【摘要】本文詳細闡述了平行鋼絲索工廠制作、現場修補和永久防護的質量控制的方法。通過對斜拉索的技術特點和施工方法的分析。提出在斜拉索創作、修補及防護過程中容易出現的質量問題和質量控制的要點。
【關鍵詞】斜拉索
制作 修補 防護 質量控制
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。現代斜拉索全部使用高強度鋼筋、鋼絲或鋼絞線制作拉索。當代斜拉橋對拉索的要求更高，幾乎一律使用高強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。經過數十年的不斷創新和淘汰，目前我國常用的拉索系統主要有以下兩種，一種是用熱擠高密度聚乙烯（PE）防護的平行鋼絲索配以環氧冷鑄墩頭錨系統，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。在這兩種斜拉索中，我國絕大多數斜拉索采用的是平行鋼絲索。
70年代，由前聯邦德國Leonhardt教授和瑞士的BBR公司研制的HiAm（High
Amplitude）耐高應力幅錨具問世。由于這種錨具具有很高的抗疲勞能力，日本在引進了BBR公司的HiAm錨具的同時，進一步發展了平行鋼絲索的生產技術，熱擠PE防護的平行鋼絲索就是首創于日本．我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場手工制作，經過各方位或努力，已逐步走上了機械化、專業化、工廠化制索的道路。現在，設計單位只要很暢設計需要，選用合適規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2°～4°，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，具備長途運輸的條件，宜于在工廠中機械化生產。目前平行鋼絲索普遍使用φ5或φ7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注的問題，脫胎于
電線技術的熱擠PE防護的方法至今已經歷了二十余年的考驗，至今還沒有發現什么問題。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制作并配裝錨具，不僅質量得到保證，而且極大地簡化了施工現場的工作。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，用特制的環氧混合料填充，環氧固化后，即和錨杯中的鋼絲結合成一個整體。環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架，使鋼絲獲得錨固。由于環氧混合料的固化溫度不超過180℃，相對于450℃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φ7的平行鋼絲索。
本文結合南京長江第二大橋南汊橋斜拉橋制作和防護的監理工作，詳細闡述了平行鋼絲索工廠制作、現場修補和永久防護的質量控制的方法。通過對斜拉索的技術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的質量問題和質量控制的要點。
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鋼箱梁斜拉橋，中跨628m，邊跨246.5m＋58.5m。索塔為上塔柱平行分離的倒Y形混凝土塔，塔總高195.4lm，上塔柱為斜拉索錨固區。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1.75～2.5m。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（見圖1），
經左旋輕度扭絞而成，兩端配以冷鑄錨，一端為固定端錨具，另一端為張拉端錨具（見圖2），
塔端為張拉端，梁端為固定端。全橋斜拉索共有五種類型（見表1），與斜拉素類型對應，冷鑄錨有五種規格，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，國內混料加工造粒。接拉索規格不同，黑色PE的厚度由7.4～9.2mm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理部為南京長江第二大橋斜拉索制作和防護工程的監理單位。
三、原材料的質量控制
1.高強鍍鋅鋼絲
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指標詳見表2。
在高強度鍍鋅鋼絲生產過程中，監理工程師對盤條的力學性能和化學成分試驗、鋼絲生產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，在生產現場按20％的頻數對鋼絲的全部性能指標隨機進行監理平行檢驗，全橋共用鋼絲2060.72t、2097盤，監理工程師對497盤鋼絲進行了檢驗，有36盤被判為不合格產品。
2.冷鑄錨具
斜拉索冷鑄錨的錨杯和螺母采用35CrMo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/Tl4162-91）B級探傷。規格相同的錨具部件，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→鍛造→粗車→熱處理→超聲波探傷→精車→鉗作→磁粉探傷→鍍鋅→檢驗→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分析和機械性能試驗，而后再進行超聲波探傷。在生產廠家超聲波探傷合格的基礎上，監理工程師按20％的頻數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，監理隨機抽檢121套，全部合格。
3．其他材料
黑色和彩色PE技術要求見表3和表4。監理工程師對PE、冷鑄填料、密封料、繞包帶的質保資料進行審查，同時對PE的各種材料試驗進行旁站。
四、斜拉索制作的質量控制
1．斜拉索的試制和試驗
