南京长江第二大桥南汊桥斜拉索制作和防护的质量控制

1、南京长江第二大桥南汊桥斜拉索制作和防护的质量控制（一） 摘要：本文详细阐述了平行钢丝索工厂制作、现场修补和永久防护的 质量控制的方法。通过对斜拉索的技术特点和施工方法的分析。提出 在斜拉索创作、修补及防护过程中容易出现的质量问题和质量控制的 要点。关键词：斜拉索制作修补防护质量控制一、引言在历史上，初始的斜拉索曾采用铁链、铁连杆来制作拉索，但这种做 法，在当今已完全不可取。现代斜拉索全部使用高强度钢筋、钢丝或 钢绞线制作拉索。当代斜拉桥对拉索的要求更高，几乎一律使用高强 度的钢丝或钢绞线制作拉索，轧制的粗钢筋已被淘汰。拉索的防护手 段，随着材料和工艺的进步，也日趋简单有效。经过数十年的不断创

2、新和淘汰，目前我国常用的拉索系统主要有以下两种，一种是用热挤 高密度聚乙烯（PE）防护的平行钢丝索配以环氧冷铸墩头锚系统，另 一种是用热挤 PE 防护的单股绞线组成平行的绞线索，两端用不同于一 般预应力钢绞线的特殊的夹片锥形成群锚系统。在这两种斜拉索中， 我国绝大多数斜拉索采用的是平行钢丝索。70 年代，由前联邦德国 Leonhardt 教授和瑞士的 BBR 公司研制的 HiAm （HighAmplitude）耐咼应力幅锚具问世。由于这种锚具具有很咼的抗 疲劳能力，日本在引进了 BBR 公司的 HiAm 锚具的同时，进一步发展了 平行钢丝索的生产技术，热挤PE防护的平行钢丝索就是首创于日本.我

3、 国在修建东营黄河桥时，首次从日本进口了这种拉索。在我国的斜拉 桥建设中，早期拉索均在施工现场手工制作，经过各方位或努力，已 逐步走上了机械化、专业化、工厂化制索的道路。现在，设计单位只 要很畅设计需要，选用合适规格型号的拉索和锚具，就可直接到工厂 订货。平行钢丝索是将若干根钢丝平行并拢，同心同向作轻度扭绞，扭绞角24，再用包带扎紧，最外层直接挤裹PE护套作防护，这种索挠曲 性能好，可以盘绕，具备长途运输的条件，宜于在工厂中机械化生产。 目前平行钢丝索普遍使用彷5或彷7钢丝制作，要求钢丝的抗拉强度不 低于l600MPa。斜拉索防腐问题，从斜拉桥诞生起就一直是人们关注的 问题，脱胎于电线技术的热

4、挤PE防护的方法至今已经历了二十余年的考验，至今还没有发现什么问题。每一根斜拉索，都包括钢索和锚具两大部分。平 行钢丝索由于可以在工厂内制作并配装锚具，不仅质量得到保证，而 且极大地简化了施工现场的工作。冷铸墩头锚是在锚杯锥形腔的后部 设一块钢丝定位板，钢索中的钢丝通过锚杯后，再各各穿过定位板上 的对应孔眼，墩头就位，锚杯中的空隙，用特制的环氧混合料填充， 环氧固化后，即和锚杯中的钢丝结合成一个整体。环氧混凝合料中必 须加入锈钢丸，铸钢丸在混合料中形成承受荷载的构架，使钢丝获得 锚固。由于环氧混合料的固化温度不超过180C，相对于450C高温下 浇注的热铸锚而言，就被称为冷铸锚，由于钢丝的末端

5、均被墩粗，所 以称这种锚具为冷铸墩头锚或冷铸锚。配装冷铸锚的拉索具有优异的抗疲劳性能，其耐疲劳应力幅达到200 250MPa,完全能满足斜拉桥的要求。本世纪最大跨度的斜拉桥-主跨 890m的多多罗大桥就是用394丝7的平行钢丝索。本文结合南京长江第二大桥南汊桥斜拉桥制作和防护的监理工作，详 细阐述了平行钢丝索工厂制作、现场修补和永久防护的质量控制的方 法。通过对斜拉索的技术特点和施工方法的分析，提出在斜拉索制作、 修补及防护过程中容易出现的质量问题和质量控制的要点。二、工程概况 南京长江第二大桥南汊桥横跨南京市和八卦洲岛之间的长江江面，是 一座双索面五孔连续钢箱梁斜拉桥，中跨628m,边跨24

