南京长江二桥南汊桥斜拉索制作和保护的质量控制。
详细阐述了平行钢丝绳工厂生产、现场修复和永久保护的质量控制方法。通过分析斜拉索的技术特点和施工方法。提出了电缆制造、维修和保护过程中的质量问题和质量控制要点。
一.导言
历史上，最初的斜拉索使用链条和铁连杆来制作斜拉索，但这种做法在今天是完全不能接受的。现代斜拉索都是由高强度钢筋、钢丝或钢绞线制成。当代斜拉桥对拉索的要求更高，几乎所有的拉索都采用高强度钢丝或钢绞线，已经淘汰了轧制的粗钢筋。随着材料和技术的进步，斜拉索的保护手段越来越简单有效。经过几十年的不断创新和淘汰，目前国内常用的电缆系统有两种。一种是采用热挤压高密度聚乙烯(PE)保护的平行钢索与环氧冷铸墩头锚固系统相结合，另一种是采用热挤压PE保护的单股钢绞线形成平行钢绞线，两端采用不同于普通预应力钢绞线的特殊夹锥锚固系统。在这两种斜拉索中，我国绝大多数斜拉索采用平行钢索。
20世纪70年代，由前联邦德国莱恩哈特教授和瑞士BBR公司研制的HiAm(HighAmplitude)高应力抗剪锚具问世。由于其高抗疲劳性，日本从BBR公司引进了HiAm锚具，并进一步发展了平行钢丝绳的生产技术。热挤压pe保护的平行钢丝绳在日本首创。在修建东营黄河大桥时，中国首次从日本进口了这种电缆。在我国的斜拉桥建设中，早期的缆索都是在施工现场手工制作，经过各种努力，已经逐渐走上了机械化、专业化、工厂化缆索制作的道路。现在只要设计单位满足设计需求，选择合适规格的电缆和锚具，就可以直接从工厂订购。
平行钢丝绳是一种钢丝绳，是由若干根钢丝平行并紧靠在一起，略同心同向绞合，绞合角度为2° ~ 4°，然后用包装带扎紧，最外层直接用pe护套包裹保护。这种绳子柔韧性好，可以盘绕，有长距离运输的条件，适合工厂机械化生产。目前平行钢索一般采用φ5或φ7钢丝，要求钢丝抗拉强度不小于l600MPa。自斜拉桥诞生以来，斜拉索的防腐问题一直备受关注。
线材工艺的热挤压PE保护方式，经过20多年的测试，至今没有发现任何问题。每根斜拉索包括两部分:钢索和锚具。平行钢丝绳可以在工厂制造和配备锚具，既保证了质量，又大大简化了施工现场的工作。冷铸墩头锚是在锚杯的锥形空腔后面设置钢丝定位板。钢丝中的钢丝穿过锚杯后，穿过定位板上相应的孔，墩头就位。锚杯内的空隙用特殊的环氧树脂混合物填充，环氧树脂固化后与锚杯内的钢丝结合成一个整体。环氧混凝土中必须加入生锈的钢珠，浇铸的钢珠在混合料中形成承重框架，使钢丝得以锚固。由于环氧混合物的固化温度不超过180℃，与450℃浇注的热铸锚相比，称为冷铸锚。因为钢丝的末端都是粗的，所以叫冷铸墩头锚或冷铸锚。
装有冷铸锚的拉索具有优异的抗疲劳性能，其疲劳应力幅达到200 ~ 250 MPa，完全可以满足斜拉桥的要求。本世纪跨度最大的斜拉桥——多多罗桥，主跨890米，由394根φ7。
本文结合南京长江二桥斜拉桥的监理工作，详细阐述了平行钢丝绳工厂制造、现场修复和永久保护的质量控制方法。通过对斜拉索的技术特点和施工方法的分析，提出了斜拉索在制作、维修和保护过程中容易出现的质量问题和质量控制要点。
二、项目概述
南京长江二桥南汊桥横跨南京和八卦洲岛之间的长江。为双索面五孔连续钢箱梁斜拉桥，中跨628m，边跨246.5 m+58.5 m，桥塔为上塔柱平行分离的倒Y形混凝土塔，总高195.4lm，上塔为斜拉索锚固区。主梁为扁平全焊接钢箱梁，宽37.2米，高3.5米
