蔡　裕　周庠天　陆绍辉

(1.江西赣粤高速公路股份有限公司，江西 南昌　330025；　2.柳州欧维姆结构检测技术有限公司，广西 柳州　545006)



斜拉索下锚头病害成因及其治理技术研究

蔡裕1周庠天2陆绍辉2

(1.江西赣粤高速公路股份有限公司，江西 南昌330025；2.柳州欧维姆结构检测技术有限公司，广西 柳州545006)

介绍了斜拉索下锚头常见的病害类型，分析了各种病害的成因，并从索导管内环境处理、灌注新型防腐材料、更换阻尼器等方面，阐述了鄱阳湖大桥下锚头的病害处理方法，达到了良好的治理效果。

斜拉索，下锚头，索导管，病害成因

0　引言

斜拉桥是一种重要桥型，由于其较大的跨越能力，优美的造型，良好的抗风和抗震能力，在我国的桥梁建设中取得了较快的发展，对保证交通运输网的安全畅通起着重要的作用。

斜拉索作为斜拉桥最重要的构件之一，其安全性和耐久性对斜拉桥的承载能力、安全运营至关重要。斜拉索的作用，是以锚具、钢丝作为承载构件，将主梁荷载传递给桥塔，再通过桥塔传递给基础，由于斜拉索下锚头连接着斜拉索和主梁，容易受到振动的影响，使防护体系失效，是斜拉索体系中容易产生病害的部位，近几年来发生的多起索类桥梁坍塌事故，有证据表明跟下锚头病害有关，行业内的一些研究和成果也表明斜拉索下锚头病害具有多发的特点，并导致一些严重的后果。

徐俊等[1]依托石门大桥拉索检测，指出下锚头渗水是由于锚箱钢套管进入桥面雨水造成，拉索的长度与护套破损数量成线性相关，并提出了一种钢丝锈蚀等级的分类方法。

汪浩等[2]通过对某斜拉桥2002年和2004年的斜拉索病害检测进行对比分析，采用渗水试验和压水试验的方法对斜拉索的渗水病害进行研究，指出下锚头渗水最主要的原因是雨水由于拉索破口和振动从而进入和流经下锚头。

吴育苗等[3]以海口世纪大桥为工程依托，针对斜拉索出现的病害及其成因，采取控制锚具和拉索套管内进水的方法，取得了良好的效果。

云南三达地怒江大桥于2004年进行换索，柳州文惠桥于2007年进行了全面换索，南昌新八一大桥于2009年进行了全面换索[4]，在这些换索的桥梁中，下锚头病害是换索的一个重要原因，一方面，病害导致安全性下降和突发性事故发生；另一方面，提前换索影响了斜拉索技术经济性的发挥，影响交通，给经济效益和社会效益带来负面影响。因此，通过对斜拉索下锚头的病害和维护技术进行研究，提高斜拉索的使用寿命，确保斜拉桥的安全性和耐久性，具有重要的经济和社会效益。

1　下锚头常见病害分析

在桥梁运营过程中，由于斜拉索下锚头在结构中所处的位置，更容易受到风雨激振、荷载振动的影响，使防护体系失效，加上密封措施的有效性、防腐材料的耐久性、施工质量、管养维护等方面的因素，导致下锚头病害多发。

1.1索导管口防水措施失效

索导管口一般会设置防水罩，多数采用铸铁，少量采用橡胶。与斜拉索PE接合的地方通常采用防水腻子或遇水膨胀橡胶，易老化失去弹性，无法保证密封效果，在风雨、荷载振动的作用下，密封更容易失效，使雨水进入索导管，引起内部零件锈蚀，橡胶材质的防水罩由于易老化变形，其防护性能更差。防水性能失效的典型病害如图1所示。

1.2索导管内部、下锚头防腐失效

是否采用有效的防腐措施是决定下锚头区域相关零件耐久性的关键因素，而索导管内部进水更不利于防腐，导致索导管内钢丝段及下锚头的腐蚀，腐蚀会削弱索体、下锚头的有效截面，影响其耐久性和受力特性，导致拉索抗拉性能、抗疲劳性能的下降，严重时甚至造成索断桥跨的严重事故，因防腐失效导致的腐蚀断丝见图2和图3。

