南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護的質(zhì)量控制

1、南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護的質(zhì)量控制（一） 摘要：本文詳細闡述了平行鋼絲索工廠制作、現(xiàn)場修補和永久防護的 質(zhì)量控制的方法。通過對斜拉索的技術(shù)特點和施工方法的分析。提出 在斜拉索創(chuàng)作、修補及防護過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題和質(zhì)量控制的 要點。關(guān)鍵詞：斜拉索制作修補防護質(zhì)量控制一、引言在歷史上，初始的斜拉索曾采用鐵鏈、鐵連桿來制作拉索，但這種做 法，在當今已完全不可取?，F(xiàn)代斜拉索全部使用高強度鋼筋、鋼絲或 鋼絞線制作拉索。當代斜拉橋?qū)鞯囊蟾?，幾乎一律使用高?度的鋼絲或鋼絞線制作拉索，軋制的粗鋼筋已被淘汰。拉索的防護手 段，隨著材料和工藝的進步，也日趨簡單有效。經(jīng)過數(shù)十年的不斷創(chuàng)

2、新和淘汰，目前我國常用的拉索系統(tǒng)主要有以下兩種，一種是用熱擠 高密度聚乙烯（PE）防護的平行鋼絲索配以環(huán)氧冷鑄墩頭錨系統(tǒng)，另 一種是用熱擠 PE 防護的單股絞線組成平行的絞線索，兩端用不同于一 般預應力鋼絞線的特殊的夾片錐形成群錨系統(tǒng)。在這兩種斜拉索中， 我國絕大多數(shù)斜拉索采用的是平行鋼絲索。70 年代，由前聯(lián)邦德國 Leonhardt 教授和瑞士的 BBR 公司研制的 HiAm （HighAmplitude）耐咼應力幅錨具問世。由于這種錨具具有很咼的抗 疲勞能力，日本在引進了 BBR 公司的 HiAm 錨具的同時，進一步發(fā)展了 平行鋼絲索的生產(chǎn)技術(shù)，熱擠PE防護的平行鋼絲索就是首創(chuàng)于日本.我

3、 國在修建東營黃河橋時，首次從日本進口了這種拉索。在我國的斜拉 橋建設中，早期拉索均在施工現(xiàn)場手工制作，經(jīng)過各方位或努力，已 逐步走上了機械化、專業(yè)化、工廠化制索的道路?，F(xiàn)在，設計單位只 要很暢設計需要，選用合適規(guī)格型號的拉索和錨具，就可直接到工廠 訂貨。平行鋼絲索是將若干根鋼絲平行并攏，同心同向作輕度扭絞，扭絞角24，再用包帶扎緊，最外層直接擠裹PE護套作防護，這種索撓曲 性能好，可以盤繞，具備長途運輸?shù)臈l件，宜于在工廠中機械化生產(chǎn)。 目前平行鋼絲索普遍使用彷5或彷7鋼絲制作，要求鋼絲的抗拉強度不 低于l600MPa。斜拉索防腐問題，從斜拉橋誕生起就一直是人們關(guān)注的 問題，脫胎于電線技術(shù)的熱

4、擠PE防護的方法至今已經(jīng)歷了二十余年的考驗，至今還沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。每一根斜拉索，都包括鋼索和錨具兩大部分。平 行鋼絲索由于可以在工廠內(nèi)制作并配裝錨具，不僅質(zhì)量得到保證，而 且極大地簡化了施工現(xiàn)場的工作。冷鑄墩頭錨是在錨杯錐形腔的后部 設一塊鋼絲定位板，鋼索中的鋼絲通過錨杯后，再各各穿過定位板上 的對應孔眼，墩頭就位，錨杯中的空隙，用特制的環(huán)氧混合料填充， 環(huán)氧固化后，即和錨杯中的鋼絲結(jié)合成一個整體。環(huán)氧混凝合料中必 須加入銹鋼丸，鑄鋼丸在混合料中形成承受荷載的構(gòu)架，使鋼絲獲得 錨固。由于環(huán)氧混合料的固化溫度不超過180C，相對于450C高溫下 澆注的熱鑄錨而言，就被稱為冷鑄錨，由于鋼絲的末端

5、均被墩粗，所 以稱這種錨具為冷鑄墩頭錨或冷鑄錨。配裝冷鑄錨的拉索具有優(yōu)異的抗疲勞性能，其耐疲勞應力幅達到200 250MPa,完全能滿足斜拉橋的要求。本世紀最大跨度的斜拉橋-主跨 890m的多多羅大橋就是用394絲7的平行鋼絲索。本文結(jié)合南京長江第二大橋南汊橋斜拉橋制作和防護的監(jiān)理工作，詳 細闡述了平行鋼絲索工廠制作、現(xiàn)場修補和永久防護的質(zhì)量控制的方 法。通過對斜拉索的技術(shù)特點和施工方法的分析，提出在斜拉索制作、 修補及防護過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題和質(zhì)量控制的要點。二、工程概況 南京長江第二大橋南汊橋橫跨南京市和八卦洲島之間的長江江面，是 一座雙索面五孔連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，中跨628m,邊跨24

