滬蓉西高速公路四渡河特大橋項目成果簡介--懸索橋錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)單根可換索施工技術(shù)一、項目簡介現(xiàn)代懸索橋主要由橋塔、錨碇、主纜、吊桿及加勁梁等部分組成，其中錨碇是懸索橋的主要承重受力結(jié)構(gòu)，主纜通過錨固系統(tǒng)將拉力傳遞錨碇進行錨固。目前懸索橋工程上常用的錨碇錨固系統(tǒng)為預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，具有錨固容易、使用方便的優(yōu)點，其錨固預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過壓注水泥漿和管道握裹，永久錨固在錨碇體內(nèi)，達到良好的錨固效果。但是，預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為高應(yīng)力材料，其耐腐蝕性很差。在高應(yīng)力作用下，預(yù)應(yīng)力錨固鋼絞線一旦出現(xiàn)銹蝕后，先是一根銹斷，接著就是連鎖式一整束損毀。這種采用水泥漿握裹鋼絞線的錨固形式在預(yù)應(yīng)力鋼絞線損毀后無法進行補救，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、破壞達一定的束數(shù)后，將危害到大橋的正常使用，縮短懸索橋的使用壽命。如何提高懸索橋錨固系統(tǒng)的使用壽命成為橋梁界一件棘手的問題，人們對此做了不少的嘗試，但是僅從提高預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力耐腐蝕性入手，效果不理想，國內(nèi)相似的工程中還是出現(xiàn)錨固系統(tǒng)嚴(yán)重銹蝕而影響橋梁使用壽命的事件。為了提高錨碇錨固系統(tǒng)使用壽命的問題，近年來，國內(nèi)外橋梁界提出在懸索橋運營過程中對出現(xiàn)銹蝕的鋼絞線進行更換的理念，當(dāng)錨碇錨體中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線出現(xiàn)銹蝕以后，把出現(xiàn)銹蝕的鋼絞線從預(yù)應(yīng)力管道中退出，重新?lián)Q上新的鋼絞線，從而保證了錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的安全度，提高懸索橋的使用壽命。為了滿足換索，預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)的充填材料就不能再采用水泥漿之類的強錨固材料，只能充填無粘結(jié)防腐材料。針對懸索橋運營過程中錨固系統(tǒng)鋼絞線銹蝕問題，最初20世紀(jì)90年代初由歐美等國提出懸索橋運營過程中可以更換錨固預(yù)應(yīng)力鋼絞線的理念，20世紀(jì)90年代后期被我國加以應(yīng)用發(fā)展。最初針對懸索橋錨固系統(tǒng)鋼絞線銹蝕采取整束換索的工藝，每一束預(yù)應(yīng)力管道采用一整根大口徑直線鋼管，其錨固系統(tǒng)鋼絞線的更換采取整束進行更換。國內(nèi)在建的武漢陽邏長江大橋和浙江西堠門大橋就是采用整束換索工藝。中交路橋華南工程有限公司承建的湖北滬蓉西高速公路四渡河特大橋，錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)設(shè)計為“環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線+PE層+防腐石蠟+集束式蜂窩狀鋼管”的可換式錨固體系，可實現(xiàn)橋梁運行過程中的單根鋼絞線換索，這在國內(nèi)是第一次應(yīng)用此技術(shù)。