为了充分保护索导管内部钢丝、下锚头不被腐蚀，一般采用在索导管内部、下锚头保护罩内填充防腐材料，常见的有聚氨酯发泡剂、防腐油脂(黄油或建筑油脂)、阻蚀密封蜡，少数项目灌注水泥砂浆或环氧砂浆，在具体的工程实践中，也发现少数案例，索导管内部未填充防腐材料、未安装锚头保护罩的情况，实践证明，在桥梁的金属结构件中，仅仅靠金属表面的镀锌、法兰是无法做到长期防腐的，这些案例也无一例外的都发生了不同程度的腐蚀。表1是常见几种填充材料的技术性能对比。

表1　填充材料技术性能对比

从表1的对比分析可看出，索导管内选用的材料将决定阻蚀效果及耐久性，从综合指标上看，油性蜡在防腐效果及耐久性上更具优势。

1.3减振制振措施失效

大跨径斜拉索属于柔性结构，刚度和阻尼比较低，振动对其至关重要，减振制振措施的合理和有效与否，对拉索的疲劳寿命有较大影响，也容易造成防护体系的脱落、开裂乃至失效，本文采用的减振制振是指机械阻尼措施。

拉索减振阻尼器中的内置阻尼器一般采用高阻尼橡胶阻尼器，外置阻尼器一般有磁流变阻尼器，粘性剪切型阻尼器和油压阻尼器几种。内置阻尼器的主要成分是高阻尼橡胶，随着时间的推移，存在老化的问题，使斜拉索的抗振性能下降。外置阻尼器则根据不同的类型，可能存在漏油、连接装置松脱等病害，阻尼器的老化、失效会造成斜拉索减振制振性能的下降，影响斜拉索的安全性。图4为老化的内置阻尼器。

2　下锚头病害治理

对下锚头病害的治理，当以预防为主，治理为辅，在考虑技术经济性的前提下，选择耐久性、耐候性、防护效果好的措施及材料。针对上述病害，根据其成因和危害程度，采取有效措施，及时治理。

阻尼器老化目前最常用的治理方法，是更换新的阻尼器，恢复和改善斜拉索的减振性能。索导管防水罩的密封措施主要考虑耐久性和耐候性的问题，在自然条件下需保持密封性，能适应热胀冷缩及振动。索导管内、锚头保护罩内的防腐措施，从综合的性能对比上看，阻蚀密封蜡相对于其他材料，其耐久性、耐候性和防腐性都更具优势。

针对下锚头锚具锈蚀，目前主要是利用除锈剂、涂抹防腐油脂等进行物理和化学除锈和阻锈，改善和阻止其病害的发展。对于钢丝锈蚀，必须引起高度重视，由于钢丝锈蚀会削弱钢丝的有效截面，影响拉索的承载力，须根据病害严重程度进行分析和评估，必要时更换新的拉索。

3　工程应用

3.1工程概况

鄱阳湖大桥为双塔双索面斜拉桥，始建于1997年12月，竣工于2000年11月，主桥为双塔双索面扇形密索混凝土斜拉桥，采用半漂浮体系，扁平双肋式主梁。全桥共有152根拉索，采用热挤HDPE护套高强钢丝拉索，外层挤裹桔红色聚氨酯外套，拉索锚具采用冷铸锚具，在桥梁检测与维护过程中，针对其下锚头检测后发现，主要存在进水、腐蚀、阻尼器老化等问题，这些病害直接影响斜拉索下锚头功能的实现，其耐久性和安全性存在较大的隐患。

3.2治理过程

在对下锚头进行全面细致的病害调查基础上，依据病害类型、成因和发展程度，进行了相应的治理。

3.2.1索导管内钢丝段的无损检测

通过无损检测，分析索导管内部的腐蚀与断丝情况，结合下锚具的检查，评估整个下锚头区域的健康状况，为下一步治理、维护及运营管理提供依据。目前，桥梁缆索钢丝的腐蚀与断丝无损检测的手段比较少，由于索导管的屏蔽，其内部钢丝段的检测是个难题，桥梁缆索常用的是漏磁法，但仪器无法进入索导管内部。本项目采用的是磁致伸缩导波技术进行了全面的检查，未发现断丝，少数斜拉索有轻微腐蚀的迹象，但未影响到其承载能力。

