鋼絞線斜拉索防護(hù)應(yīng)用分析

李華萍 左海寧 李永合 周俊文 覃巍巍

摘 要：結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鋼絞線斜拉索自由段、過渡段和錨固段三部分的防護(hù)方式進(jìn)行了研究分析，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用分析了各種防護(hù)材料和防腐蝕措施的優(yōu)劣性，以供參考。

關(guān)鍵詞：鋼絞線斜拉索；防蝕；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0148-03

Abstract： Based on the existing technology， the protection methods of free section， transition section and anchor section of steel strand cable are studied and analyzed. At the same time， in combination with the current application， the advantages and disadvantages of various protective materials and anticorrosion measures are analyzed.

Keywords： steel strand stay cable； anticorrosion； application

前言

斜拉索作為斜拉橋的重要受力構(gòu)件，保證其安全可靠具有非常重要的意義。從橋梁的耐久性來說，幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范都對(duì)斜拉橋的使用壽命作了明確的規(guī)定。對(duì)耗費(fèi)大量資金的橋梁投資方來說，斜拉索的設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)盡可能延長(zhǎng)。斜拉索的某些組件可以是短壽命的，比如索導(dǎo)管定位器、減振裝置或防腐蝕涂料，這些組件需要定期的維護(hù)或更換來達(dá)到斜拉索體系的設(shè)計(jì)壽命。對(duì)實(shí)施多層防護(hù)的斜拉索，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)生命周期成本最小化。隨著大跨度斜拉橋的大量建設(shè)，斜拉索的設(shè)計(jì)壽命提高到了100年甚至120年。為了確保橋梁的安全性，斜拉索腐蝕防護(hù)顯得尤為重要。

斜拉索結(jié)構(gòu)通常由自由段、過渡段和錨固段三部分組成，橋梁拉索結(jié)構(gòu)受到腐蝕破壞的主要原因有以下幾方面：HDPE管的損壞；錨頭表面的銹蝕；鋼絲表面銹蝕[1]。筆者結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，對(duì)拉索設(shè)計(jì)采取的防護(hù)方式進(jìn)行了研究分析，供大家探討。

1 自由段的防護(hù)

鋼絞線斜拉索自由段主要由鋼絞線及其保護(hù)層組成。國際斜拉索規(guī)范即國際混凝土協(xié)會(huì)發(fā)布的fib bulletin 30“Acceptance of stay cable system using prestressing steel”、美國的PTI DC45.1-12“Recommendations for stay cable design，testing and installation”和法國的CIP2002“Cable Stay-Recommendation of French intermiinsterial commission on Prestressing”都對(duì)斜拉索主受力筋提出了在設(shè)計(jì)使用壽命期間免受腐蝕的防蝕系統(tǒng)要求。目前，大量的斜拉索均采用整束鋼絞線外加HDPE外護(hù)套管的形式，來形成整個(gè)自由段的四層防護(hù)體系，即鋼絞線上的鍍鋅/環(huán)氧層+油性蠟+鋼絞線熱擠PE護(hù)套+HDPE外護(hù)套（如圖1）。他們的作用分別是：

內(nèi)層鍍鋅/環(huán)氧涂層直接覆蓋鋼絞線，對(duì)鋼絞線起到直接的防腐蝕保護(hù)。

油性蠟作為中間層，填充在鋼絞線和PE護(hù)套之間以及鋼絞線每根鋼絲空隙中，能夠阻止水或水氣通過外層進(jìn)入到內(nèi)層。油性蠟符合 fib bulletin 30中的要求，其性能如表1。

鋼絞線熱擠PE護(hù)套作為第三層防護(hù)，對(duì)油性蠟進(jìn)行包裹和支撐，可以阻止油性蠟直接暴露空氣中，保護(hù)鋼絞線鋅層和油性蠟。

HDPE外護(hù)套采用具有抗紫外線老化性能的材料，同時(shí)外護(hù)套管設(shè)計(jì)有雙螺旋線或凹坑等形式，可以抵抗風(fēng)雨引起的激振，減少振動(dòng)疲勞帶來的拉索損傷。

2 過渡段的防護(hù)

過渡段位于錨固段與自由段之間，HDPE外護(hù)套管與預(yù)埋鋼管的連接，斜拉索減振器及防水罩等結(jié)構(gòu)附件安裝于此，因錨固段和自由段結(jié)構(gòu)不一樣，為了保證整根拉索防腐的連續(xù)性，需解決過渡段的防護(hù)。從應(yīng)用分析來看，除在梁端預(yù)埋管最低點(diǎn)設(shè)置排水孔外，還可以通過以下特殊設(shè)計(jì)有效防止雨水的進(jìn)入。

（1）在橋面預(yù)埋管口設(shè)置防水罩和HDPE連接頭，

HDPE連接頭通過焊接成為外護(hù)套管的有機(jī)組成部分，然后套在防水罩外面，防水罩安座于預(yù)埋管端部，能有效防止外部雨水進(jìn)入預(yù)埋管內(nèi)部。利用整體式鋼質(zhì)防水罩，在防水罩附近的外層鋼絞線位置增加墊套，墊套材料選擇HDPE材料，結(jié)構(gòu)為哈弗扣合式，可以解決鋼絞線振動(dòng)時(shí)若碰到鋼質(zhì)預(yù)埋管和鋼質(zhì)防水罩產(chǎn)生摩擦而造成的直接疲勞損傷。這樣的方式，發(fā)生摩擦損傷時(shí)，可以先消耗墊套，后期維護(hù)發(fā)現(xiàn)墊套破壞可以更換墊套。

