镇江桥梁基坑围护支撑（清水河大桥主缆缠包带防护体系施工技术研究）

徐财进 王培 刘顺涛中交二公局第二工程有限公司

摘 要：主缆是悬索桥传递荷载的最主要结构之一，主缆防腐问题成为了悬索桥主缆防护一直深入研究的问题。随着科技进步，主缆的防护形式经历了从传统的“腻子漆 钢丝 面漆防护形式”向除湿系统防护的发展。随着缠包带的出现，使得“缠包带 除湿系统”的防护体系逐渐走向成熟。本文根据贵州清水河大桥主缆“缠包带 除湿系统”防护系统的施工过程，对“镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的系统防护体系施工方法进行探讨。

关键词：悬索桥;主缆;防护;缠包带;干燥空气除湿系统;

1 主缆防护系统发展

“圆形钢丝 缠包带 干燥空气除湿”主缆防护体系具有以下优点:

(1)对主缆保护更全面，能够对锚碇中的主缆钢丝形成有效保护，避免钢丝根部受到腐蚀，对大桥造成安全隐患。

(2)生命周期成本低，降低约50%～80%。

(3)污染小，没有腻子或涂料等有毒废物，减少了对施工人员身体的伤害和对环境的污染。

(4)建设对气候条件不敏感，建设快。对天气条件和气候条件的要求较小。

(5)施工速度快。由于没有腻子漆，缠丝速度较传统防护更快。同时，缠包带采用机器自动化缠绕，经加热硫化即可成型，施工比防腐漆更快。

(6)缠包带作为防护最外层，可使用各种颜色，不需喷涂。

(7)寿命长，几乎无需维护，可以抗紫外线和恶劣天气。

(8)缠包带的延展性高，粘接后的密封效果好，能够承受足够的压力。

“圆形镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的防护体系的出现，降低了主缆防护施工的难度，主缆防护的施工质量也可以通过通气试验来进行验证。基于以上优点，清水河大桥主缆防护便采用了“圆形镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的防护体系。

2 清水河大桥主缆防护体系概述

清水河大桥主缆设计采用“圆形镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的防护形式。

钢丝采用Φ4mm圆形钢丝，直径偏差 0.09mm;-0.07mm。钢丝抗拉强度不小于365MPa，延伸率不小于12%(试样标距100mm)，锌层含量为300g/m2。具有良好的焊接性能。

钢丝外采用2层缠包带对主缆进行缠绕，设计叠加率52%，形成双层构造，缠包带需加热充分硫化，温度不超过140℃，持续时间不超过10分钟。全桥共设置6套干空气制备站，4套位于两岸锚室内，2套位于索塔上横梁。

图1 清水河大桥主缆防护设计示意图 下载原图

缠包带通常采用氯磺化聚乙烯复合带，3层结构(氯磺化聚乙烯 纤维加强层 氯磺化聚乙烯)，厚度约为1.15±0.05mm，使用寿命超过20年。代表项目有大小贝尔特桥、福斯桥、亨伯桥、高海岸桥、哈当厄桥、博斯普鲁斯3桥等。

清水河大桥主缆使用的缠包带，是以国外产品为原型，针对贵州低温高温气候环境改进配方研发的定制品，实现了加工工艺完全国产化。

缠包带优点:

(1)缠带紧跟缠丝，不占用主线工期

(2)密封性能良好

(3)能够承受更高的空气压力，降低除湿系统成本

(4)环保，施工中无有害气体挥发

(5)施工质量可靠，不受人工限制

图2 清水河大桥主缆除湿系统布置 下载原图

(6)无特种作业

(7)几乎不受天气影响

(8)寿命长，最高可达30年

(9)外观可形成螺旋线或光滑面

3 主缆防护施工3.1 主缆缠丝施工

清水河大桥主缆防护镀锌钢丝采用直径4mm的镀锌钢丝，钢丝缠绕与传统主缆防护形式相同，用型缠丝机进行施工。

3.2 缠包带施工

主缆缠丝完成后，即可开始进行缠包带施工。缠包带施工分三个阶段，分别为环缝密封、缠带及加热、防滑层及颜色修补;三个阶段按顺序施工，不可交叉，每一阶段内工作内容又有工序安排，同样按顺序施工，不可交叉。