3.2.2索导管内环境的处理

对索导管内部原来填充的聚氨酯发泡材料进行了清理，并进行除湿干燥。由于斜拉索的索导管较长，最长索的索导管长达6 m，发泡材料的清理并非易事，为避免损伤斜拉索，无法采用机械手段或化学手段，只能人工清理，费时费力，也提醒我们在桥梁设计中采取的措施不仅要考虑有效性，还要考虑易维护、轻维护或免维护。

3.2.3灌注新型防腐材料

表2　OVM.ZML桥梁缆索阻蚀密封蜡技术指标

如上所述，防腐材料的选择是决定防腐效果的决定因素，本项目采用柳州欧维姆公司研制的OVM.ZML阻蚀密封蜡进行填充，形成索导管内部防腐的第一道防线，该产品具有耐湿热、耐盐雾、抗氧化能力强等优点，其技术指标见表2。

3.2.4更换新的内置阻尼器

此型内置阻尼器应用了一种专利技术，在确保其良好的减振性能的前提下，具备气密性和水密性，形成防水防腐的第二道防线。

3.2.5对防水罩进行密封处理

本项目采用粘结力强、密封性好、耐候性能好的热收缩PE材料，对防水罩及其与拉索连接处进行有效密封处理，PE材料有很好的耐老化性能，材质上接近缆索PE材料，加热收缩后可以适应缆索表面的形状紧紧包裹具备弹性，自带的热熔胶使两者的粘合更紧密，经大量工程实践，证明此方案有效可靠。

4　结语

基于斜拉桥下锚头常见病害及其成因分析，通过对鄱阳湖大桥下锚头进行病害治理，可以得出如下结论：

1)斜拉索下锚头的防水防腐措施需要满足有效性、耐久性、耐候性等要求，需要不断的探索新的材料及措施；

2)下锚头作为斜拉索与主梁的重要连接部位，其安全性和耐久性直接关系到斜拉索的安全性，目前对斜拉索下锚头安全性和耐久性的评估，可采用的仪器、手段还比较少，特别是对于剩余疲劳寿命的评价还是个空白，需要不断探索定量、定性的评估方法或技术；

3)由于斜拉索下锚头结构的特殊性，造成其病害检测和维护的困难，研制针对斜拉索下锚头病害治理的成套工具和方法，具有重要的经济效益，把斜拉索下锚头更加科学合理的纳入到斜拉桥的全寿命评估中，对于斜拉桥的检测与运营维护具有重要意义。

[1]徐俊，陈惟珍.石门大桥拉索病害检测与分析[J].钢结构,2007，96(6):81-84.

[2]汪浩，徐俊.斜拉桥下锚头渗水病害检测及成因分析[J].华东公路，2006，158(2):7-9.

[3]吴育苗，蒋湘成，朱利明.斜拉桥斜拉索体系病害分析与处理方案[J].世界桥梁,2013,41(3):77-84.

[4]龙跃，郑皆连，吴振.桥梁拉索典型病害事故的调查与研究[J].预应力技术,2010,83(6)：32-34.

Research on diseases causes and treatment technology of cable anchor

Cai Yu1Zhou Xiangtian2Lu Shaohui2

(1.JiangxiGanyueExpresswayCo.,Ltd,Nanchang330025,China;2.LiuzhouOVMStructuralDetectionTechnologyCo.,Ltd,Liuzhou545006,China)

The paper introduces common cable-stayed anchor head disease types, and analyzes disease causes. Starting from aspects of internal cable conductor environment, new bored erosion-resisting materials and altering damper, it describes the anchor head disease processing methods of Poyang lake, so as to achieve good processing effect.

cable-stayed, anchor head, cable conductor, disease causes

1009-6825(2016)19-0169-03

2016-04-24

蔡裕(1988- )，男，助理工程师；周庠天(1973- )，男，高级工程师；陆绍辉(1971- )，男，工程师

U445.7

A