斜拉索在成批生產前，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，檢驗材料質量，采取相應的調整工藝的措施，重新進行試驗，直至符合規定要求。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。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，試驗索的規格分別為φ7*139、φ7*199、φ7*265。試驗索的制作滿足《斜拉橋熱擠聚乙烯拉索技術條件》（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國家質檢部門認可的由139～265絲φ7組成的鋼絲束疲勞試驗資料的基礎上，監理會同有關人員對“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）絞制、繞包、擠塑和切斷
根據索長進行配長下料，把下料好的鋼絲放人儲線架，配以一定的牽引速度、繞籠轉速及繞包轉速進行絞制和饒包。鋼絲束應同心左向絞合而成，最外層鋼絲絞合角為3°±0．5°。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2.5±0.5mm。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，容易出現兩個問題，一個是由于PE自重的影響，PE防護層厚度容易產生局部不均勻、偏心現象。另一個是在統制后和擠塑前，如果生產設備致使斜拉索的回轉半徑較小，容易產生索股的變形。監理工程師在生產過程中對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（試件規格30mm*30mm*30mm），試件強度在常溫下應≥147MPa。加溫固化應嚴格控制程度、溫度和時間。
在這一工序的生產過程中，監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現裂紋，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ΔL應符合以下規定：①ΔL≤20mm（索長L≤100m），②ΔL≤0.0002L（索長L＞100m）。
在這一工序的生產過程中，監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1.28mm和1.53mm。
（4）成品索包裝、上盤和標志
索體包裝采用尼龍紙+白布+防水彩條編織布。斜拉索兩端錨具用塑料袋包裝后，再用防水彩條編織布包裹。拉索盤繞內徑不得小于20倍拉索直徑，也不小于1.8m。制成并合格的斜拉索，應按有關規定在指定位置上打上鋼印編號并涂以標記。每根斜拉索均掛有標牌，上面注明：制造廠家名稱、生產日期、編號、規格、長度和重量。標牌應牢固地系于包裝層的兩端錨具處。凡質量合格，并經監理工程師簽認合格的斜拉索，由廠質檢部門與監理工程師共同簽發"斜拉索質保書"。
五、斜拉索現場修補的質量控制
在現場掛索時，一定要注意對斜拉索的保護，本橋在掛索時對斜拉索的損傷主要是將PE劃傷。對于斜拉索PE表面小面積的劃傷，深度在3mm以下，用專用焊槍將相同的PE原料覆蓋并焊接在損壞處，再用電磨機進行表面處理，使損壞處恢復原有的護層厚度，并使索表面基本恢復原有平整狀態。對于比較深、范圍較大的損壞，修復面積大于lO平方厘米，深度在3mm以上，采用加熱套管進行恢復。施工時，先將相同的PE原料填充在受損部位，然后用加熱套管使PE原料熱熔補充在損壞的拉索缺口上，熱熔完成后仍用電磨機進行表面處理，恢復表面平整。
斜拉索修補過程中，應特別注意采用與原索相同色彩、質量合格的PE料進行修補，操作時要注意加熱溫度，既不能因溫度不足而產生夾生現象，更不容許因溫度過高而發生材料炭化，修復表面不允許出現氣泡。
六、斜拉索永久防護的質量控制
1.減振
斜拉索減振采用較多的辦法是用粘彈性高阻尼材料在斜拉索端部鋼導管的入口處設置一個附加阻尼支點。粘彈性高阻尼材料是一種合成橡膠，其阻尼值比一般橡膠大4～5倍。用這種材料制作襯套，嵌在斜拉索和斜拉索鋼導管之間構成阻尼支點后，斜拉索稍有振動，阻尼襯套就受到擠壓并吸收能量，發揮減振作用。阻尼襯套構造簡單，隱藏安裝在斜拉索鋼導管內，對斜拉索的外觀無任何影響。在阻尼襯套安裝時，必須注意使阻尼襯套與斜拉索及鋼導管之間密貼并且固定牢固。
2.錨具的防護
如果對斜拉索的錨具不進行較好的防護，讓預埋鋼導管內積水、進雜物或錨具發生銹蝕，不僅嚴重影響斜拉索的使用壽命，而且嚴重影響斜拉橋中期索力調整及將來的換索工作。本橋采用封閉性聚氨酯發泡，填充在斜拉索錨具與預埋鋼導管的間隙內，防止水分進入鋼導管。鋼導管內發泡材料采用特制的聚醚與多次甲基苯基、多異氨酸酯的聚合反應后，自我膨脹而形成與索端鋼導管內壁和索體表面緊密的聚氨酯發泡塑料。該泡沫塑料具有質量輕、吸水性特小、低導熱性、隔氣性好、較好的韌性等特點。能使鋼材和索體表面PE層粘合成較牢固的整體，使導管內的錨具與雨水、潮氣及其他腐蝕介質相隔離，能在較長時間內防止索端錨具銹蝕。泡沫塑料易于清理，相對于以前采用的灌注水泥砂漿的方法來說，更便于將來斜拉索的維護和更換。在操作過程中，首先注意用高壓氣體除去鋼導管內壁上的浮銹和灰塵，將鋼導管內壁清理干凈，確保泡沫塑料和管壁粘合良好。其次注意梁上發泡由下至上．塔上發泡由上至下，保證泡沫塑料的密實性及管內全部填充。對于泡沫塑料，要求目測無焦化、無流淌、無裂縫、無雜色，手撳后能基本復原，無脆化粘連現象，無酥松現象。
在兩端錨具外露部分的表面涂刷一層錨具專用的防護油脂，然后在錨具外加蓋不銹鋼護罩。防護專用油脂由礦物油脂及適量的樹脂組成，它具有對金屬無腐蝕、常溫下不粘手、80℃下不流淌和低溫下不開裂的性能。在錨具表面均勻地涂刷一層油脂后，錨具表面與大氣隔離，可達到錨具防護的目的；加蓋不銹鋼護罩可防止油脂被損壞而導致錨具銹蝕。在操作過程中應注意油脂融化要徹底，油脂內無固體物，油脂涂刷要均勻，無漏涂現象。
在整個錨具防護過程中，監理工程師進行了全過程的旁站。
七、結語
通過南京長江第二大橋南汊橋斜拉索制作和防護工程的監理工作，有以下一些體會：
（l）在斜拉索工廠制作過程中，駐廠監理對原材料和斜拉索制作進行了全過程的監理，通過這一工作，有效地排除了不合格的原材料，對制作過程中出現的質量問題能夠及時發現，及時糾正，所以說，斜拉索工廠制作的駐廠監理是保證斜拉橋工程質量質保體系中不可缺少的一環。
（2）在斜拉索制作過程中，需要特別注意的質量控制點有：錨具的內在質量、冷鑄料的冷鑄效果和PE料的耐久性及成形情況
（3）斜拉索作為斜拉橋重要的受力構件，斜拉索錨具的永久防護至關重要，在設計和施工兩方面，都需特別予以重視。
