斜拉桥拉索养护检测及换索关键技术研究

邓日标

（广州市道路养护中心北城养护所，广东广州510000）

0 引言

斜拉索是指斜拉桥主梁以及桥面的重量传递到塔架上的承重部件，如果斜拉索出现质量问题，不仅会造成斜拉桥主梁承载力达不到安全标准，加大安全事故发生的概率，还会造成较大的经济损失。因此保证斜拉索的正常使用是各工程单位需要着重处理的工作。为了确保斜拉桥拉索能够具备良好的荷载力，使桥面标高符合安全指标，需要施工人员做好斜拉桥拉索的养护、检测以及维修工作。

1 斜拉桥拉索养护检测方法分析

1.1 检测方法

1.1.1 PE 护套检查

斜拉索PE 护套（见图1）的破损检查主要采用以下两种方法：

图1 斜拉索PE 护套

一是目测法，由于拉索安装环节容易在靠近塔端5m 左右的位置出现破损现象，并且运营时距离斜拉索顶端10m左右的位置也容易发生斜拉索磨损状态，因此需要利用简易支架以及建筑吊篮进行目测观察。

二是机器人检测法，是指使用缆索机器人的拍摄功能完成破损区域的外观检查，需要借助高精密的爬索机器人（斜拉索检查机器人如图2所示），沿斜拉索向顶端爬行，并通过无线信号将拍摄数据传递到计算机终端，以此完成相应检查工作。如斜拉索PE 护套的磨损程度相对较重，则要进行开仓检查与恢复工作，开仓范围通常要控制在0.1m×0.2m，之后根据开仓后钢丝的外观以及锈蚀情况判断PE 护套的老化程度，评估斜拉索的工作状态，若情况较为严重，则需要进行及时更换[1]。

图2 斜拉索检查机器人

1.1.2 锚头锈蚀检测

斜拉索的锚头锈蚀检测通常需要预先清洗锚头黄油，之后进行锈蚀状况的评定，并注意在检查过程中要将垫板、螺母、墩头钢丝的部位涵盖在内，利用锈蚀分析仪判断具体的锈蚀情况。同时为了更好地定量锚头锈蚀情况，还需要对锚头锈蚀等级进行有效划分，比如：一级是指无锈蚀现象；二级是指存在锈蚀痕迹，但范围较小；三级是指各部位都存在一定锈蚀情况，但程度较轻；四级是指各部位锈蚀范围较大；五级是指各部位均存在大量的锈蚀情况[2]。

1.1.3 抽样检测

若钢丝表面存在一定的锈蚀现象，需要进行详细检测时，可采用置换抽样检测的方法抽取PE 护套以及渗水状况相对严重的斜拉索完成检查，以此为后续维护工作提供数据支持，并确保各项试验有序开展，具体内容如表1所示。

表1 斜拉索抽样检测项目

1.1.4 斜拉索内部锈蚀断丝无损检测

斜拉索内部锈蚀断丝无损检测是指借助磁致伸缩导波技术进行斜拉索的无损检测，该方法利用超声频率在波导中的传播，以此判断构件的几何尺寸是否发生变化，通过绘制频散曲线，评估构件的完整情况。该检测方法操作简易，只需在索体段安装传感器，即可完成全索范围的内部腐蚀断丝检测，同时也能保持极高的精确度。

