臨時性索道橋進行了調查，分析了其病害及維修情況。

本文調查了多座電站臨時索道橋的病害情況，以其中跨度最大、病害最為嚴重的下游施工橋為典型案例，分析病害出現原因，提出治理方案及改進結構的構造措施。如表1 所示。

表1 臨時索道橋情況簡表

2 索道橋設計

索道橋雖然經過多年使用，但其橋面構件布置形式少有發展，構件僅在材料上存在差異。本文以某水電站下游施工橋為例，介紹索道橋的結構設計。

2.1 索道橋總體布置

某水電站場內交通工程下游施工橋，設計主跨為226m，左右岸錨碇長度均為15m，橋梁全長256m。設計橋面寬度為：4.5m（單車道+兩側各0.75m 寬人行道）；設計荷載為：單車60t；設計行車速度為：不超過10km/h；設計橋梁主纜垂度為：6.4m；橋梁設計使用年限為：6 年；橋梁總體布置如圖1 所示。

圖1 索道橋橋梁總體布置圖（單位：厘米）

2.2 主索設計

橋梁主索由橋面索、人行道索和穩定索組成，共48根。其中橋面索30 根、人行道索6 根、穩定索12 根。主索采用Ф52—6×37+IWR—1770 鋼芯鋼絲繩，要求使用前按照設計單索拉力的1.5 倍（約650kN）進行預張拉處理，以基本消除鋼絲繩的非彈性變形。

2.3 橋面系設計

全橋從兩岸向跨中由疏漸密配置31 根橫梁，將全橋分為32 個橋節，每個橋節寬度5～10m 不等，中間稍密，兩段漸稀。橫梁采用16Mn 鋼板焊接而成，斷面為工字型，梁高50cm，腹板厚度10mm，翼緣板寬20cm，板厚16mm，梁長13m。由于橋梁跨度較大，為增加橋梁的橫向穩定性，橫梁設計為倒八字形。

橋梁車行道板及人行道板均采用云南二級以上松木。車行道橫橋板尺寸為4900×200×100mm，車行道縱橋板尺寸為4000×230×70mm，人行道板尺寸為1100×250×50mm。為增加車行道板的耐磨性能，車行道板上左右車輪位置增設2 塊3mm 厚花紋鋼板作為護板，橋梁橫斷面布置如圖2 所示。

圖2 橋梁斷面布置圖（單位：毫米）

2.4 錨碇設計

索道橋的錨碇方式通常有地錨式、重力式、錨桿式、錨索式、組合式等幾種。由于本橋橋位區兩岸覆蓋較厚的第四系松散堆積物，主要為沖積（alQ3～4）漂卵礫石層，故左、右岸錨碇均采用重力式錨碇，利用錨碇與土體的摩擦力平衡主索拉力。兩岸錨碇設計尺寸均為：長15m，高9.8m，上部5.8m 高度內寬14m，下部4m 高度內寬16m。錨碇內預設直徑為700mm，厚度18mm 的鋼管錨梁，錨梁內灌筑C40 混凝土。

錨碇內錨索一端纏繞錨梁兩圈后采用8 個繩夾固定，另一端繞過連接調整器后同樣采用8 個繩夾固定。由于錨索需連接調整器，而鋼芯去除比較困難，故為便于彎折，纏繞鋼管的錨索鋼絲繩采用Ф54—6×37+FC—1770 的纖維芯鋼絲繩。埋入錨碇內的主索、錨索及連接調整器均先涂刷一遍黃油，再用玻璃纖維布纏繞兩圈，然后再在表面涂刷一遍黃油，使錨碇內的鋼絲繩不與混凝土連接。

3 橋梁運營過程中產生的病害問題

橋梁施工完成時經荷載試驗檢測，表明橋梁試驗時結構處于彈性工作范圍，承載力滿足設計要求。

橋梁運營后，正處于電站建設的高峰期，橋梁保持長時間持續高強度的運輸通行需求。橋梁設計荷載為單車60t，且要求單車、限速10km/h 通行，但實際運營中，同時有2~3 輛重車上橋為常態，且速度基本在20~30km/h。盡管由于索道橋本身的柔性特點，多輛車超速上橋引起橋梁大幅度振動，在一定程度上控制了車輛的數量及運行速度，但超速、超載情況仍然比較嚴重。

在此運營條件下，橋梁一直存在局部螺栓脫落，橋面鋼板局部翹起、破損開裂等問題，需要不斷小修養護。運營一年以后，橋梁病害明顯，行車舒適度及行車安全均存在一定隱患，需進行大修整治。

3.1 橋面系病害

3.1.1 鋼橋面板病害

設計時為增加行車道板的耐磨性能，在行車道板上左右車輪位置增設2 塊花紋鋼板作為護板。左下溝索道橋及下游施工橋均采用3mm 花紋鋼板，運營初期橋面鋼板板端便出現了不同程度的卷曲開裂，明顯地，螺栓缺失處鋼板上翹特別嚴重，部分車轍處鋼板端部出現局部撕裂，如圖3 所示。

圖3 橋面鋼板翹起、開裂

在文獻[2]中所調查的索道橋也幾乎都出現橋面鋼板上翹、螺栓脫落的問題，說明橋面鋼板的病害是索道橋的通病。運營中，橋面鋼板的耐久性差極大地影響了索道橋的運營舒適度，增加了運營維護費用。