可以解決僅僅更換已經(jīng)銹蝕的各根鋼絞線、不需要更換整束鋼絞線問題。這種滿足懸索橋在運營過程中更換單根鋼絞線的預(yù)應(yīng)力管道，排列成一束，其斷面為蜂窩狀，故稱之為懸索橋錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)單根可換索蜂窩管。二、技術(shù)特點及創(chuàng)新點1錨碇錨固系統(tǒng)單根可換索預(yù)應(yīng)力體系技術(shù)特征(1)預(yù)應(yīng)力管道由若干根無縫小鋼管排列成一束，成為蜂窩狀斷面，預(yù)應(yīng)力鋼絞線各行其道，可實現(xiàn)在大橋運營期間僅更換已經(jīng)銹蝕的單根鋼絞線，而不需要更換其他沒有銹蝕的鋼絞線。(2)蜂窩管設(shè)計成“直線+弧線”組合，從前錨面至后錨面為直線段→弧線段→直線段，整體外觀上成“瓶狀”，從而有效減小錨碇的規(guī)模。(3)由于無縫鋼管一般長6～9m，預(yù)應(yīng)力管道只能分段進行加工，采用接頭鋼管接長，其接頭密封是其中關(guān)鍵，以防止無粘結(jié)防腐材料滲漏。(4)所采用的無粘結(jié)防腐材料，既要滿足可壓注性能要求又要防止發(fā)生滲透。2主要技術(shù)指標(biāo)2.1預(yù)應(yīng)力蜂窩管技術(shù)指標(biāo)(1)采用的無縫小鋼管加工成蜂窩狀斷面的管道，必須確保接頭密封，避免無粘結(jié)材料發(fā)生滲漏。(2)無縫鋼管之間采用塞焊固定成形，其中接頭端必須全斷面進行塞焊，直線段每隔0.5m左右進行點焊，要防止焊接變形尤其是蓮藕狀變形和扭轉(zhuǎn)。2.2錨具與鋼絞線的錨固性能技術(shù)指標(biāo)(1)張拉應(yīng)力大于0.45σb工況下，夾片在張拉后只進行低應(yīng)力一次的頂壓即可。(2)張拉應(yīng)力小于0.45σb工況下，夾片在張拉后需要進行二次高應(yīng)力的頂壓。2.3無粘結(jié)防腐材料技術(shù)指標(biāo)采用“優(yōu)質(zhì)微晶蠟＋白油＋塑料制劑”等調(diào)制而成的預(yù)應(yīng)力專用防腐蠟作為錨碇錨固系統(tǒng)的防腐材料具有以下技術(shù)指標(biāo)(1)具有可逆性：經(jīng)冷熱轉(zhuǎn)換，能保持原來的性能。滴熔點采用24℃(2)在高溫狀態(tài)下不易流淌；(3)卓越的防腐性能：對鋼、銅、鋁、鋅具有優(yōu)越的防腐性能；(4)與橡膠和塑料具有兼容性；(5)具有良好的抗氧穩(wěn)定性；(6)不含不穩(wěn)定元素；(7)對鋼絞線而言可防止微動磨損現(xiàn)象發(fā)生；(8)完全不溶于水，在壓注時可防止水的入侵和乳化現(xiàn)象的發(fā)生。預(yù)應(yīng)力專用防腐蠟材料一般性能指標(biāo)表1序號檢驗項目指標(biāo)試驗方法1外觀粘稠狀目測2密度，25880－920kg/m3密度計3滴熔點，℃24GB/T80264運動粘度，10016～21mm2/sGB/T2655針入度，－20無裂縫GB/T269，ASTMD276銅片腐蝕3h，100合格ASTMD40487粘附性與金屬有良好的粘附性8機械雜質(zhì)，％不大于無GB/T5113主要創(chuàng)新點(1)預(yù)應(yīng)力管道采取無縫小鋼管，集束成蜂窩狀斷面，滿足后期鋼絞線單根可更換的需要；(2)蜂窩管設(shè)計成“直線+弧線”組合，從前錨面為直線段→弧線段→直線段，整體外觀上成"瓶狀"。很大規(guī)模減小懸索橋的結(jié)構(gòu)尺寸，減少投資，節(jié)約成本。(3)預(yù)應(yīng)力管道采取壓注專用石蠟對鋼絞線進行防腐，實現(xiàn)了可壓注又能避免發(fā)生滲漏。三、推廣應(yīng)用情況20世紀(jì)90年代初由歐美等國提出懸索橋運營過程中可以更換錨固預(yù)應(yīng)力筋的理念，20世紀(jì)90年代后期被我國加以應(yīng)用發(fā)展。