1.2 养护流程

斜拉索的日常养护流程可分为以下几点：第一，拉索两端锚具需要定时进行清洁处理，清除护筒内的残留物，并保证相关构件处于干燥状态，防止潮湿环境加速斜拉索模具锈蚀情况。第二，在进行斜拉索定期检查环节，如若发现锚头内部存在渗水或积水情况，要及时查明问题形成的原因，之后采取针对性的防治措施。第三，要经常更换拉索两端的防护油，并定期对螺母等部位覆涂防护油漆，以此起到防腐效果，提高丝杆的耐腐蚀性。同时在检查环节，如果发现锚板内部的防护油无法起到防腐效果，则要及时进行更换处理。对于安装锚头防护罩的部位，则要对防护罩进行防腐处理，若存在一定的锈蚀状况，则要及时清除，避免锈蚀状况加深。第四，要按时更换钢护筒以及与之相连的防水垫圈，并做好防水、防电处理，如若在定期检查过程中发现阻尼垫圈存在一定的老化情况，则要进行更换处理。第五，在检查时要确保墩头无异常，模板不可出现裂缝，如若发现拉索防护层发生损坏，需要及时评估开裂处内部索体的积水情况，若存在潮湿度较高的现象，则要进行干燥处理，以及修复维护。情况严重时，及时通知拉索制造单位进行处理。第六，斜拉索的减震装置应当保持正常工作状态，若发现存在异常，则要进行调整与维修，且管理部门应当制定标准的保养维修方法，以此规范人员的操作行为，提高养护效率。第七，在进行日常检查时，要观测斜拉索的工作状态，判断是否存在明显震动，并确保减震装置能够实现拉索的拉紧，若遇到恶劣天气，比如暴雨、台风等，需要切实提高实地考察频率。第八，对索力偏离设计值的拉索需要及时采取索力调整策略，确保张拉次序与量值按照预定计划执行，若无设计规定则要委托科研单位进行实地考察，并测定索力与延伸值。第九，在检测斜拉索钢丝时，若发现锈蚀状况，则要进行专门检查，并制定合理的解决措施。

2 斜拉桥换索关键技术分析

2.1 施工内容与换索原则

若斜拉索的使用寿命超过安全标准，则要及时进行拉索的更换处理，若采用分批进行换索的施工周期相对较长，对交通造成的影响较高，只能在确保技术条件成熟的情况下实施一次性拉索更换。具体的施工内容为：更换拉索，实施防腐防护，要求采用带缠包与螺旋线相互结合的方式作为索体防护材料，并在索导管内部喷涂阻蚀密封蜡，在锚垫板的外露表面则要涂抹缓蚀石膏，添加钢构件缠包，同时还要完成内置阻尼器索力监测系统的安装。在进行新索选型时需要遵循以下原则：第一，换索后要确保结构设计满足荷载标准，并且新索索力与旧索索力保持一致，能够维持良好的受力形态以及结构选型；第二，若原拉索属于平行钢丝索，则采用的新拉索需要使用同等规格的平行钢丝索，并且强度设计需要进行适当提升；第三，要强化新索的防腐等级，提高拉索的使用寿命；第四，换索时要进行科学合理的方案设定，尽可能降低封闭交通的时间；第五，要依照《公路桥涵设计通用规范》(JTG—D60—2018)中的相关规定，将新拉索作为可更换部件，且确保使用年限不可低于20年。此外新拉索的索体若用高强钢丝应采用φ5mm 或φ7mm 钢丝，其性能应满足现行《桥梁缆索用热镀锌或锌铝合金钢丝》（GB/T 17101—2019）要求，钢丝抗拉强度设计值应按《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）的规定采用，其标准强度不宜低于1670MPa。若斜拉索用钢绞线应采用高强度低松弛预应力钢绞丝，其性能应满足现行《高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线》(YB/T 152—1999)要求抗拉强度设计值应满足规范要求，其标准强度不宜低于1770MPa。并借助双层高密度聚合材料进一步提高拉索的机械性能。至于拉索的更换顺序则要遵从以下原则：第一，由长到短原则，是指预先完成长索的更换之后，沿着主塔方向完成短索的替换；第二，对称原则，即换索施工需要依照单塔对称的顺序确保每塔更换时，采取同一型号的对索，之后完成剩余斜拉索的替换；第三，要将病害相对严重的索作为优先更替的目标，由于此类斜拉索会受到应力、重力等因素的影响，一旦出现索力的突然提升便会对结构安全产生不良影响，所以要在换索前进行全桥斜拉索的病害通查，进行病害严重程度的划分，之后第一时间更换病害相对较重的斜拉索。

