苏通长江公路大桥主体防雷设计

贺 森 1 热米拉 · 阿力木 2

摘要:通过对苏通长江公路大桥防雷系统的设计，介绍了大型跨江河桥梁雷电防护工程的设计技术。直击雷的防护主要从大桥的主塔和桥面基础设施着手设计（采用传统的引雷电流泄地方法），并且针对桥梁的电源方面(监控设备、路灯、监控楼、主桥塔顶航空障碍灯)和信号通信部分防雷电感应做了对应的设计（采用安装过电压保护器的方法）。根据苏通长江公路大桥的结构特点和环境特点，结合《建筑物防雷规范》GB50057-2010等相关技术规范，针对性的进行合理的设计，最大限度地减少大桥建成后的雷电风险。

关键词：苏通长江公路大桥；直击雷；雷电感应；防雷工程

1大桥基本概况

苏通大桥工程将南通境内通启高速公路的小海互通立交与常熟境内苏嘉杭高速公路董浜互通立交相连通。全部路线长34公里，整个工程由北岸接线工程、跨江大桥工程和南岸接线工程三大部分组成。工程总投资约65亿元。南岸接线工程：路线总长8．1公里，设一处互通立交；北岸接线工程：路线全长16公里，设两处互通立交，主线收费站、服务区各一处。跨江大桥工程：总长8300米，其中主桥采用双塔双索面钢箱梁斜拉桥。排名世界第二的斜拉桥主孔跨度达1100米；排名世界第二的主塔高度达300米；排名世界第一的斜拉索的长度达580米；排名世界第一的群桩基础平面尺寸为114米×49米。在同类桥梁工程中排名世界第二的专用航道桥采用的是140+280+140=560米的T型刚构梁桥；南北引桥采用的是混凝土连续梁桥。

2直击雷防护工程设计

2.1接闪器、引下线

2.1.1主塔

大桥的主塔部分的防雷设备主要有接闪杆以及接闪带。由于长江上空具有较强的风力，对大桥主塔造成了一定的侵蚀，所以对安装的接闪器，需要考虑其规格，在南、北塔四周的位置处采用明敷的方式设置接闪带，该接闪带采用不锈钢材料，材料的直径为20mm，敷设的接闪带的网格尺寸要小于 或者 ，并且在主塔的四个角落安装一定的接闪杆，接闪杆的材料采用不锈钢材料，材料的直径为80mm，且杆高1.5m,接闪杆要与接闪带充分连接，且需要将接闪杆与大桥内部的主钢筋进行充分的焊接。

大桥主塔顶部的各种金属部件的外壳要与安装的接闪带进行充分的焊接，为了防止雷电流进行室内，通往室内的PE线不与障碍灯的外壳相连，但障碍灯的外壳与接闪带作充分的焊接，从而降低了雷电流在障碍灯位置处产生的电压差。航空障碍灯所使用的金属管道，与接闪带也充分的焊接，为了防止雷电流沿着金属管道进入室内，需要将障碍灯的金属管道在进入室内后进行断开处理。

对于大桥的引下线设计，主要采用大桥内部的主钢筋，大桥内部的主钢筋直径为32mm,且将引下线的上端与接闪器充分的焊接，引下线下段与接地装置相连接。该大桥共计设置4条引下线，且引下线均匀分布于大桥的四周，每条引下线的冲击接地电阻因小于10Ω。

做好大桥的侧击雷防护工程设计也非常重要。主塔采用大桥内部的主钢筋作为引下线，共计有4根，没根引下线的直径为32mm，在大桥主塔外部设置一定的均压环，且将均压环与引下线作充分的焊接，该均压环主要采用大桥内部的一圈横向钢筋，且在横向钢筋每隔5米的位置处，进行焊接处理。

2.1.2大桥斜拉索的防雷设计

苏通大桥的支撑体，主要采用的是斜拉索的方式。该支撑体是苏通大桥的重要的承重部件。所以有必要对斜拉索进行一定的防雷工程设计，该斜拉索主要采用方式为平行钢丝斜拉索。

该平行钢丝索主要有200多根的镀锌钢丝构成，且该镀锌钢丝的直击为7mm，刚丝的外层主要采用双层保护，这两层保护分别为高密度的乙烯防护层、镀锌钢丝。每根平行钢索的直径要大于50mm，总截面积大于5000平方米。由于雷电流的趋肤效应，当斜拉索遭受雷击时，雷电流主要在斜拉索的表面进行运动，因此最外层的斜拉索的截面积大于100平方米，外层的斜拉索对雷电流具有相对较强的防御能力，且由于雷电流发生的时间较为短暂，因此雷电流仅仅会对斜拉索的外层结构造成一定腐蚀影响，并不会造成斜拉索断裂的破坏现象。将斜拉索的锚垫板以及锚具等金属部件分别与大桥主塔内部的接地系统、主钢筋作充分的焊接处理，采用这样的防雷工程设计时，当闪电击中斜拉索时，经过防雷设计后的斜拉索有足够的能力将雷电流释放掉。

