索道桥病害及治理措施探讨

徐章洁XU Zhang-jie

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都 610072）

1 概述

现代索道桥主要由锚碇、承重索系统、桥面、稳定结构四大部分组成，通常以钢丝绳、钢绞线或平行钢束作为主要承重构件，以钢横梁作为主索的横向联系构件，在桥面索上铺木板或钢板作为桥面板，并以对称布置于两岸的锚碇来锚固整座桥梁的承重索，将索拉力传给地基。

索道桥可一跨过江无需设墩，施工不受河道水位影响，故对河道水深且工期要求紧张的情况具有明显的优势。同时其适应跨度大，目前民用索道桥最大跨径为353m的汶马高速公路狮子坪施工运输桥，施工周期短，工期一般仅需3~6 个月，并且造价相对较低，因而在水电站建设期间作为两岸临时交通衔接的重要手段，得到越来越广泛的应用。

目前针对索道桥主索的计算分析方法研究较多，主要有解析法和有限元法。文献[2]以实例为基础，对两种计算方法得到的不同状态下主索索力进行了对比分析。但目前对于索道桥运营阶段病害及治理措施的文献相对较少，仅文献[3]对四川白鹤滩、贵州香坝乡及云南拖顶乡的多座非临时性索道桥进行了调查，分析了其病害及维修情况。

本文调查了多座电站临时索道桥的病害情况，以其中跨度最大、病害最为严重的下游施工桥为典型案例，分析病害出现原因，提出治理方案及改进结构的构造措施。如表1 所示。

表1 临时索道桥情况简表

2 索道桥设计

索道桥虽然经过多年使用，但其桥面构件布置形式少有发展，构件仅在材料上存在差异。本文以某水电站下游施工桥为例，介绍索道桥的结构设计。

2.1 索道桥总体布置

某水电站场内交通工程下游施工桥，设计主跨为226m，左右岸锚碇长度均为15m，桥梁全长256m。设计桥面宽度为：4.5m（单车道+两侧各0.75m 宽人行道）；设计荷载为：单车60t；设计行车速度为：不超过10km/h；设计桥梁主缆垂度为：6.4m；桥梁设计使用年限为：6 年；桥梁总体布置如图1 所示。

图1 索道桥桥梁总体布置图（单位：厘米）

2.2 主索设计

桥梁主索由桥面索、人行道索和稳定索组成，共48根。其中桥面索30 根、人行道索6 根、稳定索12 根。主索采用Ф52—6×37+IWR—1770 钢芯钢丝绳，要求使用前按照设计单索拉力的1.5 倍（约650kN）进行预张拉处理，以基本消除钢丝绳的非弹性变形。

2.3 桥面系设计

全桥从两岸向跨中由疏渐密配置31 根横梁，将全桥分为32 个桥节，每个桥节宽度5～10m 不等，中间稍密，两段渐稀。横梁采用16Mn 钢板焊接而成，断面为工字型，梁高50cm，腹板厚度10mm，翼缘板宽20cm，板厚16mm，梁长13m。由于桥梁跨度较大，为增加桥梁的横向稳定性，横梁设计为倒八字形。

桥梁车行道板及人行道板均采用云南二级以上松木。车行道横桥板尺寸为4900×200×100mm，车行道纵桥板尺寸为4000×230×70mm，人行道板尺寸为1100×250×50mm。为增加车行道板的耐磨性能，车行道板上左右车轮位置增设2 块3mm 厚花纹钢板作为护板，桥梁横断面布置如图2 所示。

图2 桥梁断面布置图（单位：毫米）

2.4 锚碇设计

索道桥的锚碇方式通常有地锚式、重力式、锚杆式、锚索式、组合式等几种。由于本桥桥位区两岸覆盖较厚的第四系松散堆积物，主要为冲积（alQ3～4）漂卵砾石层，故左、右岸锚碇均采用重力式锚碇，利用锚碇与土体的摩擦力平衡主索拉力。两岸锚碇设计尺寸均为：长15m，高9.8m，上部5.8m 高度内宽14m，下部4m 高度内宽16m。锚碇内预设直径为700mm，厚度18mm 的钢管锚梁，锚梁内灌筑C40 混凝土。