國內(nèi)已經(jīng)建成的武漢陽邏長江大橋、浙江舟山連島工程西堠門大橋已經(jīng)成功采用了整束換索體系，為單根換索技術(shù)提供了可供借鑒的檢驗。而國內(nèi)第一次應(yīng)用的單根可換索技術(shù)的湖北滬蓉西四渡河特大橋目前已經(jīng)通車，通過本課題的研究，積累大量經(jīng)驗，該項技術(shù)已經(jīng)成熟，可以大量推廣應(yīng)用。由于懸索橋錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)單根可換索工藝，不但可以解決僅僅更換已經(jīng)銹蝕的各根鋼絞線、不需要更換整束鋼絞線問題，而且由于預(yù)應(yīng)力管道采由如干根小管管集束成蜂窩管狀斷面，小鋼管剛度較大口徑的鋼管剛度小得多，可以完成彎管，這樣集束式蜂窩狀得預(yù)應(yīng)力管道，在錨碇前錨面位置設(shè)成彎管，從前錨面至后錨面為直線段→弧線段→直線段，整體外觀上成“瓶狀”。這樣可以很大程度上減小錨碇的規(guī)模，節(jié)省投資，減少大橋的造成成本。由于單根可換索具有非常明顯的經(jīng)濟效益和技術(shù)優(yōu)勢，該種工藝被國內(nèi)越來越多的設(shè)計者青睞，將會頻繁地應(yīng)用到懸索橋設(shè)計中去，在建的湖南矮寨特大懸索橋、湖南張花高速公路的澧水特大橋，以及完成設(shè)計的云南保滕高速公路龍江特大橋兩岸錨碇預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)均采用單根可換索工藝。四、效益分析錨碇預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)采取單根可換索蜂窩管作為預(yù)應(yīng)力管道的懸索橋，每一束預(yù)應(yīng)力管道由若干根無縫小鋼管集束成蜂窩狀，預(yù)應(yīng)力管道設(shè)計成直線段和弧線段組合,使得預(yù)應(yīng)力管道不需按主纜索股發(fā)散方向設(shè)置，極大減小錨碇結(jié)構(gòu)尺寸。滬蓉西四渡河特大橋的錨碇預(yù)應(yīng)力管道在靠近前錨面5m范圍內(nèi)設(shè)計成彎管，從前錨面至后錨面為直線段→弧線段→直線段，整體外觀上成“瓶狀”。其恩施岸重力式錨碇由此減少石方開挖量1.6萬立方米，節(jié)省C30混凝土7800立方米，減少回填C20混凝土8200立方米；宜昌岸40m長隧道式錨碇由此減少石方開挖量1萬立方米，節(jié)省C30混凝土1萬立方米。同時,本橋錨碇的單根可換索蜂窩管預(yù)應(yīng)力管道，克服了常規(guī)的預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)壓注水泥漿后鋼絞線出現(xiàn)銹蝕無法換索的難題，提高橋梁的使用壽命。大橋成本總體節(jié)約1238.6萬元左右。單根可換索技術(shù)在依托工程四渡河特大橋的成功應(yīng)用，形成了一套完成成果，該成果對相似橋梁的施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。五、評審（鑒定）、專利和獲獎情況1、技術(shù)獎勵：《四渡河深切峽谷懸索橋關(guān)鍵技術(shù)研究》于2009年獲得了中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎，達到國際領(lǐng)先水平。2、全國企業(yè)新紀(jì)錄：《隧道錨拉拔模型試驗》、《錨碇預(yù)應(yīng)力體系采用噴涂環(huán)氧鋼絞線單根可換式》四項科技成果先后于2006、2007年入選全國企業(yè)新紀(jì)錄。3、創(chuàng)新成果發(fā)表