黄埔大桥承重缆索防火防腐关键技术研究与应用

工程概况

国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）项目位于广州东南部经济产业带，是广州绕城高速（G1508）和广澳高速（G0425）在广州并线的控制性工程，起于广州市黄埔区火村，与广州北二环高速公路及广深高速公路相接，终点位于番禺区化龙镇。

项目路线全长 18.694km ， 按远期八车道高速公路标准建设，路基宽34.5m，设计行车速度100km/h。项目主要结构工程包括特大桥1座、大桥4座、互通立交4处、分离式立交桥 4 处、长隧道1座。 代表性工程为珠江黄埔特大桥和龙头山隧道。其中， 珠江黄埔大桥是在建时广东省内规模最大的桥梁， 全长7016.5m，包括主跨383m独塔双索面钢箱梁斜拉桥、主跨1108m整体式钢箱梁悬索桥和大跨度等截面连续梁桥。

国道主干线广州绕城公路东段（珠江黄埔大桥）项目是广州东部连接黄埔区和番禺区的重要通道，其健康安全运营对实现广州“北优南拓、东调西联”和促进粤港澳大湾区经济发展有着极为重要的意义。

自2008年底开通运营以来，黄埔大桥缆索体系整体情况良好，但也存在主缆及吊索防护体系局部老化开裂破损、斜拉索PE护套开裂等问题，有害水气、离子等进入缆索内部腐蚀钢丝，导致强度衰减，影响桥梁结构安全；另外一方面，黄埔大桥交通流量大，危化品运输车辆多（日均3000多辆），运营至今已发生多起车致火灾，虽处理得当未造成重大损失，但也为桥梁管养安全敲响警钟。开展黄埔大桥承重缆索防火防腐关键技术研究与应用，旨在增强其缆索系统抗火等级及密封防腐能力，降低受灾风险（腐蚀风险、火灾风险），从而提高黄埔大桥的运营安全系数。

为此，黄埔大桥公司组织开展桥梁承重缆索防火防腐关键技术研究与应用，研发了桥梁缆索纤维密封防火隔热防护体系——采用具有自粘性能的FCFR抗火带为防火隔温层（热传导系数仅为0.069W/(m·K)540℃）、采用耐火阻燃纤维密封胶和玄武岩纤维增强专业布进行一道或多道黏缠一体式自然固化工艺形成的B-FRS密封带作为阻燃密封层（A3级防火、V-0级阻燃、点燃温度＞600℃），具有特别优异的防火隔热性能和气密承压性能（可承受气压强度＞0.4MPa）的缆索系统防护体系。

黄埔大桥承重缆索防火防腐技术采用桥梁缆索体系整体分级防火防护的技术标准：

①南汊悬索桥主缆防护方案为：防火区段（桥面垂直高度0-15米）施作FCFR抗火带+增强型B-FRS密封带（四胶三布）进行抗火密封防护；其余区域主缆仅施加增强型B-FRS密封带（四胶三布）进行阻燃密封防腐。

②南汊悬索桥吊索防护方案：防火区段（桥面垂直高度0-12m）施作FCFR抗火带+普通型B-FRS密封带（三胶两布）进行抗火密封防护；其余区域吊索仅使用B-FRS密封带（三胶两布）进行阻燃密封防腐。

③北汊斜拉桥拉索防护方案：防火区段（桥面垂直高度0-12m）使用FCFR抗火带+普通型B-FRS密封带（三胶两布）进行抗火密封防护；阻燃区段（桥面垂直高度12m-15m）仅使用普通型B-FRS密封带（三胶两布）进行阻燃密封防护。桥梁缆索纤维密封防火隔热防护体系克服了传统防护结构易燃不隔热、抗力学损伤和密封效果以及耐久性不理想的问题，在充分吸收不同防护结构及不同材料优点的基础上，达到耐久密封、隔热防火的效果。黄埔大桥缆索防护技术可实现1000℃火场环境下（油罐车燃烧），持续60min，缆索钢丝束表面温度不超300℃的使用要求，从而实现不同火灾场景下对缆索结构的有效保护，有效解决黄埔大桥运营过程外部最大风险源威胁问题。