3.2.1 环缝密封

为满足缠包带体系整体的密封效果，对索夹环缝进行详细修改，以满足密封、追随、耐候等关键技术要求。

(1)密封胶施工准备

为确保密封胶的密封效果，须确保待密封部位基面干净、干燥。先将索夹环缝内表面和主缆表面的杂物、灰尘等清除干净，然后将蜂窝和多孔表面打磨平整，并露出牢固的结构层，再次清除杂物、灰尘等，最后吹干环缝内索夹、主缆表面的水份。为防止多余的聚硫胶污染主缆表面，对环缝两侧的密封区以外10mm范围各贴上2～3cm宽的防护带。

(2)注胶

将注胶枪嘴插入索夹环缝内，然后按照设计深度将密封胶均匀、缓慢地注入索夹环缝中。注浆后，用特制的整形工具对胶体进行整形。然后安装橡胶密封圈并在密封圈外再次注胶密封。

(3)注胶过程中的胶体连接

注胶过程应连续进行，一个索夹环缝应一次性完成注胶。当一条索夹环缝不能一次性完成注胶工作，必须进行二次注胶时，第二次注胶应根据时间间隔采用干式连接或湿式连接两种连接方式。

如果索夹环缝前后两次注胶的时间间隔未超过胶体凝固时间(8h)，可采用湿式连接法。如间隔时间超过8h，则必须采用干式连接方法。

干式连接胶体接头处理方法:

(1)第一次注胶结束时须预留斜型毛面作为两次注胶的搭接面。

(2)第二次注胶时，为确保两次注胶的搭接效果，先在预留的搭接面上涂一层胶，然后再进行本次涂胶作业。

3.2.2 缠带及加热

缠带工艺经过反复对比测试，最终确定采用叠合率48%～49%的方案，相比52%的方案，缠绕后外表面是平的，不会产生环形突起，避免加热不均匀问题。在缠绕施工时，对带材中间及接缝处，涂抹增进双层硫化交联的CSM胶，以防硫化不充分，增强密封性。

(1)主缆缠包带联接

主缆缠包带在一圈绕完之后就需要进行联接，联接时保持缠包带的张力，摊开剩余的带子;剪断包带以使连接处与主缆顶部顶部成90度角;用连接胶带在背部将未固定的末端粘好。

开始缠绕新卷时要有一个5mm的叠层，叠层的暴露端需方向向下。

(2)缠包带的硫化交联

将加热器和控制器与相符的电源连接，加热器是柔性气压抱紧的设计，能够适应主缆表面的不圆度。将加热器扣在要硫化交联的部分并保持一定的力度;但注意不要套的太紧，那样会损坏加热器。

将控制器初始温度设置为120℃，通过十分钟左右的加热加热器达到预定温度，时间长短因环境条件而异。定时器和温度设置应调整到不须过度加热而可获得最佳溶合效果的状态，温度控制器的上限为150℃。主缆缠包带被熔合后，需要10-15分钟的自然冷却时间。

3.2.3 防滑层及颜色修补

选用定制的防滑带，防止传统防滑层与缠包带的粘结形式可能出现老化脱落问题，其材料与缠包带相同，采用促进硫化的粘合剂将防滑带粘在主缆上表面，自然条件下，会发生缓慢硫化反应，从而让防滑层与缠包带成为一体。最后，对主缆局部的颜色进行修补，主要是索夹环缝、索夹端部、缠包带接续位置等，消除局部颜色差异。防滑层及颜色修补工序在主缆全部施工的最后，以形成完美的交工效果。

3.3 设备安装

除湿系统安装主要包括4个专业部分:

