王毅力

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國橋梁建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，橋梁的規(guī)模和數(shù)量快速增長，我國已躍升為世界橋梁強(qiáng)國。然而，對(duì)于很多跨江、跨海大橋因其橋上建筑高、跨徑大，且多位于江面或海面等空曠區(qū)域，受地形條件的影響，極易遭受雷擊破壞，發(fā)生雷擊的概率也遠(yuǎn)大于周圍區(qū)域。

橋梁遭受雷擊可能造成的破壞有：危及行人人身安全、損壞橋梁各類電子設(shè)備、破壞橋梁主塔、斜拉索等主體結(jié)構(gòu)及其他附屬設(shè)施[1-2]。因此，橋梁防雷設(shè)計(jì)是整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié)。本文以蔡家嘉陵江大橋?yàn)楣こ瘫尘?，探討橋梁防雷的設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

重慶蔡家嘉陵江大橋工程北接兩江新區(qū)蔡家組團(tuán)，南接禮嘉組團(tuán)，大橋橋址位于渝武高速馬鞍石大橋上游1.6 km、軌道6號(hào)線嘉陵江大橋下游1.0 km處。主橋采用雙塔雙索面等高塔斜拉橋，跨徑布置為(140+320+140) m，H形橋塔，塔梁固結(jié)，塔高約225 m，其中橋面以上約109 m[3]。蔡家嘉陵江大橋橋型布置如圖1所示。

2 橋梁防雷設(shè)計(jì)

1) 防雷設(shè)計(jì)原則

根據(jù)QX/T 330—2016《大型橋梁防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，大型橋梁主體應(yīng)按第二類防雷建筑物設(shè)計(jì)[4-5]。

防雷設(shè)計(jì)主要是保護(hù)主橋的結(jié)構(gòu)安全，盡量減少雷害對(duì)構(gòu)筑物的損壞。防雷措施力求安全有效、經(jīng)濟(jì)耐用、維護(hù)方便。在保證安全的前提下，盡量利用主橋結(jié)構(gòu)鋼筋做防雷設(shè)施。

根據(jù)大橋結(jié)構(gòu)型式，防雷設(shè)計(jì)措施主要包括：(1) 在主橋塔頂設(shè)置避雷針，在主橋兩邊最外緣斜拉索通長敷設(shè)避雷帶防直擊雷；(2) 將主橋橋塔四周的主筋從上到下連通作為防雷引下線；(3) 利用基礎(chǔ)承臺(tái)及樁基主筋作為防雷自然接地體；(4) 利用混凝土箱梁內(nèi)主筋連通作為主橋縱向等電位連接[6]。

單位：cm

圖1 蔡家大橋橋型布置

Fig.1 Layout of Caijia Bridge

2) 塔頂及斜拉索防雷

為有效增大雷擊防護(hù)范圍，保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域，在2個(gè)橋塔頂各安裝2顆(共4顆)5 m高的提前預(yù)放電避雷針。根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算避雷針保護(hù)半徑[7]。

圖2 2支等高接閃桿的保護(hù)范圍

圖2中參數(shù)按下式計(jì)算：

式中：r0為接閃桿在塔頂?shù)谋Ｗo(hù)半徑，計(jì)算得r0=20.62 m；h為接閃桿高度，h=5.0 m；hr為滾球半徑，hr=45 m；b0為縱橋向最小保護(hù)寬度，計(jì)算得b0=11.66 m；D為2支接閃桿距離，D=34 m。

避雷針金屬主體及支撐桿、底座均采用不銹鋼材料，采用Φ12鍍鋅圓鋼將避雷針底座與防雷引下線可靠連接。利用橋塔頂金屬欄桿焊接連通作避雷帶，并與防雷引下線可靠連接。沿每個(gè)橋塔最上層斜拉索通長敷設(shè)一根Φ12圓鋼作避雷帶，避雷帶上部與塔頂防雷接閃器可靠連接，下部與橋面拉索鋼套筒外壁可靠焊接，鋼套筒主體與箱梁內(nèi)防雷結(jié)構(gòu)主筋可靠連接，保持良好電氣通路。塔頂防雷設(shè)施如圖3所示[8]。