主要创新点

本项目针对桥梁承重缆索结构腐蚀、火损导致使用安全和耐久等突出问题，从缆索体系耐候密封防护抗腐蚀和耐火隔热保护抗灾变的技术原理、方法、标准和材料、产品、工艺等，系统开展多领域、跨学科的产学研用合作研究，取得成套原创性成果。

1.通过桥梁承重缆索病害调查和病理特征分析及试验验证，首次提出了耐600℃高温、水密性和气密性满足20年以上良好使用寿命的缆索防护纤维增强密封技术（FRS密封技术），研发了点燃温度＞600℃、拉伸强度＞1900N/25mm、承气压强＞0.4MPa的具有优良抗力学变形、耐气体压力、耐腐蚀、阻燃耐高温等综合性能优异的玄武岩纤维增强密封胶带（B-FRS密封带），以及多道黏缠一体式自然固化密封施工工艺，其密封性能远超既有缆索密封防护结构，长效解决了缆索因钢丝拉伸蠕变、热膨胀应力和环境损害造成防护结构早期开裂、老化破坏问题。

“FRS”密封技术是一种利用高性能耐火阻燃纤维密封胶和高性能玄武岩纤维增强专业布，采用一道或多道黏缠一体式自然固化工艺，形成抗力学损伤、拉伸性能和密封效果优异的纤维增强复式密封缆索保护结构。纤维密封技术克服了传统防护结构抗力学损伤、密封效果、耐高温以及耐久性不理想的问题，又吸收了不同防护结构及不同材料优点达到耐久密封效果。该技术可广泛应用于包括异型结构在内的钢结构密封防护、耐火隔热防护、抗力学损伤防护等。

图1 缆索（钢结构）纤维密封技术设计

B-FRS密封带是一种玄武岩纤维增强密封胶带，具有优良的抗力学变形、耐气体压力、耐紫外线、阻燃耐高温等性能。B-FRS密封带分为普通型（厚度3.0mm）和增强型（厚度3.5mm）两种。普通型B-FRS密封带使用的是2层I型玄武岩纤维复合专业布；增强型B-FRS密封带使用的是2层I型和1层II型玄武岩纤维复合专业布，其层间布置形式为：I型+II型+I型玄武岩纤维复合专业布。

2.采用事故分析、数值模拟分析和实体模型燃烧验证等方法，首次提出集耐火隔热密封功能一体的缆索防火技术（FCFR防火技术）和桥梁缆索体系整体分级防火防护的技术标准，研发抗火耐火（540℃热传导系数仅0.069W/(m·K)）、抗拉伸（拉伸强度＞400N/25mm）、阻燃隔热（隔热温度约270℃）等综合性能优异的自粘式纤维复合抗火带（FCFR抗火带），解决了缆索防火没有标准和没有抗火隔热防护产品的问题。

缆索防火技术（称FCFR防火技术）是一种利用纤维复合抗火带的耐火隔热功能，根据缆索系统不同结构采用分级保护形式，确保火场环境下缆索钢丝表面温度 满足抗火标准的做法。

生产、应用及推广情况

成套技术成果已在广州珠江黄埔大桥（斜拉桥、悬索桥）成功应用。斜拉桥全桥拉索实施B-FRS密封带1069.41m 2 、FCFR抗火带877.49m 2 ；悬索桥主缆实施B-FRS密封带8808m 2 、FCFR抗火带1371m 2 ，吊索实施B-FRS密封带面积1980m 2 、FCFR抗火带1980m 2 。纤维密封防火隔热防护技术的成功应用将提升黄埔大桥安全和抗灾变能力，长效解决了缆索体系使用安全问题，并将有效延长缆索体系的使用寿命和降低大桥运行维护成本。

施工企业依托研究成果实施了瓯江北口大桥主缆防护工程、 邳州 运河大桥吊索防护工程等项目；产品生产企业实现生产销售耐火阻燃纤维密封胶35000 kg、FCFR抗火带3000m2、纤维增强专业布6000m2。目前，国内部分企业提出了技术应用意向及采购订单，近期有合作计划在横门西特大桥、洪奇沥特大桥等项目推广应用。