(1)设备安装专业:主要负责各种设备的安装以及单体设备的调试工作等;

(2)电、气安装专业:主要负责电、气设备的安装、接线以及调试等;

(3)通风安装专业:主要负责除湿系统送风管、系统管道、静压箱等部件制作、安装等;

(4)结构安装专业:主要负责进、排气夹的安装。

3.3.1 设备安装

(1)基础检查、验收

首先对设备和安装基础基础检查、验收。因为除湿机、风机等设备是整体式，并且无垫铁安装(只能微小调整)所以设备基础的质量好坏，直接影响到设备安装的水平度偏差，基础外观应无明显凹凸，不平整等现象，具体偏差要求如表1。

表1 设备基础偏差允许范围表 下载原图

(2)设备开箱检查

由于除湿机、离心风机均是整体出厂到现场，而设备安装水平度的检测是在除湿机和风机的外壳上进行，所以此道工序重点应检查设备开箱后的外观情况，应无变形、凹凸、锈蚀等缺陷，否则进行处理。除此之外，施工人员还应根据装箱单，对包装箱内设备型号、规格、专用工具、技术资料等进行清点。

(3)放线

设备基础位置是影响设备安装位置是否准确的关键，施工时以结构物的轴线或边缘为参照基准线进行设备基础放线放线。放线工序是直接影响设备安装位置是否正确的关键，放线偏差与设计要求如下:

平面位置允许偏差:±10mm，标高允许偏差:±20mm～-10mm之间

(4)设备就位、找正、找平

设备基础放完线、复查合格后，等基础强度达到70%以上，进行设备就位，在设备除湿机底座四周垫上一圈δ=10mm的耐油橡胶板，除湿机就位找正后，橡胶板应与设备底座边缘平齐，不得有凸出与凹陷，然后对设备进行找平，用0.5Kg线锤测量除湿机正面与侧面的垂直度，两面均应达到1/1000以内，否则在底座下，根据倾斜方向与大小，增垫0.5～1mm,100×150的薄钢板，直到合格为止(每处增加的薄板数不得超过3块)，而离心风机四周地脚螺栓处用δ=20mm,300×300的橡胶垫防震，用与上述相同的方法找平，找平后拧紧地脚螺栓。

(5)设备吊运

除湿设备及风管从库房用汽车运至施工现场，运输途中注意保护。由于设备和材料重量均不是很重，每件约100～300kg，因此，运输机具可在现场临时解决。

(6)锚锭除湿设备吊运

首先在上、下游锚室进口处外侧搭设操作平台，除湿设备通过塔吊，用塔吊运至上、下游锚室门洞外侧平台处，然后打开包装，人工搬运至设备位置，再进行安装。

(7)主缆设备吊运

索塔上横梁干空气制备站采取整体吊运方式，制备站在工程基本完成加工，为吊装方便，分成2个模块，所有内部设备均已安装到位。两模块吊至上横梁，从人孔进入横梁内，现场经简单连接，即可完成制备站的组装。