（2）預(yù)埋管內(nèi)填充防護(hù)材料。早期的斜拉索一般采用混凝土或水泥漿對(duì)預(yù)埋管進(jìn)行填充，隨著技術(shù)進(jìn)步和新型防護(hù)材料的出現(xiàn)，聚氨酯發(fā)泡劑、防護(hù)油脂等作為灌注料對(duì)預(yù)埋管和拉索之間的空隙進(jìn)行填充[2]，但上述方式都有各自的弊端，如采用混凝土或水泥漿，由于斜拉索振動(dòng)會(huì)破壞填充漿體的完整性，達(dá)不到永久防腐性能，同時(shí)，該方法增加了拉索的更換難度。聚氨酯發(fā)泡劑由于自身孔隙率較大，有一定的吸水性，達(dá)不到密封阻水的效果；而油脂存在高溫性能不穩(wěn)定、易老化變性，鋼網(wǎng)分油量大，易產(chǎn)生泄漏而導(dǎo)致吸收水份，油脂的酸敗變性使得本身有一定的腐蝕性。上述三種方法對(duì)橋梁預(yù)埋管內(nèi)索體都達(dá)不到永久防腐的目的。目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)的灌注油性蠟或不干性防腐密封膠+聚硫防腐密封膠的方法，從材料性能上是滿足填充要求的，但價(jià)格也相當(dāng)?shù)陌嘿F，由于灌注預(yù)埋管內(nèi)用量非常大，僅灌注材料的費(fèi)用就很高，而且應(yīng)用的效果需要時(shí)間來考量。

綜合國內(nèi)外斜拉橋應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，做好斜拉索梁端防水罩的設(shè)計(jì)，規(guī)范安裝，有效防止外部水進(jìn)入拉索索體，梁端預(yù)埋管設(shè)置排水孔，保證排水暢通從而使拉索內(nèi)溫度變化產(chǎn)生的冷凝水及時(shí)排出，保持拉索內(nèi)環(huán)境干燥或低濕度，更方便橋梁運(yùn)營(yíng)期間對(duì)拉索的檢查與保養(yǎng)。

3 錨固段的防護(hù)

錨固段的防護(hù)分為三個(gè)方面來考慮。一是錨具內(nèi)部的密封防護(hù)，二是鋼絞線外露部分的防護(hù)，三是錨具表面的防腐蝕處理。

（1）錨具內(nèi)部的密封需要做到：第一，要求拉索錨具本身具有密封性能，必須設(shè)計(jì)特殊的密封裝置，能夠經(jīng)受fib、CIP、PTI規(guī)范規(guī)定的水密性試驗(yàn)驗(yàn)證[3]。第二，在施工過程中，鋼絞線下料時(shí)，需根據(jù)錨具尺寸、拉索長(zhǎng)度及設(shè)計(jì)索力精確計(jì)算剝除PE防護(hù)鋼絞線HDPE護(hù)套的長(zhǎng)度，保證鋼絞線PE層能進(jìn)入到錨具錨板與密封裝置之間的密封腔內(nèi)。第三，錨具內(nèi)灌注防腐填充料，保證填充飽滿，目前油性蠟為較優(yōu)選擇。

（2）鋼絞線外露部分的防護(hù)，采用在外露鋼絞線表面和錨具端面涂抹一層防腐油脂或噴涂一層油性蠟，再加蓋保護(hù)罩，使之與外部環(huán)境隔離，達(dá)到雙層保護(hù)的目的。

（3）錨具表面的防腐蝕處理，根據(jù)斜拉索使用的環(huán)境，即根據(jù)ISO12944-2規(guī)定腐蝕環(huán)境等級(jí)（C1-極低腐蝕、C2-低度腐蝕、C3-中度腐蝕、C4-高度腐蝕，C5-極高腐蝕）選擇合理的防腐蝕措施，選擇的方式有電鍍鋅、熱浸鋅、粉末滲鋅、電弧噴鋅鋁或鋅和鋅粉加涂料等。這幾種防腐措施用在錨具上有如下特點(diǎn)，電鍍鋅形成的鋅層薄，通常厚度在10～20um，對(duì)夾片和錐孔的配合、螺紋配合沒有影響，但防腐性能稍差；粉末滲鋅和電弧噴鋅鋁（鋅）的附著力較強(qiáng)，可以根據(jù)腐蝕環(huán)境確定厚度，防腐性能較好，但對(duì)螺紋配合影響較大，螺紋部分厚度以80um為宜，采用這兩種方式時(shí)需要適當(dāng)放寬螺紋配合公差，由于這兩種方式的鋅層表面易形成空隙，需要增加噴涂封閉漆工序；另外，錐孔只能采用涂抹防護(hù)油脂的方式防腐。鋅粉加涂料的方式，是將鋅粉與涂料混合，有研究[4]指出，在鋅粉含量為73%～78%時(shí)，涂層的附著力最佳，涂層中鋅粉的陰極防護(hù)作用和涂料的防銹作用能夠很好的兼顧，防護(hù)性能較強(qiáng)，并且厚度可控，有可能取代電鍍鋅成為錨具新的防腐措施。

4 結(jié)束語

（1）油性密封蠟作為斜拉索用防護(hù)材料，可以作為鋼絞線中間層或預(yù)埋管內(nèi)填充材料，防腐性能和應(yīng)用效果較佳，大力推廣使用，而新的材料還有待發(fā)現(xiàn)和在工程應(yīng)用中驗(yàn)證。

（2）錨具表面的防腐處理，從防腐效果、工藝和美觀方面來看，電弧噴鋅鋁（鋅）是目前的較優(yōu)選擇，而鋅粉加涂料的方式在錨具上的應(yīng)用還沒有實(shí)例，需進(jìn)一步研究。

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