本桥斜拉索均为PE包裹高强度平行钢丝，斜拉索最大数量为265根，长335.8米，重24.4吨，斜拉索采用空间双索面扇形拉索，全桥共有***160索，主梁上标准索距为15m，副跨为12m。斜拉索在塔上的锚固间距为1.75 ~ 2.5m，斜拉索采用直径为7mm的高强度低松弛镀锌钢丝，钢索紧密排列成正六边形，左旋微扭，两端冷铸锚具，一端固定端锚具，另一端张拉端锚具，塔端张拉端，梁端固定端锚具。全桥有五种斜拉索，与斜拉索的类型相对应，冷铸锚有五种规格，分别是LM7-139、LM7-163、LM7-199、LM7-241、LM7-265。斜拉索的防腐设计是内层黑色PE，外层白色PE。在拉索的制造过程中，拉索是通过热挤压一次成型的。黑色PE采用德国进口材料，彩色PE为进口原料。将国产材料混合并造粒。斜拉索规格不同，黑色PE厚度从7.4~9.2mm到9.2mm不等，灰色PE厚度为2.5 mm，为了减少斜拉索的振动，在塔架上安装阻尼橡胶块，在横梁上安装阻尼阻尼器。
南京长江二桥建设指挥部委托铁道部科学研究院工程监理部作为南京长江二桥斜拉索制作和保护的监理单位。
三、原材料的质量控制
1.高强度镀锌钢丝
制造斜拉索用钢丝的尺寸、形状、重量、力学性能和化学成分的要求应符合《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T 17101-1997)的规定，交付的成品钢丝不应有接头。南京长江二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，监理工程师旁站检测盘条的力学性能和化学成分，钢丝的生产工艺以及生产厂家对成品钢丝各项性能指标的自检。同时，在生产现场，钢丝的各项性能指标由主管按照20%的频率平行抽查。全桥用钢丝2060.72t，2097卷，监理工程师检验钢丝497卷，判定不合格品36卷。
2.冷铸锚具
斜拉索冷铸锚具的锚杯和螺母采用35CrMo锻钢制成，锚具在表面镀锌前必须按《锻钢棒超声波探伤》B级探伤方法(GB/TL 4162-91)逐根检验。相同规格的锚固构件应可互换。
锚杯螺母的制造工艺按以下程序进行:下料→锻造→粗车→热处理→超声波探伤→精车→装夹→磁粉探伤→镀锌→检验→成品入库。从下料到超声波探伤的工序在锻件供应商上海电力设备有限公司锻造分公司进行，其他工序在上海浦东电缆有限公司完成，上海浦江电缆有限公司首先对锻件进行材料分析和机械性能测试，然后进行超声波探伤。在厂家超声波探伤合格的基础上，监理工程师以20%的频率进行超声波探伤平行检验。本工程包括测试索锚具326套，监理抽查121套，全部合格。
3.其他材料
监理工程师检查pe、冷铸填料、密封材料、包装带的质保资料，同时进行PE的各种材料试验。
四、斜拉索制造的质量控制
1.斜拉索的试制和测试
斜拉索批量生产前，应对材料、配方、工艺和生产程序进行试制，并进行静载试验。如果试验达不到合格标准，应分析并找出原因，检查材料质量，采取相应措施调整工艺，重新进行试验，直至符合规定要求。静载试验主要研究斜拉索的断裂荷载、断裂伸长率和拉伸弹性模量。因为每根单丝的强度很难完全相同，所以拉索的张力不一定均匀分布到每根钢丝上。一旦拉索中的钢丝开始断裂，拉索的强度就会达到极限。因此，斜拉索的破断荷载不可能等于拉索中每根钢丝的拉力之和，即斜拉索的实际破断荷载总是略低于名义破断索力，其中名义破断索力是斜拉索名义截面与钢丝标准强度的乘积。实际破断拉力与名义破断拉力的比值称为斜拉索的效率系数。斜拉索的弹性模量受拉索中每根钢丝的装配形式影响。平行钢丝绳是由几根单丝组装而成的。拉索被拉后，除了索中单丝的弹性伸长外，还有组装结构的变形。所以平行钢丝绳的弹性模量一般低于单丝。由于平行钢丝绳单丝组件结构相对简单，且捻角小于4°，其弹性模量不小于单丝的95%。
