索道桥设计及缺陷治理问题探讨

徐章洁游选成

摘要：索道桥在水电站建设期间作为临时交通的重要通道，得到越来越广泛的应用。本文以某水电站下游施工桥为例，探讨索道桥的设计及其在运营过程中产生的缺陷损坏问题，为索道桥的工程设计、施工及运营管理提供参考。

关键词：索道桥设计；调索；缺陷治理；运营管理

1概述

现代索道桥主要由锚碇、承重索系统、桥面、稳定结构四大部分组成，通常以钢丝绳、钢绞线或平行钢束作为主要承重构件，以钢横梁作为主索的横向联系构件，在桥面索上铺木板或钢板作为桥面板，并以对称布置于两岸的锚碇来锚固整座桥梁的承重索，将索拉力传给地基。

索道桥由于其适应跨度大，施工周期短，造价相对较低，因而在水电站建设期间作为两岸临时交通衔接的重要手段，得到越来越广泛的应用。但由于索道桥目前还没有相应的设计及施工规范规程，因此其设计主要依靠线弹性阶段理论分析为依据，施工控制主要参考现有公路桥涵施工技术规范。

2索道桥设计

2.1索道桥总体布置

某水电站场内交通工程下游施工桥，设计主跨为226m，左右岸锚碇长度均为15m，桥梁全长256m。设计桥面宽度为：4.5m单车道+两侧各0.75m宽人行道；设计荷载为：单车-60t；设计行车速度为：不超过10km/h；设计桥梁主缆垂度为：6.4m；桥梁设计使用年限为：6年；桥梁总体布置图如图1所示。

图1索道桥桥梁总体布置图

2.2主索设计

桥梁主索由桥面索、人行道索和稳定索组成，共48根。其中桥面索30根、人行道索6根、稳定索12根。主索采用Ф52—6×37+IWR—1770钢芯钢丝绳，要求使用前按照设计单索拉力的1.5倍（约650kN）进行预张拉处理，以基本消除钢丝绳的非弹性变形。

2.3桥面系设计

全桥从两岸向跨中由疏渐密配置31根横梁，将全桥分为32个桥节，每个桥节宽度5～10m不等，中间稍密，两段渐稀。横梁采用16Mn钢板焊接而成，断面为工字型，梁高50cm，腹板厚度10mm，翼缘板宽20cm，板厚16mm，梁长13m。由于桥梁跨度较大，为增加桥梁的横向稳定性，横梁设计为倒八字形。

桥梁车行道板及人行道板均采用云南二级以上松木。车行道横桥板尺寸为4900×200×100mm，车行道纵桥板尺寸为4000×230×70mm，人行道板尺寸为1100×250×50mm。为增加车行道板的耐磨性能，车行道板上左右车轮位置增设2块3mm厚花纹钢板作为护板。

2.4锚碇设计

索道桥的锚碇方式通常有地锚式、重力式、锚杆式、锚索式、组合式等几种。由于本桥桥位区两岸覆盖较厚的第四系松散堆积物，主要为冲积（alQ3～4）漂卵砾石层，故左、右岸锚碇均采用重力式锚碇，利用锚碇与土体的摩擦力平衡主索拉力。两岸锚碇设计尺寸均为：长15m，高9.8m，上部5.8m高度内宽14m，下部4m高度内宽16m。锚碇内预设直径为700mm，厚度18mm的钢管锚梁，锚梁内灌筑C40混凝土。

锚碇内锚索一端缠绕锚梁两圈后采用8个绳夹固定，另一端绕过连接调整器后同样采用8个绳夹固定。由于锚索需连接调整器，而钢芯去除比较困难，故为便于弯折，缠绕钢管的锚索钢丝绳采用Ф54—6×37+FC—1770的纤维芯钢丝绳。埋入锚碇内的主索、锚索及连接调整器均先涂刷一遍黄油，再用玻璃纤维布缠绕两圈，然后再在表面涂刷一遍黄油，使锚碇内的钢丝绳不与混凝土连接。

3桥梁运营过程中产生的缺陷

桥梁施工完成时经荷载试验检测，表明桥梁试验时结构处于弹性工作范围，承载力满足设计要求。

但桥梁投入运营后，由于正处于电站建设的高峰期，桥梁保持长时间持续高强度的运输通行需求，导致桥面系部分构件出现如下一些缺陷损坏，对行车舒适度及行车安全均存在一定隐患。