圖3 塔頂防雷設(shè)施布置

3) 橋塔防雷

利用所有橋塔及橋墩結(jié)構(gòu)柱內(nèi)4個(gè)角上各一根縱向主筋上下連通作為防雷引下線，引下線間距小于12 m[9]。結(jié)構(gòu)柱內(nèi)四角引下線每隔6 m需用 50 mm×10 mm扁鋼橫向焊接一次作為均壓環(huán)，使主筋保持電氣連通。為便于接地電阻測(cè)試，在橋塔距橋面上 1 m 高處，在橋塔內(nèi)側(cè)兩角各焊接一塊100 mm×100 mm×6 mm不銹鋼接地電阻測(cè)試板，測(cè)試鋼板須與橋塔內(nèi)防雷引下線可靠連接。每處防雷接地引下線的沖擊接地電阻要求不大于10 Ω。

4) 基礎(chǔ)防雷接地

利用橋梁基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為接地裝置，橋墩和橋塔利用基礎(chǔ)承臺(tái)及樁基主筋縱向焊接連通作為自然接地裝置[10-11]。橋墩、橋塔結(jié)構(gòu)內(nèi)防雷引下線均需與承臺(tái)內(nèi)主筋可靠焊接。承臺(tái)上下層主筋、承臺(tái)下層主筋與樁基礎(chǔ)主筋之間，均采用2根Φ≥12圓鋼可靠搭接，保持電氣通路暢通。為便于增加輔助接地裝置，橋墩距承臺(tái)頂面上1 m高處，沿結(jié)構(gòu)四角各焊接一塊100 mm×100 mm×6 mm不銹鋼輔助接地板，接地鋼板須與橋塔(墩)內(nèi)防雷引下線可靠連接。輔助接地鋼板在水面以下可采用水泥砂漿防護(hù)，厚度不小于50 mm，并有明顯標(biāo)記。橋塔(墩)基礎(chǔ)防雷接地示意如圖4所示。

單位：mm

5) 橋面防雷

橋面縱向兩側(cè)應(yīng)設(shè)置截面積不小于100 mm2、厚度不小于4 mm的熱鍍鋅扁鋼，作為橋面等電位連接帶，并與橋墩引下線連接，橋面伸縮縫兩側(cè)的等電位連接帶應(yīng)作U形自由變形處理[12]，如圖5所示。

單位：mm

橋面上的燈桿、廣告牌、爬梯、電梯架、交通指示牌等附屬金屬設(shè)施應(yīng)與橋面等電位連接帶連接。防撞護(hù)欄、桁架、金屬欄桿、金屬隔離帶、行車架等縱向通長金屬物應(yīng)沿橋面縱向每隔25 m與等電位連接帶連接，并應(yīng)在首末端作接地處理。橋面通長布設(shè)的各類電力、通信、信號(hào)等金屬線纜或金屬管道應(yīng)與等電位連接帶連接。橋面等電位連接帶應(yīng)在橋墩位置相應(yīng)處和橋梁縱向每隔不大于30 m與主梁作連接。斜拉索與索塔和主梁錨固處的金屬錨具應(yīng)就近與已接地的橋梁金屬體作連接。

3 結(jié)束語

1) 防雷工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，完善的防雷設(shè)計(jì)，不僅要考慮索塔的直擊雷防護(hù)，同時(shí)還要考慮拉索及橋面車輛、行人的直擊雷防護(hù)，以及橋面上外場(chǎng)設(shè)備的雷電防護(hù)。

2) 目前防雷設(shè)計(jì)普遍利用橋梁本身的金屬結(jié)構(gòu)作為防雷裝置，但由于橋梁墩與墩、墩與臺(tái)之間引下線的間距限制，需要將更多的注意力集中在等電位連接，以期盡可能降低雷電的危害。

3) 重慶蔡家嘉陵江大橋是大跨徑混凝土梁斜拉橋，施工難度高，設(shè)計(jì)難度大，其防雷設(shè)計(jì)汲取了國內(nèi)外其它橋梁防雷設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成了集塔頂及斜拉索防雷、橋塔防雷、基礎(chǔ)防雷接地、橋面防雷等一體化的防雷系統(tǒng)，對(duì)大橋做到全面的防雷保護(hù)，供類似橋梁工程防雷設(shè)計(jì)參考。