本工程对三根斜拉索进行静载试验，试验拉索规格分别为φ7*139、φ7*199、φ7*265。试验索的制作满足《斜拉桥用热挤压聚乙烯索技术规范》(JT/T6-94)和设计图纸的要求，试件自由长度(试件自由长度)为。其断裂荷载不应小于构成斜拉索的钢丝的公称断裂荷载的95%，其静载断裂伸长率不应小于2%，其拉伸弹性模量不应小于190000Mpa。试验后，斜拉索应在钢索中部分断裂，不应从锚具中拔出，断丝率不应大于5%。本工程三根试验电缆的技术性能指标均满足设计要求。
在静载试验成功和国家质检部门认可的139 ~ 265丝φ7组成的钢绞线束疲劳试验数据的基础上，监理和有关人员审查了“南京长江二桥南汊桥斜拉索制造工艺文件”。
2.斜拉索的制造
(1)绞合、包裹、挤压和切割
根据电缆的长度，将放出的钢丝放入储丝架，以一定的牵引速度、绕笼速度和缠绕速度进行绞缠。钢丝束应同心向左扭转，最外层钢丝的扭转角为3±0.5°。单层缠绕的重叠宽度不应小于带宽的1/3。拉索的所有保护层厚度偏差应控制在(1.0，-0.5)mm，外彩PE厚度为2.5±0.5mm，在每根电缆的切断位置做好切断标记，并根据切断标记位置切断电缆。成品钢丝绳应保证钢丝无接头、无机械损伤，并满足长度和绕包设置的要求。保护层应无断裂、裂纹和缺口。
在这个过程中，随着斜拉索直径的增大，容易出现两个问题。一种是PE保护层厚度由于PE自重的影响，容易出现局部不均匀和偏心。另一种是控制后，挤压前，如果生产设备使斜拉索转弯半径变小，容易产生索股变形。监理工程师在生产过程中随机检查PE层的厚度。
(2)冷铸锚的铸造
注意保证钢丝墩头的质量，墩头不得有横向裂缝。冷铸材料的成分要准确。铸造每个冷铸锚具的冷铸材料时必须同时制作三个试件(试件尺寸30mm*30mm*30mm)，试件室温强度应≥147MPa。应严格控制加热和固化的程度、温度和时间。
在这一工序的生产过程中，监理工程师重点抽查了钢丝墩的裂纹、冷铸材料的强度和锚具的密封情况。160根缆索中，抽查了38根缆索，所有钢丝墩均未发现裂缝。锚具的密封处理能满足设计要求。冷铸材料的平均强度为156.5MPa，但冷铸材料的强度是离散的。
(3)预张拉测量锚板回缩值和索长。
制作多根带锚具的拉索，锚具由连接件连接，在不在一条直线上的拉索两端锚具铸件表面取三点，用深度游标卡尺从锚杯端面测量其深度，并做好记录和油漆标记。以1.4倍设计荷载预张拉斜拉索后，应重新测量三点标记处的深度，前后差值的平均值作为锚具的锚板回缩值，锚板回缩值不应大于5 mm。当超张拉卸载至仅20%时，用精度为1/5000的50m钢卷尺，在钢尺两端施加50N的力测量长度偏差δ l应符合下列要求:① δ l ≤ 20mm(电缆长度L≤100m)，② δ l ≤ 0.0002l(电缆长度L > 100m)。
本工序生产过程中，监理工程师在厂家自检的基础上，随机抽取锚板回缩值和斜拉索长度，* *在160根斜拉索中随机抽取38根。拉索长度和锚板回缩值均满足设计要求，张拉端和锚固端锚板回缩值平均值分别为65438±0.28mm和65438±0.58mm。
(4)成品的包装、装载和标记
缆体的包装由尼龙纸、白布和防水彩色编织布制成。斜拉索两端的锚具用塑料袋包装，然后用防水彩色编织布包裹。斜拉索的盘绕内径不应小于斜拉索直径的20倍，也不应小于1.8m。制造合格的斜拉索应按照有关规定在指定位置上加盖钢印号并进行标记。每根拉索都挂有标志，标明制造商名称、生产日期、编号、规格、长度和重量。标志应牢固地系在包装层两端的固定器上。工厂质检部门和监理工程师共同对所有质量合格的电缆签发“拉索质量保证证书”，并由监理工程师签字。
五、拉索现场修复质量控制