6、6.5m + 58.5m。索塔为上塔柱平行分离的倒Y形混凝土塔，塔总高195.41m,上塔柱为 斜拉索锚固区。主梁采用宽37.2m、高3.5m的扁平全焊钢箱梁。本桥所有斜拉索均为外裹PE的高强度平行钢丝索，最大拉索钢丝根数 为265丝，长335.8m,重24.4t。斜拉索采用空间双索面扇形索布置, 全桥共160根索，主梁上标准索距为15m，辅助跨为12m，斜拉索在 塔上的锚固间距为1.752.5m。斜拉索采用直径7mm的高强度低松弛 镀锌钢丝，钢索断面呈正六角形紧密排列，经左旋轻度扭绞而成，两 端配以冷铸锚，一端为固定端锚具，另一端为张拉端锚具，塔端为张 拉端，梁端为固定端。全桥斜拉索共有五种

7、类型，与斜拉素类型对应， 冷铸锚有五种规格，分别为：LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、 LM7-265，全桥共用冷铸锚具320套。斜拉索的防腐设计为内层黑色 PE、外层白色PE，在斜拉索制作过程中一次热挤成形，黑色PE采用德 国进口材料，彩色 PE 为进口原料，国内混料加工造粒。接拉索规格不 同，黑色PE的厚度由7.49.2mm不等，灰白色PE厚度均为2.5mm。 为了减轻斜拉索的振动，在塔上设置减振橡胶块，在梁上设置减振阻 尼器。南京长江第二大桥建设指挥部委托铁道部科学研究院工程监理部为南 京长江第二大桥斜拉索制作和防护工程的监理单位。三、原材料的质量控制1.高

8、强镀锌钢丝 制造斜拉索的钢丝的尺寸、外形、重量、力学性能以及化学成分的要 求应符合桥梁缆索用热镀锌钢丝(GB/T17101-1997)的规定，在交 货的成品钢丝中，不得有任何形式的接头。南京长江第二大桥南汊桥 成品钢丝技术指标。在高强度镀锌钢丝生产过程中，监理工程师对盘条的力学性能和化学 成分试验、钢丝生产过程及制造厂家成品钢丝各种性能指标的自检进 行旁站。同时，在生产现场按 20的频数对钢丝的全部性能指标随机 进行监理平行检验，全桥共用钢丝 2060.72t、 2097 盘，监理工程师对 4 9 7盘钢丝进行了检验，有3 6盘被判为不合格产品。2.冷铸锚具斜拉索冷铸锚的锚杯和螺母采用35Cr

9、Mo锻钢，锚具在表面镀锌前必须 逐个按锻轧钢捧超声波检验方法(GB/TI4162-91)B级探伤。规格 相同的锚具部件，应具有互换性。锚杯和螺母的制作工艺是按下列程序进行的：下料T锻造T粗车T热处 理T超声波探伤T精车T钳作T磁粉探伤T镀锌T检验T成品入库。从 下料到超声波探伤这些工序是在锻件供货单位 上海动力设备有限 公司锻造分厂进行的，其余各工序则在上海浦东缆索有限公司完成。 上海浦江缆索有限公司对锻件首先进行材质分析和机械性能试验，而 后再进行超声波探伤。在生产厂家超声波探伤合格的基础上，监理工 程师按 20的频数进行超声探伤的平行检验，本项目包括试验索用锚 具其 326 套，监理随机抽

10、检 121 套，全部合格。3其他材料监理工程师对PE、冷铸填料、密封料、绕包带的质保资料进行审查， 同时对 PE 的各种材料试验进行旁站。四、斜拉索制作的质量控制1斜拉索的试制和试验斜拉索在成批生产前，应就材料、配方、工艺和制作程序进行试制， 并进行静载试验。试验如达不到合格标准，应分析查明其原因，检验 材料质量，采取相应的调整工艺的措施，重新进行试验，直至符合规 定要求。在静载试验中，主要考查斜拉索的破断荷载、破断延伸率和 抗拉弹性模量。由于各根单丝的强度很难完全相同，斜拉索的拉力， 也不一定正好均匀分配给各根钢丝，一旦索中钢丝开始断裂，斜拉索 的强度也就达到极限。所以，斜拉索的破断荷载不可

