作者：张绍金，扬州大学
缆索承重桥梁的缆索结构及锚固系统多为施工阶段遗留问题，主要通过运营阶段的有效防护予以解决。作为保障桥梁安全、耐久使用的最后也是最重要的环节，缆索承重桥梁的抗拉承载力是桥梁施工中的关键。电缆系统中，电缆防护系统主要面临两个突出问题：其整个寿命周期内的火灾威胁和密封防腐结构的过早失效。必须采取可靠有效的技术措施，未雨绸缪。
桥梁施工中缆索系统遗留的质量问题
悬索桥、斜拉桥、拱桥中缆索系统的作用和具体锚固形式有所不同，根据这种区别，承重缆索可分为主缆、主缆和吊索三类。主缆为主索，吊索为副索。缆索是悬索桥的主要承力构件，通过鞍座支撑和锚固系统将荷载传递给桥塔和锚固装置；缆索是斜拉桥的主要传力构件，它的两个两端通过锚固系统分别锚固在桥塔和主梁上桥梁钢结构防腐问题分析，将荷载传递给桥塔；吊索是悬索桥、拱桥的主要传力构件，连接桥梁承重构件通过缆夹或锚将荷载固定在悬索桥的主缆或拱桥的拱肋上。
主电缆
电缆
吊索
▲承重索桥缆索种类
现代索承式桥梁索体结构多为平行钢丝索股形式，平行钢丝作为索结构最基本的单元，从进口强度较高的盘条到进口钢丝，发展迅速桥梁钢结构防腐问题分析，品种多样，我国自20世纪90年代开始研制虎门大桥用1600MPa级盘条，经过1670MPa、1770MPa、1860MPa、1960MPa、2060MPa等不同强度盘条，到2008年建成通车使用的2100MPa级国产盘条。江苏南京在建的咸新路大桥。
电缆盘条的强度越高，钢丝的含碳量就越高，对钢丝的防腐保护要求也就越高。因此，盘条的表面防腐处理已由原来的目前世界上应用最为广泛的热镀锌保护已发展到锌铝合金镀层保护，再到最新一代的锌铝镁合金镀层保护。试验表明，钢丝锌铝镁合金镀层保护的耐腐蚀性能优于热镀锌钢丝。镁合金镀层抗拉强度是纯锌镀层的近5倍，是锌铝合金镀层的2倍。
需要指出的是，钢丝绳及其涂层防护关系到桥梁生命线的耐久性和安全性，悬索桥主缆是不可替代的核心部件，因此需要从研究到实际工程进行足够长度的可靠性试验。使用。
此外，悬索桥锚固体系主要经历了钢框架锚固体系、注浆粘结预应力锚固体系、注油无粘结预应力锚固体系等几个发展阶段，吊索的锚固方式和材料也经历了从早期的锚固方式向现在的锚固方式的演进。锚固体系经历了不同的发展阶段，每种锚固体系和锚固方法都有其优点和缺点，在耐久性、锚固可靠性、施工和维护方便性等方面都存在一定的缺陷和需要解决的问题。
在桥梁建设过程中，有些桥梁由于制造工艺和施工管理不到位，在架设电缆时可能会造成部分电缆丝的保护层脱落或者破损，这也是造成电缆丝早期锈蚀的重要原因。这些都是由于设计和施工不当造成的。
该过程产生的质量缺陷将伴随桥梁的整个寿命周期。
大量事实证明，在缆索承重桥梁的发展中，作为桥梁“生命线”的承重缆索及其锚固系统，在设计、制造、安装等方面都存在不同程度的问题。这些这些问题都关系到缆索的长期安全，因此在确定采用何种施工材料和施工方法之前，需要系统、周密地考虑工程使用安全性和全寿命周期的要求。对于在役桥梁来说，这些建设阶段遗留的问题主要通过电缆保护系统来解决。
然而，电缆保护系统作为保障电缆系统安全使用的最后环节，在运行过程中仍然需要面对火灾威胁、结构过早损坏等问题。
电缆整个生命周期面临的火灾威胁