锚碇内锚索一端缠绕锚梁两圈后采用8 个绳夹固定，另一端绕过连接调整器后同样采用8 个绳夹固定。由于锚索需连接调整器，而钢芯去除比较困难，故为便于弯折，缠绕钢管的锚索钢丝绳采用Ф54—6×37+FC—1770 的纤维芯钢丝绳。埋入锚碇内的主索、锚索及连接调整器均先涂刷一遍黄油，再用玻璃纤维布缠绕两圈，然后再在表面涂刷一遍黄油，使锚碇内的钢丝绳不与混凝土连接。

3 桥梁运营过程中产生的病害问题

桥梁施工完成时经荷载试验检测，表明桥梁试验时结构处于弹性工作范围，承载力满足设计要求。

桥梁运营后，正处于电站建设的高峰期，桥梁保持长时间持续高强度的运输通行需求。桥梁设计荷载为单车60t，且要求单车、限速10km/h 通行，但实际运营中，同时有2~3 辆重车上桥为常态，且速度基本在20~30km/h。尽管由于索道桥本身的柔性特点，多辆车超速上桥引起桥梁大幅度振动，在一定程度上控制了车辆的数量及运行速度，但超速、超载情况仍然比较严重。

在此运营条件下，桥梁一直存在局部螺栓脱落，桥面钢板局部翘起、破损开裂等问题，需要不断小修养护。运营一年以后，桥梁病害明显，行车舒适度及行车安全均存在一定隐患，需进行大修整治。

3.1 桥面系病害

3.1.1 钢桥面板病害

设计时为增加行车道板的耐磨性能，在行车道板上左右车轮位置增设2 块花纹钢板作为护板。左下沟索道桥及下游施工桥均采用3mm 花纹钢板，运营初期桥面钢板板端便出现了不同程度的卷曲开裂，明显地，螺栓缺失处钢板上翘特别严重，部分车辙处钢板端部出现局部撕裂，如图3 所示。

图3 桥面钢板翘起、开裂

在文献[2]中所调查的索道桥也几乎都出现桥面钢板上翘、螺栓脱落的问题，说明桥面钢板的病害是索道桥的通病。运营中，桥面钢板的耐久性差极大地影响了索道桥的运营舒适度，增加了运营维护费用。

3.1.2 车行道横桥板部分折断

下游施工桥在运营过程中，出现部分行车道横桥板折断的情况，横桥板折断部位沿纵桥向几乎处于一条直线上，折断位置最严重部位位于纵桥向1/3~1/4 跨处，如图4所示。

图4 横桥板折断

横桥板刚度比主索大很多，计算时近似认为主索对横桥板的支承反力大小相等，即横桥板整体下挠，但实际使用中存在横桥板折断的情况，且折断位置基本位于车辙痕迹附近，说明主索受轮压后变形并不一致，车轮作用处主索下挠变形更大。此外，如果钢丝绳初设张拉不到位，非弹性变形未得到消除，在后期运营过程中，车轮荷载作用位置的主索将会产生更多的非弹性变形，从而导致主索在横断面上的挠度不一致，进而导致横桥面板的损坏。

3.1.3 桥面系护板底衬脱落

索道桥车行道桥面的花纹钢板采用螺栓固定，螺栓穿过木桥面板，底部采用厚3mm，宽30mm，长1320mm 的钢板作为护板底衬，以便横桥向连接螺栓，增加桥面系的整体性，如图5 所示。

图5 桥面板构件连接示意图

在桥梁运营过程中，护板底衬出现不同程度的松动脱落，如图6 所示。

图6 护板底衬松动脱落状况

护板底衬脱落的原因，主要是由于索道桥桥面系各构件之间，即：纵、横向桥道板之间，桥面钢护板与行车道板之间，以及行车道板与主索之间均未有紧密连接，整体性不好，主索在荷载作用下产生变形后，容易导致护板底衬脱落。另外，施工时螺帽安装后未拧紧到位，也易导致螺帽松动脱落，从而导致护板底衬脱落。

