悬索桥主缆防腐
2020-08-14 14:32:00
作者：本网整理 来源：桥梁防腐知识
一、悬索桥简介
悬索桥，因其优美的线型和出众的跨越能力，受到工程界的青睐，而改革开放以后我国也开始大量的建造悬索桥，从主跨452米的汕头海湾大桥，到主跨1688米的南沙大桥坭洲水道桥，再到主跨1700米的杨泗港大桥以及规划中主跨2300米的张皋过江通道，我国建造的悬索桥跨径正在不断的被刷新记录。
图 1南沙大桥实景图
图 2张皋过江通道效果图
国内悬索桥的设计寿命一般为100年，如何保证桥在建成后的100年里屹立不到，甚至超期服役，这取决于悬索桥结构的方方面面，比如主缆，吊索，主塔，索鞍，锚碇，加劲梁以及桥面系等。上述结构中，主塔，索鞍，锚碇属于永久性结构，在桥梁服役期间发生损坏的机率较小。吊索，桥面板和加劲梁均为可更换部件，成功更换的案例已十分常见。唯独悬索桥的主缆，其作为悬索桥的主要受力部件，起到承托梁体及桥面荷载的作用，如防腐不到位主缆内部的钢丝容易出现裂纹甚至锈断，由于迄今为止尚无悬索桥主缆成功更换的案例，因此从某种程度上说主缆的寿命直接决定了悬索桥的整体寿命，因此主缆的防腐保护对于悬索桥来说尤为重要。
二、悬索桥主缆
国内大型悬索桥多为平行钢丝型主缆（个别小型悬索桥可能为平行钢绞线主缆），其架设过程一般采用PPWS预制平行钢丝索股法（AS空中纺丝法在国内比较少见），即先在工厂内按照一定的规律将91或127根钢丝编成如图 3所示的正六边形结构，然后打卷成盘状以方便运输。
图 3主缆索股编制方法示意图
图 4主缆索股盘卷示意图
将整盘预制好的索股运往施工现场后，使用猫道上临时架设的索股拽拉系统沿着猫道上放置的引导轮进行主缆架设，最后按照预先编好的顺序将索股移入索鞍内并进行锚固张拉。
图 5悬索桥主缆架缆现场
图 6悬索桥主缆编缆及紧缆示意图
全部索股架设完毕后，使用紧缆机对主缆进行整圆压实处理，使得主缆截面由原先的不规则形状变成标准的圆形且内部形成合理的空隙率，根据缆径的变化情况，紧缆过程可能需要反复进行几次，紧缆过程如图 7所示。
图 7悬索桥紧缆过程
紧缆工作结束后就可以开始安装索夹和吊杆以及进行加劲梁的架设。
图 8悬索桥安装索夹
图 9悬索桥架梁
图 10悬索桥架梁完毕
缆径随着架梁工作的进行会逐渐变小，在对索夹螺栓进行多次补张拉之后，就可以开始进行主缆缠丝及防腐涂装等收尾工作了。
图 11主缆缠丝
图 12主缆刮胶密封
图 13主缆防腐缠包
三、存在的问题
正如前文所述，悬索桥设计寿命100年，如何保证主缆钢丝在这100年不发生锈蚀，这是一个世界级的难题。国内外悬索桥开缆检查的结果显示，服役不到50年的英国福斯公路桥主缆内部发现了大量断丝，大桥主缆安全系数折减严重，已经严重威胁到了大桥结构安全。与此同时，国内也陆续开始对早期建成的悬索桥进行开缆检查。
图 14国外悬索桥主缆开缆检查
图 15国外悬索桥主缆开缆检查发现断丝情况
图 16 国外某悬索桥断丝外观形态及断面情况
图17 美国534指南对钢丝的分类法
图 18 悬索桥主缆表层钢丝锈蚀情况1
图 19悬索桥主缆表层钢丝锈蚀情况2
经过对各悬索桥开缆检查的结果进行对比分析可以得出以下规律：
1、从整座桥来看，主缆跨中最低点附近的锈蚀情况要比其他部位严重；
2、主缆表层钢丝锈蚀情况比内层钢丝要严重；
3、通车时间接近的若干悬索桥开缆检查对比发现：使用了“底漆+不干性腻子+缠丝+密封胶”的主缆钢丝锈蚀情况要比其他使用“红丹+亚麻油+缠丝+油漆”或者“干性腻子+缠丝+密封胶”的桥情况要轻一些。
四、原因分析
首先，主缆内的湿气为主缆钢丝锈蚀提供了必要的条件，主缆内部湿气主要来源两个方面：其一，主缆架缆过程中遇到下雨天直接流入主缆并吸附在主缆内部的，由于主缆内部具有15%-20%空隙率（见图 3），这也为水分的吸附提供了先天性条件，该部分水分会随着主缆防腐密封的完成，被牢牢锁死在主缆钢丝内部，持续导致腐蚀发生。其二，主缆建成后因主缆涂层的病害如开裂，破损或索夹滑移等原因，源源不断的渗入到主缆内部的水分。
图 20主缆密封前裸露的主缆钢丝
图 21主缆防腐层病害
其次，桥梁建设期内，主缆表层钢丝因索股牵引时的摩擦，索夹安装时的碰撞，架梁过程中的挤压，缠丝过程中的摩擦及缠丝焊接时飞溅的火花灼烧等原因，导致主缆钢丝镀锌层的被损坏，甚至直接裸露出高强钢丝本体，在潮湿环境下，上述镀锌层损伤部位优先发生腐蚀，后续发展成点蚀、坑蚀或者裂纹，直接危害主缆安全。
图 22主缆高强钢丝镀锌层破裂
图 23主缆高强钢丝镀锌层破损
图 24主缆高强钢丝镀锌层被焊接火花灼烧
图 25主缆缠丝镀锌层被大量破坏
再者，空气中的酸性气体，氯离子，氧气等不利于主缆防腐因素通过上述途径进入到主缆内部，与湿气共同作用对主缆钢丝产生持续的电化学腐蚀，逐渐耗尽主缆钢丝表面的镀锌层，最后伤及钢丝本体，腐蚀机理如下图所示。
图 26主缆钢丝锈蚀、氢脆等病害的发生机理
五、解决方案
下一期将与大家探讨：更细致的被动防腐方案（重点探讨JT/T 694-2007标准与主缆缠包带的各自的优缺点）以及主缆除湿系统主动干预的原理与方法。
图 27 缠包带+主缆除湿系统
图 28主缆除湿系统原理图
免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。