3.1.2 車行道橫橋板部分折斷

下游施工橋在運營過程中，出現部分行車道橫橋板折斷的情況，橫橋板折斷部位沿縱橋向幾乎處于一條直線上，折斷位置最嚴重部位位于縱橋向1/3~1/4 跨處，如圖4所示。

圖4 橫橋板折斷

橫橋板剛度比主索大很多，計算時近似認為主索對橫橋板的支承反力大小相等，即橫橋板整體下撓，但實際使用中存在橫橋板折斷的情況，且折斷位置基本位于車轍痕跡附近，說明主索受輪壓后變形并不一致，車輪作用處主索下撓變形更大。此外，如果鋼絲繩初設張拉不到位，非彈性變形未得到消除，在后期運營過程中，車輪荷載作用位置的主索將會產生更多的非彈性變形，從而導致主索在橫斷面上的撓度不一致，進而導致橫橋面板的損壞。

3.1.3 橋面系護板底襯脫落

索道橋車行道橋面的花紋鋼板采用螺栓固定，螺栓穿過木橋面板，底部采用厚3mm，寬30mm，長1320mm 的鋼板作為護板底襯，以便橫橋向連接螺栓，增加橋面系的整體性，如圖5 所示。

圖5 橋面板構件連接示意圖

在橋梁運營過程中，護板底襯出現不同程度的松動脫落，如圖6 所示。

圖6 護板底襯松動脫落狀況

護板底襯脫落的原因，主要是由于索道橋橋面系各構件之間，即：縱、橫向橋道板之間，橋面鋼護板與行車道板之間，以及行車道板與主索之間均未有緊密連接，整體性不好，主索在荷載作用下產生變形后，容易導致護板底襯脫落。另外，施工時螺帽安裝后未擰緊到位，也易導致螺帽松動脫落，從而導致護板底襯脫落。

3.2 主索、橫梁的病害

本橋大修時檢查，主索未出現斷絲、矢度相差大的情況。橫梁及錨碇也未出現變形、裂縫等影響運營安全的病害。由此可見，影響索道橋運營舒適度及運營費用的部位，主要是橋面系構件。雖然索道橋的橋面系構件少、重量輕、建設造價較低，但如果設計養護不當，使用過程中經常需要更換維修，也是一筆不小的費用。

4 橋面系整治及改成措施

4.1 橋面鋼板

橋面鋼板的作用是保護縱橋板，但從實際運營情況看，橋面鋼板對車輪荷載起到一定的擴散作用。目前花紋鋼板的厚度大多根據設計院經驗習慣確定，文獻[4]采用3mm，文獻[5]采用6mm，文獻[6]采用5mm，統計常規厚度采用3～6mm。本橋及左下溝索道橋采用3mm 鋼板，在運營初期就出現翹曲問題，說明較薄的鋼板在車輛荷載下更容易出現病害，進而降低了橋面板的使用性能。

下游施工橋在維修治理時，更換所有車行道橋面護面鋼板，并增加花紋鋼板的厚度至6mm。整治后，在加強運營管理的情況下，橋梁運營了近4 年，花紋鋼材出現病害的情況大幅度降低。雖然仍有鋼板局部翹曲等情況，但經局部修補即可。

4# 臨時橋及6# 臨時橋設計時采用了6mm 花紋鋼板，運營時業主安排專人管理，基本按照設計要求單車限速通行。運營近2 年后，橋面鋼板翹曲、撕裂的情況基本很少，只在局部螺栓脫落處出現了鋼板局部翹曲的情況，如圖7 所示。

圖7 4# 臨時橋橋面鋼板

因此，設計時可適當加厚橋面鋼板的厚度，建議采用6～8mm，并盡量按照單車、限速的要求運行，對索道橋的運營狀況改善最為有利。

4.2 橋面板

下游施工橋在大修時對主索矢度及變形進行過檢查，未發現主索間矢度不一致的情況，因此大修時只是更換了損壞的橋面板。

由于電站內索道橋使用年限多為5～6 年左右，木橋面板具有材料輕、能很好地適應橋梁變形、對鋼絲繩磨損較小的優勢，因此仍廣泛采用。從木橋面板的破壞形式來看，為減少橋面板病害，一方面可提高其自身剛度，進一步協調多根主索同時受力；另一方面，應加強對主索初始張拉的控制及架設后的調索，減少主索非彈性變形。黃紹金，劉陌生指出，220～280m 跨度范圍內，主索矢度的允許誤差為±7cm。

此外，可采取構造措施增加橋面系的整體性，將橋面鋼板、固定螺栓及護板底襯相互焊接，同時橋面鋼板的縱向分塊長度不宜太大，可采用50～75cm，也有利于減少橋面板斷裂病害。

5 結論

通過對典型索道橋的設計以及后期運營過程中發現的病害治理，對比另外兩座同類橋梁運營后狀況，總結得出以下關于索道橋的設計經驗，可為后期同類型索道橋的設計、施工和管理提供一定參考：

①對于橋梁運營強度大、使用年限較長時，可適當增加車行道橋面鋼護板厚度或考慮采用鋼橋面板替代木橋面板。②索道橋橋面系整體性較差，車輛荷載作用下橋面變形大，設計時應考慮采取措施增大橋面整體性：如采用適當增大護板底襯的厚度，或將螺栓底部螺帽與護板底襯焊接，以增強護板底襯對螺栓的橫向連接作用等措施。③索道橋主索的初始張拉及架設時的矢度調整至關重要，施工時應加強質量控制，必須按照設計要求進行初始張拉，且施工時矢度調整必須到位，盡量保證主索矢度的一致性。④索道橋的運營管理對索道橋的使用壽命及運行安全影響較大，若通行車輛長期超速、超載行駛，將對橋面系構件造成較大的不利影響，因此應重視索道橋的運營管理工作。