3.1桥面系护板底衬脱落

（1）缺陷情况

索道桥车行道桥面设置有3mm厚花纹钢板，可对木桥面板起保护作用。花纹钢板采用螺栓固定，螺栓穿过木桥面板，底部采用3mm厚，30mm宽，长1320mm的钢板作为护板底衬，以便横桥向连接螺栓，增加桥面系的整体性，如图2所示。

分析护板底衬脱落的原因，主要是由于索道桥桥面系各构件之间，即：纵横向桥道板之间，桥面钢护板与行车道板之间，以及行车道板与主索之间均未有紧密连接，整体性不好，主索在荷载作用下产生变形后，容易导致护板底衬脱落。另外，施工时螺帽安装后未拧紧到位，也易导致螺帽松动脱落，从而导致护板底衬脱落。

（2）治理措施

桥梁维修治理时，更换所有护板底衬，并增加护板底衬厚度至6mm，增加护板底衬宽度至40mm，同时将穿过桥面板及护板底衬的螺栓端部螺母与护板底衬焊接，从而增强护板底衬对螺栓的横向连接，并防止螺母掉落。

3.2桥面行车道花纹钢板卷曲开裂

（1）缺陷情况:设计时为增加行车道板的耐磨性能，在车行道板上左右车轮位置增设2块3mm厚花纹钢板作为护板。由于桥梁运营期车流强度大，桥面钢板出现了不同程度的卷曲开裂。

（2）治理措施:桥梁维修治理时，更换所有车行道桥面护面钢板，并增加花纹钢板的厚度至6mm。

3.3车行道横桥板部分折断

（1）缺陷情况

本桥在运营过程中，出现部分行车道横桥板折断的问题，横桥板折断部位沿纵桥向几乎处于一条直线上。

造成该种缺陷的原因可能有三种，一种是因为钢丝绳初始张拉不到位，致使其后期变形不一致；第二种是钢丝绳空缆状态下调索不到位，导致同一断面上钢丝绳不水平。这两种原因均会造成钢丝绳在荷载作用下同一断面处不水平，以至于车轮碾压后桥面板承受较大弯矩而折断。第三种是桥梁在实际运营过程中未按照设计要求管理，车辆超载、超速严重，桥梁长期超负荷运行，致使车行道板损坏。

因此，钢丝绳的初始张拉及架设后的调索十分重要，其施工质量的好坏直接影响索道桥的运营安全。但施工时各主索的矢度完全一致难以达到，黄绍金,刘陌生[1]指出，220~280m跨度范围内，主索矢度的允许误差为±7cm。

（2）治理措施

由于主索连接调整器已浇筑于锚碇中，将锚碇混凝土凿除后重新调索的造价高，施工周期长，因此难以实施。故本桥的维修方案主要为：更换损坏的桥面板，并加强对桥梁运营的管理和维护。

4结论:

通过该索道桥的设计以及后期运营过程中发现的缺陷损坏治理，总结得出以下关于索道桥的设计经验，可为后期同类型索道桥的设计、施工和管理提供一定参考：

（1）索道桥桥面系整体性较差，车辆荷载作用下桥面变形大，设计时应考虑采取措施增大桥面整体性：如采用适当增大护板底衬的厚度，或将螺栓底部螺帽与护板底衬焊接，以增强护板底衬对螺栓的横向连接作用等措施。

（2）对于桥梁运营强度大、设计使用年限较长时，可适当增加车行道桥面钢护板厚度或考虑采用钢桥面板替代木桥面板[2]。

（3）索道桥主索的初始张拉及架设时的矢度调整至关重要，施工时应加强质量控制，必须按照设计要求进行初始张拉，且施工时矢度调整必须到位，尽量保证主索矢度的一致性。

（4）索道桥的运营管理对索道桥的使用寿命及运行安全影响也非常大，若通行车辆长期超速、超载行驶，将对桥面系构件造成较大的不利影响，因此应重视索道桥的运营管理工作。

参考文献:

[1]黄绍金,刘陌生.现代索道桥(M).北京:人民交通出版社,2004:96-97；

[2]陈东,邹建平,胡光荣,李斌,林志超.云南德钦县拖顶乡公路索道桥简介[J].价值工程,2012,31(35):63-65；

[3]陈春武.关于索道桥施工关键技术的探讨[J].林业建设,2006,(4):23-25;

[4]刘洪超.观音岩水电站索道桥工程施工[J].东北水利水电,2008,26(1):23-25.