此外还要注意，为了确保养护维修工作能够顺利开展，需要相关维护人员掌握高水平的专业能力，具备良好的安全意识，学习先进的检测与维修方法，能够根据实际情况进行针对性处理，及时消除潜在的安全隐患，确保斜拉索维持较长的使用寿命，并做好一系列施工管理工作，提高操作的规范性，避免出现人员工作失误。而工程企业也要制定一系列切实可行的管理措施，借助奖惩体系提高人员的工作积极性，营造良好的工作氛围，并及时对工作效率较低的人员提出警告，提高工程质量，促进经济效益的提升。

2.2 换索步骤

具体的斜拉桥换索步骤可分为以下几点：

其一，换索前要采用频谱法进行全桥的索力测量，初步掌握索力情况，并将数据进行复核校检，确保测量工作均在交通封闭且在温度较为均匀时段的前提下进行。同时要注意，在更换斜拉索前还要测量桥面标高以及与更换拉索相近的三对索力，之后进行拆除与安装。

其二，在安装施工设备时，需要优先完成钢支架的搭建以及索塔外吊篮的安装，之后依次完成提升平台、牵引导向设备以及塔下通道等设备布置，并在设备投入使用前进行质量检测以及可靠性评估。

其三，安装锚头移动施工平台需要预先进行新索检查，要确定新索不存在结构缺陷，之后静置等待起吊，并重新检查锚圈螺纹是否保持连接顺滑，且外防护不可存在损坏状况。

其四，在旧索拆除环节要进行原索的索力测量，之后进行逐步拆除工作，要注意在每次放张时需要全程关注监测系统内的相关数据参数。若发现数据异常则要立刻停止张放处理，并判断具体的形成原因，待解决相关问题后才可继续实施拆除工作。

其五，要进一步检查索塔管道的损坏状况，并进行及时修复，清除圆管内的填充物，比如灌注聚氨酯发泡剂。

其六，新索安装，需要计算拉索戴帽力，合理选择牵引长度，将张拉杆安装在新索张拉端，借助卷扬机将其提升至塔端之后，将新索牵引到千斤顶并使用螺母进行锁紧，此时张拉端就位完成后便可以利用梁面卷扬机以及动滑轮完成安装工作。

其七，新索张拉，是指通过张拉操作新索达到指定的索力，并经过油压表、传感器的数值校核进行锚固处理。

其八，要进行新索索力的测量，判断索力是否能够与原索索力保持一致，并判断桥面高程是否满足安全标准，测定新索临近的三对索力以及桥面标高与原有是否一致，若其中任何一项不符合相关数据，则要进行索力的重新调整，如若满足相关数据，则可判断新索张拉效果满足预期。之后移动张拉设备完成下一根索的更换，并重复上述工序，直至全桥的换索工作完成。

其九，在全桥换索完成后要进行临时设备的拆除，并重新测量主梁与主塔线，再与换索前的数据进行复核，如若出现较大偏差，则要及时通知单位完成相应处理。

为了确保换索后的新索能够保持良好的使用效果，还需做好索导管及锚具防腐工作，比如在梁端索导管添加新型充气防水装置，利用铝合金气囊、过渡密封橡胶圈以及粘弹体防腐胶带组成的防水装置进一步提高索导管及锚具的防腐效果，借助压力密封的方法，满足斜拉索弯曲振动条件下的密封需求。

3 结语

综上所述，通过对斜拉桥拉索养护检测方法进行分析讨论，提出具体的养护维修对策，阐述斜拉桥换索施工内容、设计原则以及具体的换索步骤，以此保证斜拉索的安全性，能够维持持续性工作，消除潜在的风险隐患，确保斜拉桥的稳定牢固。