6、6.5m + 58.5m。索塔為上塔柱平行分離的倒Y形混凝土塔，塔總高195.41m,上塔柱為 斜拉索錨固區(qū)。主梁采用寬37.2m、高3.5m的扁平全焊鋼箱梁。本橋所有斜拉索均為外裹PE的高強度平行鋼絲索，最大拉索鋼絲根數(shù) 為265絲，長335.8m,重24.4t。斜拉索采用空間雙索面扇形索布置, 全橋共160根索，主梁上標準索距為15m，輔助跨為12m，斜拉索在 塔上的錨固間距為1.752.5m。斜拉索采用直徑7mm的高強度低松弛 鍍鋅鋼絲，鋼索斷面呈正六角形緊密排列，經(jīng)左旋輕度扭絞而成，兩 端配以冷鑄錨，一端為固定端錨具，另一端為張拉端錨具，塔端為張 拉端，梁端為固定端。全橋斜拉索共有五種

7、類型，與斜拉素類型對應， 冷鑄錨有五種規(guī)格，分別為：LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、 LM7-265，全橋共用冷鑄錨具320套。斜拉索的防腐設計為內(nèi)層黑色 PE、外層白色PE，在斜拉索制作過程中一次熱擠成形，黑色PE采用德 國進口材料，彩色 PE 為進口原料，國內(nèi)混料加工造粒。接拉索規(guī)格不 同，黑色PE的厚度由7.49.2mm不等，灰白色PE厚度均為2.5mm。 為了減輕斜拉索的振動，在塔上設置減振橡膠塊，在梁上設置減振阻 尼器。南京長江第二大橋建設指揮部委托鐵道部科學研究院工程監(jiān)理部為南 京長江第二大橋斜拉索制作和防護工程的監(jiān)理單位。三、原材料的質(zhì)量控制1.高

8、強鍍鋅鋼絲 制造斜拉索的鋼絲的尺寸、外形、重量、力學性能以及化學成分的要 求應符合橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲(GB/T17101-1997)的規(guī)定，在交 貨的成品鋼絲中，不得有任何形式的接頭。南京長江第二大橋南汊橋 成品鋼絲技術(shù)指標。在高強度鍍鋅鋼絲生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師對盤條的力學性能和化學 成分試驗、鋼絲生產(chǎn)過程及制造廠家成品鋼絲各種性能指標的自檢進 行旁站。同時，在生產(chǎn)現(xiàn)場按 20的頻數(shù)對鋼絲的全部性能指標隨機 進行監(jiān)理平行檢驗，全橋共用鋼絲 2060.72t、 2097 盤，監(jiān)理工程師對 4 9 7盤鋼絲進行了檢驗，有3 6盤被判為不合格產(chǎn)品。2.冷鑄錨具斜拉索冷鑄錨的錨杯和螺母采用35Cr

9、Mo鍛鋼，錨具在表面鍍鋅前必須 逐個按鍛軋鋼捧超聲波檢驗方法(GB/TI4162-91)B級探傷。規(guī)格 相同的錨具部件，應具有互換性。錨杯和螺母的制作工藝是按下列程序進行的：下料T鍛造T粗車T熱處 理T超聲波探傷T精車T鉗作T磁粉探傷T鍍鋅T檢驗T成品入庫。從 下料到超聲波探傷這些工序是在鍛件供貨單位 上海動力設備有限 公司鍛造分廠進行的，其余各工序則在上海浦東纜索有限公司完成。 上海浦江纜索有限公司對鍛件首先進行材質(zhì)分析和機械性能試驗，而 后再進行超聲波探傷。在生產(chǎn)廠家超聲波探傷合格的基礎上，監(jiān)理工 程師按 20的頻數(shù)進行超聲探傷的平行檢驗，本項目包括試驗索用錨 具其 326 套，監(jiān)理隨機抽

10、檢 121 套，全部合格。3其他材料監(jiān)理工程師對PE、冷鑄填料、密封料、繞包帶的質(zhì)保資料進行審查， 同時對 PE 的各種材料試驗進行旁站。四、斜拉索制作的質(zhì)量控制1斜拉索的試制和試驗斜拉索在成批生產(chǎn)前，應就材料、配方、工藝和制作程序進行試制， 并進行靜載試驗。試驗如達不到合格標準，應分析查明其原因，檢驗 材料質(zhì)量，采取相應的調(diào)整工藝的措施，重新進行試驗，直至符合規(guī) 定要求。在靜載試驗中，主要考查斜拉索的破斷荷載、破斷延伸率和 抗拉彈性模量。由于各根單絲的強度很難完全相同，斜拉索的拉力， 也不一定正好均勻分配給各根鋼絲，一旦索中鋼絲開始斷裂，斜拉索 的強度也就達到極限。所以，斜拉索的破斷荷載不可