11、能等于索中各根 钢丝拉力的总和即斜拉索的实际破断荷载总是稍低于公称被断索力， 此处公称破断索力为斜拉索公称截面和钢丝标准强度的乘积。实际破 断索力和公称破断索力之比，称为斜拉索的效率系数。斜拉索的弹性 模量，受索中各根钢丝集合形式的影响。平行钢丝索是由若干单丝集 合绞制而成，斜拉索受拉后，除索中单丝的弹性伸长外，还有集合构 造的变形，因此，平行钢丝索的弹性模量，普遍低于单丝的弹性模量。 由于平行钢丝索单丝集合的构造比较简单，扭绞角不超过 4，所以其 弹性模量不低于单丝弹性模量的 95。本项目一共做了 3根斜拉索的静载试验，试验索的规格分别为彷7*139、 彷7*199、彷7*265。试验索的制

12、作满足斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条 件（JT/T6-94）和设计图纸的要求，试件的自由长度（不包括锚固长 度的钢丝长度）不短于3m。对于静载试验索，其被断荷载应不小于组 成斜拉索的钢丝标称破断荷载的95，其静载破断延伸率应不小于2 抗拉弹性模量应不小于190000Mpa,斜拉索经试验应在钢索部分破断， 不得在锚具中拨出，断丝率不大于 5%。本项目 3 根试验索全部技术性 能指标都能够满足设计要求。在静载试验成功和制造厂家提交了经国家质检部门认可的由139265 丝彷7组成的钢丝束疲劳试验资料的基础上，监理会同有关人员对“南 京长江第二大桥南汊桥斜拉索制造工艺文件”进行了审查。2.斜拉索的制作（1

13、）绞制、绕包、挤塑和切断根据索长进行配长下料，把下料好的钢丝放人储线架，配以一定的牵 引速度、绕笼转速及绕包转速进行绞制和饶包。钢丝束应同心左向绞 合而成，最外层钢丝绞合角为 305。绕包单层重叠宽度不小于带 宽的1/3。斜拉索全部护层厚度偏差控制在（+1.0, -0.5） mm,外层彩 色PE厚度为2.50.5mm。在每根索的切断处做切断标记，按切断标记 位置进行切割。制成的钢索中应确保钢丝无接头、无机械损伤、符合 长度要求及包扎定形要求防护层不应有断裂、裂纹和刻痕。在这一工序,随着斜拉索直径增大,容易出现两个问题,一个是由于PE自重的影响，PE防护层厚度容易产生局部不均匀、偏心现象。另一

14、个是在统制后和挤塑前,如果生产设备致使斜拉索的回转半径较小, 容易产生索股的变形。监理工程师在生产过程中对PE层厚度进行了随 机抽查。（2）冷铸锚的铸造 注意保证钢丝的墩头质量，墩头不得有横向裂纹。冷铸材料配料应准 确，每个冷铸锚的冷铸料在浇铸时必须同时制作三个试件（试件规格 30mm*30mm*30mm），试件强度在常温下应14MPa。加温固化应严 格控制程度、温度和时间。在这一工序的生产过程中，监理工程师重点对钢丝墩头裂纹情况、冷 铸料强度和锚具的密封情况进行了随机抽查，在 160 根索中共抽查了 38 根索，全部钢丝墩头没有发现裂纹，锚具的密封处理都能够符合设 计要求，冷铸料强度的平均值

15、为156.5MPa，但冷铸料强度的离散性较 大。（3）预张拉测锚板回缩值和索长 使若干根制好锚的斜拉索通过连接部件相连，在拉索两端锚具铸体表 面取三个不在同一直线上的点，用深度游标卡尺测其距锚杯端面的深 度，作好记录和油漆标记。对斜拉索施加1.4 倍的设计荷载的预张拉完 毕后，复测三点标记处的深度，前后差的平均值作为该锚具的锚板回 缩值，锚板回缩值应不大于5mm。在超张拉卸载至仅剩20%时，用精度为1 / 5000的50m钢卷尺.在钢尺的两端施加50N的力，测量拉索 长度，再换算为设计条件下的索长，长度偏差4L应符合以下规定： AL20mm （索长 L100m），AL0.0002L （索长 L100m）。 在这一工序的生产过程中，监理工程师在制造厂家自检的基础上，对 锚板回缩值、斜拉索长度进行了随机抽查，在 160 根斜拉索中共抽查 38 根索，斜拉索长度和钱板回缩值全部符合设计的要求，张拉端和锚 固端锚板回缩值的平均值分别为1.2