在役悬索桥索夹检测及使用现状的评估

刘陶

武汉二航路桥特种工程有限责任公司湖北武汉430063

摘要：以某在役悬索桥索夹作为检测对象，系统开展了对悬索桥索夹表面外观和螺栓轴力检测；根据索夹检测结果，分析了悬索桥索夹病害原因及使用现状，为悬索桥索夹后期养护提供维护建议。

关键词：悬索桥；索夹；检测；使用状况；评估

索夹是悬索桥的主要承重构件，其工作状态直接关系到整座大桥的结构安全。当索夹运营一段时间后由于施工、环境、管养、桥梁运营期间的振动等原因造成索夹锈蚀、索夹内积水、螺栓松动、螺栓轴力减小等严重病害，影响索夹的正常使用。由于目前对在役悬索桥索夹的维护、检测不够重视以及对索夹病害情况掌握甚少，很难反映出索夹的工作状态。为此需对悬索桥索夹进行仔细全面的检测分析，为悬索桥索夹后期养护提供维护建议。

1概述

1.1工程概况

珠江某悬索桥全长1748m，主跨为1108m的单跨钢箱梁悬索桥，桥宽34.5m（不含布索区），跨径布置为290m+1108m+350m=1748m，两边跨均为跨径62.5mPC连续箱桥梁，该桥采用钢丝绳吊索，每侧吊点设2根吊索，吊索与索夹为骑跨式连接，索夹为左右对称布置，通过螺栓横向连接固定。

大桥于2008年建成通车，经过近9年的运营后，于2017年3月份在对该桥的定期检查中发现部分索夹出现锈蚀，索夹环缝及对接缝胶条破损、开裂，索夹内积水，部分螺栓松动及索夹轻微滑动等病害。

为了确保大桥安全运行，过往车辆、行人通行安全，于2018年6月对该桥具有代表性的6个索夹（全桥共174个索夹，1752套螺栓）的表面外观及螺栓轴力进行了专项检测，并根据此次检测结果对整座大桥索夹进行综合评估。

1.2索夹检测目的

通过对悬索桥索夹从表面外观到索夹轴力的检测，并根据检测结果进行综合评估，从而指导全桥索夹缺陷或病害的处置维护方案，对悬索桥索夹维护提出针对性建议。

2索夹检测内容及结果

2.1外观检测

索夹防护涂层是索夹的重要保护体，防护涂层的完好程度直接影响涂层内索夹的病害程度，因此非常有必要对防护涂层表面整体状况进行检测。对本次选择的6个索夹表面整体状况进行认真检测后发现：索夹表面防护涂层老化、剥落，索夹表面锈蚀，环缝及纵缝密封胶条破损开裂，部分索夹纵缝内填充物掏空并存在积水，与2017年定期检查报告进行对比发现病害程度有所加剧。

2.2索夹内积水及湿度检查

为了进一步检测索夹内的积水及空气湿度情况，对本次具有代表性的6个索夹的底面纵缝密封胶条最低处进行开小窗检测，发现其中4个索夹开窗后均有积水流出，且积水量较多。根据流出积水体积测算出积水量已超过索夹内部至少一半空间。对未发现积水流出的两个索夹在索夹底面开窗处作为进气口充入干燥的氮气，从索夹顶面纵缝最高处开出气口，并在出气口处用湿度计检测出口处氮气湿度。检测结果均发现氮气湿度大于相同环境的大气湿度。

2.3索夹螺栓轴力检测

2.3.1轴力检测方法

索夹螺栓轴力的检测，利用螺栓拉伸器对索夹螺栓进行张拉，通过张拉力数值及螺栓拉伸器标定的张拉力计算公式，计算出螺栓的轴力，以达到螺栓轴力检测的目的。索夹轴力检测完成后应对螺栓螺母按原设计值进行紧固处理，以确保索夹螺栓在轴力检测完成后恢复正常的工作状态。具体检测方法如下：

（1）螺栓拉拔套筒安装

检测人员乘坐专用平台靠近索夹后，首先将需要张拉的螺栓防水螺母拆卸下来，利用游标卡尺卡在每根螺栓处的索夹两侧，测量索夹两侧间距并记录在张拉记录表上。然后检查螺栓丝口情况，必要时用脱漆剂脱掉螺杆上的油漆，或用攻丝工具对螺纹重新修复，或者选取螺栓另一端进行张拉。然后依次装入撑脚、千斤顶、锁止螺母，锁止螺母拧入螺纹部分必须超过外露螺纹60%以上。