11、能等于索中各根 鋼絲拉力的總和即斜拉索的實際破斷荷載總是稍低于公稱被斷索力， 此處公稱破斷索力為斜拉索公稱截面和鋼絲標準強度的乘積。實際破 斷索力和公稱破斷索力之比，稱為斜拉索的效率系數(shù)。斜拉索的彈性 模量，受索中各根鋼絲集合形式的影響。平行鋼絲索是由若干單絲集 合絞制而成，斜拉索受拉后，除索中單絲的彈性伸長外，還有集合構(gòu) 造的變形，因此，平行鋼絲索的彈性模量，普遍低于單絲的彈性模量。 由于平行鋼絲索單絲集合的構(gòu)造比較簡單，扭絞角不超過 4，所以其 彈性模量不低于單絲彈性模量的 95。本項目一共做了 3根斜拉索的靜載試驗，試驗索的規(guī)格分別為彷7*139、 彷7*199、彷7*265。試驗索的制

12、作滿足斜拉橋熱擠聚乙烯拉索技術(shù)條 件（JT/T6-94）和設計圖紙的要求，試件的自由長度（不包括錨固長 度的鋼絲長度）不短于3m。對于靜載試驗索，其被斷荷載應不小于組 成斜拉索的鋼絲標稱破斷荷載的95，其靜載破斷延伸率應不小于2 抗拉彈性模量應不小于190000Mpa,斜拉索經(jīng)試驗應在鋼索部分破斷， 不得在錨具中撥出，斷絲率不大于 5%。本項目 3 根試驗索全部技術(shù)性 能指標都能夠滿足設計要求。在靜載試驗成功和制造廠家提交了經(jīng)國家質(zhì)檢部門認可的由139265 絲彷7組成的鋼絲束疲勞試驗資料的基礎上，監(jiān)理會同有關(guān)人員對“南 京長江第二大橋南汊橋斜拉索制造工藝文件”進行了審查。2.斜拉索的制作（1

13、）絞制、繞包、擠塑和切斷根據(jù)索長進行配長下料，把下料好的鋼絲放人儲線架，配以一定的牽 引速度、繞籠轉(zhuǎn)速及繞包轉(zhuǎn)速進行絞制和饒包。鋼絲束應同心左向絞 合而成，最外層鋼絲絞合角為 305。繞包單層重疊寬度不小于帶 寬的1/3。斜拉索全部護層厚度偏差控制在（+1.0, -0.5） mm,外層彩 色PE厚度為2.50.5mm。在每根索的切斷處做切斷標記，按切斷標記 位置進行切割。制成的鋼索中應確保鋼絲無接頭、無機械損傷、符合 長度要求及包扎定形要求防護層不應有斷裂、裂紋和刻痕。在這一工序,隨著斜拉索直徑增大,容易出現(xiàn)兩個問題,一個是由于PE自重的影響，PE防護層厚度容易產(chǎn)生局部不均勻、偏心現(xiàn)象。另一

14、個是在統(tǒng)制后和擠塑前,如果生產(chǎn)設備致使斜拉索的回轉(zhuǎn)半徑較小, 容易產(chǎn)生索股的變形。監(jiān)理工程師在生產(chǎn)過程中對PE層厚度進行了隨 機抽查。（2）冷鑄錨的鑄造 注意保證鋼絲的墩頭質(zhì)量，墩頭不得有橫向裂紋。冷鑄材料配料應準 確，每個冷鑄錨的冷鑄料在澆鑄時必須同時制作三個試件（試件規(guī)格 30mm*30mm*30mm），試件強度在常溫下應14MPa。加溫固化應嚴 格控制程度、溫度和時間。在這一工序的生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師重點對鋼絲墩頭裂紋情況、冷 鑄料強度和錨具的密封情況進行了隨機抽查，在 160 根索中共抽查了 38 根索，全部鋼絲墩頭沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，錨具的密封處理都能夠符合設 計要求，冷鑄料強度的平均值

15、為156.5MPa，但冷鑄料強度的離散性較 大。（3）預張拉測錨板回縮值和索長 使若干根制好錨的斜拉索通過連接部件相連，在拉索兩端錨具鑄體表 面取三個不在同一直線上的點，用深度游標卡尺測其距錨杯端面的深 度，作好記錄和油漆標記。對斜拉索施加1.4 倍的設計荷載的預張拉完 畢后，復測三點標記處的深度，前后差的平均值作為該錨具的錨板回 縮值，錨板回縮值應不大于5mm。在超張拉卸載至僅剩20%時，用精度為1 / 5000的50m鋼卷尺.在鋼尺的兩端施加50N的力，測量拉索 長度，再換算為設計條件下的索長，長度偏差4L應符合以下規(guī)定： AL20mm （索長 L100m），AL0.0002L （索長 L100m）。 在這一工序的生產(chǎn)過程中，監(jiān)理工程師在制造廠家自檢的基礎上，對 錨板回縮值、斜拉索長度進行了隨機抽查，在 160 根斜拉索中共抽查 38 根索，斜拉索長度和錢板回縮值全部符合設計的要求，張拉端和錨 固端錨板回縮值的平均值分別為1.2