桥梁缆索系统在整个生命周期中都面临火灾威胁，调查发现，大部分缆索桥在建设或运营期间都曾发生过火灾，虽然这些火灾并未造成桥梁垮塌等严重事故，但却给桥梁管理者敲响了警钟。例如2021年上半年，位于珠江主航道的黄埔大桥、南沙大桥多次启动应急响应，其中半数以上是由于交通事故、自燃事故、火灾等引起的桥梁上通行车辆的敏感区域等。
▲黄埔大桥缆索区危化品运输车辆及货车起火
研究表明，桥梁火灾事故的成因很多，包括桥上车辆通行引起的火灾，电路、电器、雷击、地震引起的火灾，桥下交通事故引起的火灾以及桥梁周围环境引起的燃烧爆炸等。易燃易爆物品火灾、因电、建筑用火引起的火灾以及人为燃烧、爆炸损坏引起的火灾。
▲景观灯致电缆倾斜起火
通过对典型桥梁火灾事故的分析发现，首先，桥梁火灾事故原因复杂多样，在各种火灾原因中，机动车火灾具有发生概率大、发生频率高、火灾发生率高等特点。火灾危险性高，火灾发生时空分布随机性大，影响范围广，破坏强度大，需要引起高度重视，采取切实有效的措施予以解决。
▲交通事故造成倾斜电缆、吊索损坏
其次，相关行业标准对缆索保护系统没有防火、耐高温的要求，但火灾对桥梁中各种钢构件的影响是显著的，在火灾过程中，各种钢构件迅速升温，其力学性能大幅度下降,严重影响桥梁的安全性能。
▲施工火灾致缆索断裂、桥面扭曲
最后，从规范和实际施工来看，行业缺乏承重钢结构的专业化防火设计，按照传统的桥梁防火设计、配套设施和消防救援模式，救援人员难以快速到达现场。火灾现场无法及时开展救援行动，导致火势蔓延。在被动的灭火救援模式下，即使反应及时，也可能对桥梁结构造成损坏甚至破坏。
电缆密封保护结构过早失效
由于防护材料、电缆施工、使用环境等问题，极易造成电缆密封防护结构过早开裂、防腐失效，从而导致电缆丝过早生锈、电缆及吊索断裂，以及甚至桥梁垮塌。调查发现，我国在役桥梁主缆防护结构在建设初期都会出现开裂现象。从在役桥梁缆索系统的防护水平和实际应用情况来看，难以保证桥梁缆索的使用寿命满足设计或预期的要求。
▲主缆保护结构出现裂缝
▲电缆保护结构裂缝、腐蚀
在我国，按设计技术标准实施拉索密封防腐的做法虽然在各类工程中已经得到广泛应用，技术也较为成熟，但在役桥梁的运行情况表明，拉索保护结构密封的有效性尚突出，部分桥梁缆索密封保护问题比较严重。
我国悬索桥建设现状
随着科技的进步，新设备、新材料的发展，中国各地随处可见“一桥连南北，天险变通途”的景象。长江、黄河、珠江等主要河流正在被大跨度桥梁横跨。据统计，截至目前，我国已建成公路桥梁91万多座，其中特大桥6400多座，跨度达100米的索桥450多座。 400多米。从1995年建成第一座现代化悬索桥——汕头海湾大桥，到建成跨度2300米的张井高长江公路大桥，不到30年的时间，我国创造了创造了各类桥梁跨度世界纪录的60%以上。
无论何时，大跨度缆索承重桥梁的施工安全和使用安全都是涉及重大公共安全的世界性问题。近20年来，我国在大跨度桥梁建设技术研究中投入了巨大的资源，但安全使用防护技术研究相对薄弱，作为重要的交通基础设施，索承式桥梁的缆索系统在使用过程中出现的问题较为突出，而其防护系统作为保障桥梁安全使用的最后也是最关键的环节，对电缆系统的使用，必须进行系统的研究，以确保其耐久性、有效性和可靠性。
▲世界各国已建成的重大大跨度索承重桥
本文选自
中国公路杂志 2022年第3期