2.1.3桥面直击雷防护

由于该苏通大桥的横跨度相对较大，对该大桥采用第二类防雷建筑物进行直击雷的防护，第二类防雷建筑物所对应的滚球半径为45m，对大桥顶端的接闪杆的保护范围进行计算，得出，该接闪杆并不能对整个桥面达到保护的作用。因此，在桥面上的灯柱、栏杆等金属构件，均会遭受到一定的雷击，为了保证这些金属构件以及桥梁结构均不受雷电流的影响。应该将桥面上的灯柱、栏杆等金属构件作为接闪器，并且将这些金属构件的外壳与接地装置作充分的焊接。为了使主桥梁形成一个相对完善的直击雷防护系统，需要将灯柱、栏杆、摄像头等金属设施的外壳与大桥的接地网系统作充分的连接。

桥面采用桥墩内部的主钢筋作为引下线，且采用直径不小于16mm的热镀锌圆钢将盖梁顶与防雷装置相连接，并在适当的位置处加装一定数量的补偿器。

2.1.4桥墩

桥墩的引下线的作用主要为，将桥梁内部出的接地装置向上引出至桥面位置处，向下与大桥的接地装置相连接，桥墩的引下线与桥墩处的钢护筒进行充分的焊接。根据GB50057-2010中规定，对于第二类防雷建筑物的引下线的间隔为18米，但是由于苏通大桥的桥墩之间的距离要远大于18米，因此，需要利用桥墩处的纵向钢筋作为引下线。作为引下线的大桥内部的主钢筋，如果出现了一定的断裂现象，需要在断裂处采用一定的搭接焊接处理，引下线与接地装置作充分的焊接，且焊接缝的长度要下于焊接物最大直径的6倍，因此设计为焊缝长不小于200mm，加L型过渡钢筋在其接地钢筋垂直相交的地方进行跨接。另外，在桥墩支撑桥体的部分出现相对移动的位置处，加装一定数量的装补偿器。

2.1.5管理区

苏通大桥管理处的办公大楼，沿着屋面四周设计合适的接闪带，且在四个屋角处安装一定的接闪短针，接闪带、接闪短针均采用的圆钢，且圆钢的直径要大于8mm。

采用苏通大桥管理处的办公大楼内部的主钢筋作为引下线，且要保证每根引下线的冲击接地电阻小于等于10Ω，每根引下线之间的水平间隔不小于25m。

2.2大桥接地系统

2.2.1大桥主体部分

苏通大桥接地装置主要采用的是群桩基础设施作为大桥的基础结构，其设计如下：

利用大桥基础中相对较长的垂直主钢筋作为接地装置，然后将外部的桩基础内的桩钢筋作从分的焊接，保证气电气相通，接地装置与钢护筒也要作充分的焊接，这些相互焊接的整个结构作为大桥的接地极。利用大桥各个柱基内的垂直主钢筋作为接地装置时，在各个分段的位置处采用搭接焊接的处理。在对承台进行灌注前，采用水平连接导体将承台内部所有的主钢筋以及钢护筒作从分的焊接处理。

将苏通大桥桥面上的所有金属外壳尽心连接，从而构成了等电位连接网络，且将承台内的接地装置与等电位网络相连接，保证其电气相通。

2.2.2管理区部分

对于大桥的管理处的大楼，主要采用的是楼内主钢筋作为自然接地结构，将桥面上的接地装置、以及整个接地网与大桥的整个接地系统相连接，从而在一定程度上减少了雷电流在金属构件上产生的跨步电压，从而实现了管理区大楼的等电位连接。

参考文献

[1] 张鹃, 林卓宏, 翟玉泰,等. 江门东华大桥防雷工程综合设计方案[J]. 气象研究与应用, 2010, 31(z2):187-187.

[2] 伏绳武, 葛蕾. 兴化市杭州路大桥的防雷设计[J]. 江苏科技信息, 2014(13):24-25.

作者简介：贺森，1994.08.01，男，汉，陕西省三原县人，本科学历，助理工程师，从事雷电工程，防雷减灾工作

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