（2）螺栓轴力检测和紧固

张拉同一索夹螺栓时，应考虑先张螺栓引起的后张螺栓轴力的损失，影响螺栓轴力检测的准确性，因此螺栓须按一定顺序进行，以减少螺栓紧固力损失。（索夹螺栓的编号规则：以桥面侧右上角第一个依次如图所示的顺序进行编号）。

1）同一索夹的螺栓，按由索夹两端向中间的顺序进行检查和紧固，本次检测的索夹最多的螺栓数量有16个，最少的有4个，大于8个螺栓的分两次紧固，第一次紧固8个，第二次紧固剩余的全部螺栓。

2）结合设计参数与张拉设备技术参数，计算好油泵张拉控制力，配合已标定的精密油压表，通过油泵供能，给索夹螺杆施加张拉力。施加张拉力的过程如下：

①张拉分三步进行，分别缓慢施加张拉力至设计轴力的30%，80%，100%，持荷1min，并同时依次检查被拉伸的螺栓螺母，查看是否松动，并记录在张拉记录表上；

②如张拉至设计轴力的100%时被张拉的螺栓螺母均未松动，则此螺栓轴力按设计轴力进行记录；

③如有一个以上螺母松动，则考虑一定的超张拉，将螺栓张拉力张拉至设计轴力的105%，持荷2min后用扭力扳手按设计扭力值紧固所有被张拉的螺栓螺母；

④张拉过程中必须细致记录每根螺栓、每个量程时螺母的紧固情况以及螺栓的有效轴力范围，最终整理出螺栓轴力档案。千斤顶回油锁定张力后，再次利用游标卡尺卡在每根螺栓处的索夹两侧，测量索夹两侧间距离并记录在张拉记录表上；同时复核前后2次长度测量数据，符合规定后方可拆除千斤顶进行下一步的张拉，否则，反复张拉，直至所有数据符合规定。张拉以张拉力为主，螺母间距作为辅助控制参数。

（3）拆除拉拔装置

所有螺栓紧固完成后，油泵卸压并拆除拉拔套筒，装回防水螺母。

索夹螺栓编号示意图

2.3.2索夹轴力检测结果

索夹螺栓轴力检测结果汇总表

通过对索夹螺栓轴力检测结果发现，对所检测的6个索夹螺栓轴力均有较大的损失，轴力损失均超过30%以上。

3检测结果分析

索夹主要病害产生的主要原因如下：

（1）大桥索夹安装使用至今已超过10年，其索夹防护涂层及密封胶条在长期的日照及风雨的侵蚀及其他环境因素下，使得防护涂层老化、剥落、破损，失去索夹体的保护作用。

（2）限于当年悬索桥索夹安装工艺及工人施工水平所限等因素，对索夹的防护施工不到位，造成索夹涂层、纵缝、环缝加速老化、开裂、剥落，进而雨水通过病害部位进入索夹内。

（3）大桥运营期间，风、雨及车辆通行造成的振动及索夹安装施工时索夹轴力未达到设计要求等因素到时索夹螺栓轴力存在明显损失。

4索夹使用现状评估

通过对该悬索桥6个索夹的主要病害进行分析，展开对全桥索夹使用状况的评估。索夹的防护层老化破损，索夹内积水以及轴力损失等病害有加速恶化的趋势，长此以往有造成桥毁人亡的重大安全事故风险。

5维护建议

考虑到该桥当年的建设实际情况，根据本次索夹外观及螺栓轴力的检测结果及长期影响预测，为了确保大桥运营安全，宜尽早开展全桥索夹的维护及螺栓紧固工作。

6结论

本文以某珠江上某悬索桥大桥的6个索夹为研究对象，分别从外观和索夹螺栓轴力的检测，并对检测结果进行原因分析，对全桥索夹安全使用状况的评估，为桥梁后期维护提供建议。

本文形成如下结论：

（1）形成一套悬索桥索夹螺栓轴力检测方法和流程，为类似工程提供借鉴。

（2）归纳总结了悬索桥索夹轴力损失的特点，为其他类似工程的养护提供参考。

（3）悬索桥索夹外观及轴力的检测为索夹后期养护提供维护建议。

参考文献：

[1]铁道部大桥局桥梁科学研究院.悬索桥[M]北京：科学技术文献出版社，2004：176-180

[2]苏善根，大跨径悬索桥技术考察报告[J].公路，2003，（2）：17-24

[3]江苏省交通规划院有限公司.桥梁概念设计[M]

作者简介：

刘陶，男，本科，Email：[e-mail]