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主缆检查的那些事​——悬索桥主缆检查的现状、问题和建议

作者:文/中交公路规划设计院有限公司 李鹏 于奇 何少阳 周波 来源:中国公路 时间:2020-05-12

主缆是悬索桥的主要承重构件。随着我国早期建造的一批大跨度悬索桥相继进入病害高发期,主缆涂装体系也暴露出一些问题,主缆钢丝开始锈蚀。因此主缆的特殊检查显得十分重要。笔者重点以国内几座大桥的主缆检查情况为例,介绍主缆检查的现状、问题和建议,并探讨了国外先进技术在国内落地的情况和对策。

主缆,是悬索桥中主要的、暴露在户外的、不可更换的、几乎不可加固的金属构件。腐蚀是其最大的、也是不可避免的问题。目前,国内没有关于主缆的专项养护与评定标准,通常执行的是《公路桥涵养护规范》及《公路桥梁技术状况评定标准》。NCHRP-534报告是关于主缆而且是平行钢丝索股的专项检查指南,因此对于主缆的检查与评估,更加专业和更具深度。

什么是NCHRP-534

美国国家合作公路研究计划(NCHRP)2004年发布的534报告,是关于平行钢丝主缆的专业检查评估指南,也是目前国际上广泛认可的主缆检查与评估方法。内容包括打开并楔入主缆,进行检查并建立主缆的剩余强度估算模型,主缆首次检查时间及频次,检查位置及取样规则等,以便于从试验结论中获得相对准确的主缆强度统计分析数据。

英国在福斯桥上完整的依照NCHRP-534指南进行主缆检查,发现了较严重的问题,随即采取抢救措施,通过增加主缆除湿系统、改造主缆密封等措施,历经10年、3次大规模检查验证,暂时缓解了主缆的腐蚀趋势。截至目前,英国及欧洲的绝大多数大跨度悬索桥已完成至少一次的主缆检查与评估。

国内主缆检查结果各桥各异

随着桥梁服役时间逐年增加,主缆的特殊检查成为越来越强烈的需求。工作人员主要参考美国NCHRP-534指南,对国内早期特大型悬索桥率先进行主缆特殊检查后,发现主缆均出现了一些问题,基本与国外主缆检查情况相同,检查结果呈现出各桥各异的现象。

我国悬索桥建设时间较晚,大跨度悬索桥更是20世纪90年代末才起步,从《公路桥涵养护规范》及《公路桥梁技术状况评定标准》发布的时间看,国内从2011年以后才开始比较规范地要求主缆检查工作。

按规范,主缆的经常检查、定期检查均正常开展,工作多表现为主缆的外观,以及涂层病害检查,受检查条件制约,绝大多数检查仅限于主缆上表面人员可到达区域。因此,随着桥梁服役时间逐年增加,主缆的特殊检查成为越来越强烈的需求。国内早期特大型悬索桥率先进行了主缆特殊检查,主要参考美国NCHRP-534指南进行,例如江阴大桥、海沧大桥、虎门大桥、宜昌大桥等,截至完工时,这些大桥分别是我国第一座主跨超千米的钢箱梁悬索桥、第一座特大型三跨钢箱梁悬索桥、第一座特大型钢箱梁悬索桥、第一座完全自主设计实施的特大型悬索桥。主缆服役十多年后,不可避免地出现了一些问题,基本与国外主缆检查情况相同,检查结果如表2所示。


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在对虎门大桥和宜昌大桥进行主缆内部短期监测时,发现主缆内部的腐蚀环境恶劣,主要是空气相对湿度指标严重超标,长期维持在80%甚至90%以上。

从几座桥的调研情况可知,主缆腐蚀现象有内外层不同、内外侧不同、上下游不同、中边跨不同的特点,与主缆防腐涂层材料密切相关,与主缆密封程度密切相关,外1层钢丝腐蚀与腻子材料密切相关,内层钢丝腐蚀与主缆内部环境密切相关且与主缆外部境相关。

根据国内外主缆腐蚀研究的成果分析,主缆钢丝的腐蚀问题应得到充分重视,因其产生腐蚀后不容易被发现,同时钢丝镀锌层的损坏暴露了基部金属,加强了钢丝的氢脆性;腐蚀产物具有吸湿性,增加了金属表面的湿度;腐蚀产物易被化合物侵蚀,水分更增强了钢丝束被环境影响的腐蚀本性。简而言之,主缆钢丝的腐蚀是逐渐加速的,腐蚀发生之前,主缆非常安全,从腐蚀发生起,即进入加速状态,而不是匀速腐蚀状态。这一点,从2004年英国福斯桥的主缆剩余寿命评估中也可以看出。最重要的主缆腐蚀是不可逆过程,至今没有可行的加固方案。

还有一个问题需要解决,主缆是一个从锚固端到锚固端的完整结构,遵循“木桶定律”,检查的点不可能穷尽所有位置,那么,哪里才是主缆的最差位置?目前的解决方案是“尽量多的特征点+大量的实验数据+评估模型+长期多次重复性检查”,耗时、费力,但确是目前唯一可行的方案。

我国主缆养护维修体系亟待建立

目前,国内的主缆检查工作刚起步,现阶段应以“继承式创新”为宗旨,从学习与追赶再到差异化发展,并期待建立我国自己的主缆养护维修体系。

国内的主缆检查工作刚起步,尚不成熟,只是浅浅地利用了先进理论和技术,检查经费、设备、材料、工装等问题都需一点点攻克,距离实现主缆的剩余寿命评估尚有距离,需要得到建设单位和管养单位的支持和重视。现阶段应以“继承式创新”为宗旨,从学习与追赶再到差异化。

每一座悬索桥,因其不同的建设时期,不同的地理位置,不同的管养条件等,会呈现出不同的现象,国内悬索桥的主缆结构已经开始损坏,如果不采取措施,主缆的损坏率将会随时间继续增加。如国内桥梁专家所建议,应该对每一座悬索桥建立一个包括锚碇处索股和锚固结构在内的主缆养护维修系统,目标应放在积极预防而不是消极的弥补上。

南沙大桥已经提出主动防腐的理念,其目的就是强化预防意识。我国已经历了桥梁粗犷式建设时期,进入世界领军者的地位,近几年悬索桥数量猛增,跨度节节攀升,在建及待建悬索桥跨径大大超过了现今中国第一甚至世界第一。建设理念也应该与时俱进,站在世界最前沿看问题,已知的不完善的主缆防腐理念应积极改善,不健全的养护体系应逐步健全。

主缆具有主缆结构损伤变化必须长期跟踪观测和结构连续失效有极大的危险性两个特点。虽然这是全世界都棘手的问题,但是办法总比问题多,重要的事情优先办、集中力量办,一定能够建立我国自己的主缆养护维修体系。


【编辑:任燕 QQ:360638367;TEL:13146474233】
【审核:耿茁、孙婧】

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