3.3.2 通风安装

制作好的风管、弯头等部件用汽车运至现场进行组装，首先对现场风管场所进行清场，待设备安装完毕后根据施工设计图进行放线，然后对风管管线进行支、吊架的制作、安装。

风管安装完毕后，进行系统的严密性漏光检测，每10m风管不超过2处漏光，全长不超过8处，且漏光处应用密封胶进行密封处理。

以上工序完工后进行保温，用铝薄保温棉对湿热风管保温，首先在需保温的管道上均匀地粘上塑料钉，然后用剪裁合适的保温棉进行保温，接缝处用铝薄粘胶带密封。

3.3.3 电气安装

(1)电缆敷设

电缆敷设的工艺流程包括:首先安装电缆桥架并敷设电缆保护管，然后敷设电缆并安装电缆头，最后挂标志牌。

(1)电缆桥架安装。电缆桥架为特制的连接板，接应处缝隙要紧密平直，用软铜线作接地线，并与大桥接地系统进行可靠连接。

(2)电缆敷设。敷设前，对电缆进行绝缘电阻测试，合格后用塑料绝缘带作密封处理，防止电缆受潮。敷设时，有序地敷设，逐根安装，逐根卡固。

(3)电缆头制安。电缆头制作前，先对电缆进行绝缘电阻测试，合格后方可开始制作。整个制作过程必须一气呵成，避免电缆受潮。电缆头卡固不得歪斜。

(4)挂标志牌。电缆敷设完成后，将注明电缆相关信息的标志牌悬挂在电缆终端头、拐弯处、交叉处等位置。

(2)配电箱安装

先对配电箱进行定位，然后弹线标明配电箱位，安装配电箱，最后进行绝缘测试，绝缘测试通过后才能通电。

(1)配电箱安装。按弹线位置将配电箱支架安装就位，度校正校平;然后用镀锌螺栓将配电箱固定，找好平正度，并固定牢固。

(2)绝缘测试。配电箱安装完毕，将导线引入箱内，排列整齐，绑扎牢固，用摇表测试线路绝缘合格后压接在端子板上，并逐个校对调试。

(3)传感器安装。锚室除湿系统湿度传感器设置在前后锚室关键位置。传感器如手掌大小。信号线接至除湿机控制箱，并按照图纸与控制箱相接。

主缆除湿系统传感器较多，制备站内传感器在制造时已就位，进排气夹处的集成在主缆通讯箱中，在安装进排气夹时就位。

(4)电气绝缘和测试。电控箱和电缆敷设过程中和之后，根据规范进行接地检查和绝缘测试。全部合格后，方能通电进行单体试车。

3.3.4 进、排气夹安装

进排气夹有两种，一种是全封闭的普通气夹(图3)，另一种是全透明的观察气夹。气夹内壁与主缆钢丝间应具有不小于3cm的间隙，具有环向和直向密封，能够保持3000Pa以上不泄露。

每根主缆跨中最低点排气夹采用了一个可以全角度观察的排气夹(图4)，用以方便观察主缆最不利点的腐蚀情况。

气夹分为向下两半，每半重量不超过100kg，且为薄壁不锈钢材质，具有韧性。安装时在指定位置放置上半气夹，向下施压至与主缆贴合，托举下半气夹，至螺栓孔与上半气夹对中，安装全部螺杆，并在双侧对向同步紧固螺栓，紧固分3次完成。

图3 封闭气夹 下载原图

图4 全角度观察气夹 下载原图

气夹自带环缝及直缝密封橡胶，紧固完成后应达到密封要求。与主缆缠包带一同做气密性实验。

4 气密性检测

在进排气夹的进排气口，用测试设备进行打压，气夹内压力维持在3000Pa，对主缆及进排气夹全面采用刷肥皂水的方式测漏，发现漏点做好标记，统一处理完后再做一次全面测漏，直至消除全部漏点。

5 结语

除湿系统诞生已有20多年，其发展非常迅速，在缠包带出现后，主缆密封出现了极大改善。清水河大桥在国内首次采用“镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的防护体系，施工中充分体现了该体系均匀性好、密封性能强、施工简便、环保性能好等优点。同时，“镀锌钢丝 缠包带 干燥空气除湿”的主缆防护体系在清水河大桥的成功实践，将推动这种防护系统在国内悬索桥主缆防护中的更加广泛的应用与发展。今后，可将缠包带由半自动化施工工艺向自动化、智能化施工工艺的发展作为重点研究方向。

参考文献

[1] 张明闪．清水河大桥缠包带主缆密封防护施工技术．公路，2018,63(11):140-144．

[2] 王凤存，李鹏．基于热熔缠包带与硫化型橡胶密封剂防护的悬索桥主缆模型抗压性能研究．公路，2018,63(04):113-117．

[3] 王浩．大型悬索桥主缆缠包带安装工艺研究．华东公路，2018(02):25-27.

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