现场挂索时，一定要注意斜拉索的保护。该桥悬索过程中斜拉索的主要损伤是擦伤PE。对于斜拉索PE表面的小面积划痕，深度小于3mm，用专用焊枪在损伤处覆盖焊接相同的PE原材料，然后用电动砂轮机处理表面，使损伤处恢复到原来的保护层厚度，索面基本恢复到原来的平整状态。对于更深更广的损伤，修复面积大于lO平方厘米且深度大于3mm，使用加热套进行修复。施工时，先在破损部位填充相同的PE原料，再用加热套将PE原料热熔，以补充破损的电缆缝隙。热熔完成后，仍用电动研磨机处理表面，以恢复表面光滑度。
在斜拉索的修复过程中，要特别注意使用与原索颜色一致、质量合格的PE材料，并注意操作时的加热温度，不要因温度不够而造成捏手现象，不要因温度过高而使材料碳化，不要让修复后的表面出现气泡。
六、拉索永久保护质量控制
1.减振
采用了更多的方法来减小斜拉索的振动，在斜拉索端部的钢管入口处设置了一个附加阻尼支点，采用粘弹性高阻尼材料。粘弹性高阻尼材料是一种合成橡胶，其阻尼值比普通橡胶大4 ~ 5倍。由这种材料制成的衬套嵌在斜拉索和斜拉索的钢导管之间，形成阻尼支点。当斜拉索轻微振动时，阻尼衬套受到挤压，吸收能量，起到减振作用。阻尼套管结构简单，隐藏在斜拉索的钢导管内，不影响斜拉索的外观。安装阻尼套时，必须注意使阻尼套与拉索和钢管贴紧，并固定牢固。
2.锚地保护
如果斜拉索的锚固保护不好，预埋的钢导管内会出现积水、杂物或锈蚀，不仅会严重影响斜拉索的使用寿命，还会严重影响斜拉桥的中期索力调整和以后的换索。该桥采用封闭式聚氨酯泡沫，填充在斜拉索锚具与预埋钢导管之间的缝隙中，防止水分进入钢导管。钢导管内的发泡材料由特殊的聚醚、甲基苯基和多异氰酸酯聚合而成，然后自膨胀形成聚氨酯泡沫塑料，紧贴在索端钢导管内壁和索体表面。该泡沫具有重量轻、吸水率极小、导热系数低、阻气性好、韧性好的特点。它能使索体表面的钢与PE层附着成牢固的整体，隔离导管内的锚具不受雨水、湿气等腐蚀介质的影响，长期防止索端锚具生锈。泡沫塑料容易清洗，比以前浇注水泥砂浆的方法更方便日后斜拉索的维护和更换。操作时，首先要注意用高压气体清除钢导管内壁的浮锈和灰尘，并对钢导管内壁进行清洗，保证泡沫塑料与管壁的良好附着。其次，注意梁上自下而上发泡，塔上自上而下发泡，保证泡沫塑料的密实性和管道的充分填充。对于泡沫塑料，要求目测无结焦、不流淌、无裂纹、无噪音，手压后基本能恢复，无脆化、粘连、松动。
两端锚具外露部分表面涂一层锚具专用保护油脂，然后用不锈钢护罩将锚具罩住。防护专用脂由矿物脂和适量树脂组成，具有对金属无腐蚀、常温不粘手、80℃不流动、低温不开裂的特性。在锚固面上均匀涂抹一层油脂后，锚固面与大气隔绝，可以达到锚固保护的目的；用不锈钢护罩覆盖，可防止油脂受损，导致锚具腐蚀。在操作过程中，要注意润滑脂要完全融化，润滑脂中不能有固体物质，润滑脂涂抹要均匀，不能有泄漏。
在整个锚固保护过程中，监理工程师全程旁站。
七。结论
通过对南京长江二桥南汊桥斜拉索制作和保护的监理，我们有如下体会:
(l)在斜拉索工厂的制造过程中，常驻监督员监督原材料和斜拉索生产的全过程。通过这项工作，有效地消除了不合格的原材料，并能及时发现和纠正制造过程中的质量问题。因此，斜拉索工厂生产驻地监理是斜拉桥工程质量保证体系中不可或缺的一部分。
(2)斜拉索制造过程中，需要特别注意的质量控制点有:锚具内部质量、冷铸材料的冷铸效果和PE材料的耐久性和成型性。
(3)斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，斜拉索锚具的永久保护非常重要，在设计和施工中都需要特别注意。
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