斜拉索桥的防雷检测概论

2015-11-28郑键雄林晓剑卢志鹏

城市道桥与防洪 2015年12期

关键词：斜拉索桥拉索

郑键雄,林晓剑,卢志鹏,黄源

(中山市防雷设施检测所,广东中山 528455)

斜拉索桥的防雷检测概论

郑键雄,林晓剑,卢志鹏,黄源

(中山市防雷设施检测所,广东中山 528455)

近年来,斜拉索桥在交通建设项目得到应用。中山年均雷暴日为84.5 d,雷电活动频繁,属于多雷区。作为交通关键节点的桥梁位于水陆交界处,极易受到雷电的侵袭,对斜拉索桥防雷提出了较高的技术要求,针对斜拉索桥的设计施工等特点,运用大空间综合防雷的思想,分析找出其易落雷区域,确定有针对性的防雷措施,总结了一些斜拉索桥防雷检测的经验。

斜拉索桥;防雷检测;综合防雷

1　概述

斜拉索桥是大跨度桥梁的一种常见形式。其特别适合应用在宽阔的大江大河上。由于斜拉索桥所处地理位置及其本身高大的结构,决定了斜拉索桥极为容易遭受雷电侵袭。因此，如何防御斜拉索桥的雷电灾害,提高斜拉索桥的防雷安全度也引起了人们的重视。

与高层建筑防雷类似,斜拉索桥的雷电防护主要包括外部防雷和内部防雷两部分,见图1。

图1　斜拉索桥的综合防雷体系

外部防雷:主要考虑对桥梁本身以及桥面上的直击雷和侧击雷的防护。当桥梁附近出现强对流天气时,强对流天气产生的雷暴云,可能对周围的地面产生尖端放电,而高耸的斜拉索桥,则成为尖端放电的最便捷通道。此时,雷电就会直接击中桥梁塔顶,部分较小的雷电流会绕开桥梁塔顶,击在塔身的中间、拉索或者桥面上,通过雷电流的热效应、电动力效应及雷电流冲击波对桥梁造成破坏。外部防雷的主要措施包括了接闪器、引下线、接地装置、等电位连接。

内部防雷:主要针对桥梁相关的各类服务设施(例如供配电线路、计算机系统、通讯系统、监控系统)的感应雷防护。雷电通过空间电磁场变化,可以在桥梁的各种线缆中产生感应的过电压、过电流,与线缆连接的各类服务设施会受到感应过电压、过电流冲击,导致损坏。感应雷的主要防护措施包括屏蔽、等电位连接、安装电涌保护器、接地等等。

高层建筑的人、财产、服务设施等等,一般都在建筑内部,其暴露在户外(楼顶或阳台)的时间和机率较低,因此,计算高层建筑的防雷保护范围时,以建筑的外沿面作为保护界面即可;而斜拉索桥上的人、财产、服务设施绝大多数都暴露在户外,没有一个明确清晰的防雷保护界面。它们直接遭受雷击的可能性也远远高于高层建筑。

从斜拉索桥的防雷设计伊始,运用综合防雷思想,科学采取上述防雷措施,可以有效降低雷击对斜拉索桥本身的破坏,降低雷电对桥面的行人、车辆的威胁,降低桥梁中各种电气设施受雷电影响而损坏的概率,从而大大提高斜拉索桥的防雷安全度。

为了落实设计方案,将各项防雷措施发挥最大效用,严谨的施工是必不可少的环节。根据斜拉索桥的施工特点、进度等实际情况,对检测过程中容易疏忽的地方进行归纳整理,提前在关键技术点位上制定一个相应的防雷检测方案,也是防雷施工的重要质量保证。