3.2 主索、横梁的病害

本桥大修时检查，主索未出现断丝、矢度相差大的情况。横梁及锚碇也未出现变形、裂缝等影响运营安全的病害。由此可见，影响索道桥运营舒适度及运营费用的部位，主要是桥面系构件。虽然索道桥的桥面系构件少、重量轻、建设造价较低，但如果设计养护不当，使用过程中经常需要更换维修，也是一笔不小的费用。

4 桥面系整治及改成措施

4.1 桥面钢板

桥面钢板的作用是保护纵桥板，但从实际运营情况看，桥面钢板对车轮荷载起到一定的扩散作用。目前花纹钢板的厚度大多根据设计院经验习惯确定，文献[4]采用3mm，文献[5]采用6mm，文献[6]采用5mm，统计常规厚度采用3～6mm。本桥及左下沟索道桥采用3mm 钢板，在运营初期就出现翘曲问题，说明较薄的钢板在车辆荷载下更容易出现病害，进而降低了桥面板的使用性能。

下游施工桥在维修治理时，更换所有车行道桥面护面钢板，并增加花纹钢板的厚度至6mm。整治后，在加强运营管理的情况下，桥梁运营了近4 年，花纹钢材出现病害的情况大幅度降低。虽然仍有钢板局部翘曲等情况，但经局部修补即可。

4# 临时桥及6# 临时桥设计时采用了6mm 花纹钢板，运营时业主安排专人管理，基本按照设计要求单车限速通行。运营近2 年后，桥面钢板翘曲、撕裂的情况基本很少，只在局部螺栓脱落处出现了钢板局部翘曲的情况，如图7 所示。

图7 4# 临时桥桥面钢板

因此，设计时可适当加厚桥面钢板的厚度，建议采用6～8mm，并尽量按照单车、限速的要求运行，对索道桥的运营状况改善最为有利。

4.2 桥面板

下游施工桥在大修时对主索矢度及变形进行过检查，未发现主索间矢度不一致的情况，因此大修时只是更换了损坏的桥面板。

由于电站内索道桥使用年限多为5～6 年左右，木桥面板具有材料轻、能很好地适应桥梁变形、对钢丝绳磨损较小的优势，因此仍广泛采用。从木桥面板的破坏形式来看，为减少桥面板病害，一方面可提高其自身刚度，进一步协调多根主索同时受力；另一方面，应加强对主索初始张拉的控制及架设后的调索，减少主索非弹性变形。黄绍金，刘陌生指出，220～280m 跨度范围内，主索矢度的允许误差为±7cm。

此外，可采取构造措施增加桥面系的整体性，将桥面钢板、固定螺栓及护板底衬相互焊接，同时桥面钢板的纵向分块长度不宜太大，可采用50～75cm，也有利于减少桥面板断裂病害。

5 结论

通过对典型索道桥的设计以及后期运营过程中发现的病害治理，对比另外两座同类桥梁运营后状况，总结得出以下关于索道桥的设计经验，可为后期同类型索道桥的设计、施工和管理提供一定参考：

①对于桥梁运营强度大、使用年限较长时，可适当增加车行道桥面钢护板厚度或考虑采用钢桥面板替代木桥面板。②索道桥桥面系整体性较差，车辆荷载作用下桥面变形大，设计时应考虑采取措施增大桥面整体性：如采用适当增大护板底衬的厚度，或将螺栓底部螺帽与护板底衬焊接，以增强护板底衬对螺栓的横向连接作用等措施。③索道桥主索的初始张拉及架设时的矢度调整至关重要，施工时应加强质量控制，必须按照设计要求进行初始张拉，且施工时矢度调整必须到位，尽量保证主索矢度的一致性。④索道桥的运营管理对索道桥的使用寿命及运行安全影响较大，若通行车辆长期超速、超载行驶，将对桥面系构件造成较大的不利影响，因此应重视索道桥的运营管理工作。