2　斜拉索桥的防雷检测

对斜拉索桥的防雷检测分为随工检测和竣工检测两部分。

(1)在防雷隐蔽工程的施工中,随工程进度而实施检测,是为了确保防雷隐蔽工程的施工质量达到设计要求的一种检测手段。对斜拉索桥防雷工程的随工检测时,应注意以下几点:

a. 在斜拉索桥的桥墩基础施工时,应对桥墩内作为接地体使用的钢筋表面积进行校验。S≥4.24 kc2(S:钢筋表面积总和;kc:分流系数,单根引下线应为1,两根引下线及接闪器不成闭合的多根引下线应为0.66,接闪器成闭合环或网状的多根引下线应为0.44。)每个主桥、桥墩均利用四角上的四条竖向钢筋作为防雷引下线,且塔顶的接闪器形成闭合环路。即kc取0.44满足规范要求,但是考虑斜拉索桥的跨度大,主桥桥墩较少,相对整个斜拉索桥而言,引下线数量偏少,相应的,能够被利用的接地装置较少,kc按0.66考虑为优,计算得出S≥1.85 m2。

桥墩基础占地面积较小,水平接地体较少,为满足接地体的钢筋表面积S≥1.85 m2。施工时优先利用垂直接地体,尽可能把桩内主筋全部焊接连通,把桩的长度充分利用起来,确保接地体的钢筋表面积S≥1.85 m2的目的。

b. 单个桥墩基础的钢筋焊接完成后,应及时使用接地电阻测试仪,测试其接地电阻是否符合设计要求;没有达到设计要求的,应及时补加人工接地装置,直至合格为止。

c. 引下线利用桥墩及主桥内四角的竖向钢筋作为防雷引下线,宜通长焊接,形成可靠电气通路。分段施工时,要做好标记,避免不同班组施工时错误连接钢筋。

d. 等电位连接是斜拉索桥防御侧击雷和感应雷的重要手段,也是随工检测的关键环节;

第一,主塔塔身的等电位连接环,与引下线连接,并为邻近的金属物提供等电位连接点;桥面上的栏杆、高杆灯等金属物均与桥面的水平等电位连接带连接;拉索上、下两端都与等电位连接环(带)连接;各种线缆的屏蔽层、线路上安装的电涌保护器接地端都需要与局部等电位连接端子连接。

第二,桥体的所有预应力钢筋均不可直接与防雷装置焊接连通,避免影响其强度;拉索本身也不能与钢筋直接焊接,把拉索外的金属套管的上、下两端与邻近的防雷装置可靠连接即可。

第三,为保证足够的载流截面,上述连接处的接触截面积不小于50 m2。

第四,等电位连接的过渡电阻应不大于0.03Ω,每次等电位连接施工后,应立即使用等电位测试仪测试其过渡电阻,大于0.03Ω的连接处应立即安排返工。

(2)竣工检测:是指防雷工程项目竣工,对其施工和安装质量是否符合设计要求进行全面检验。斜拉索桥的竣工检测需要注意以下几点:

a. 斜拉索桥完工后,作为接地装置的各个桥墩已经被连接成为一个整体。即被测的接地装置最大对角线长度D变长了,接地电阻表的电压极P和电流极C的布设位置也在变远;条件允许的话,应在斜拉索桥的两岸,按不同方向布置电压极和电流极,多次测量斜拉索桥的接地电阻,取其平均值作为斜拉索桥的综合接地电阻。

b. 桥面安装的高杆灯、指示牌、栏杆等可能遭受直接雷击的金属构件与预留等电位连接点之间的连接也是竣工检测的重要项目之一。连接工艺应符合国家规范的要求,连接导体的截面积不小于50 m2,实测过渡电阻应不大于0.03Ω。

c. 与户外连接的电源线路,安装的第一级电涌保护器,应选用Ⅰ级试验的电涌保护器,其连接导体的截面积应不小于6 m2;与户外连接的信号线路,安装的第一级电涌保护器,宜选用D1试验的电涌保护器,其连接导体的截面积应不小于1.2 m2。

d. 为了避免雷电流对拉索的破坏作用,拉索本身不能与防雷装置直接焊接连通。为承受直接雷击,可在最外围的拉索上设计有专用接闪带。专用接闪带两端与预留等电位连接端子连接,全长要保持电气贯通,要有伸缩补偿装置,补偿与拉索之间的伸缩长度差异;固定在拉索上的抱箍等金属构件之间不能出现间隙,避免出现雷击电弧放电现象损坏拉索的保护层。