团队顺利完成了深圳湾大桥检测项目【附深圳湾大桥钢缆断裂事件分析】

2019年2月15日，一名工程师在例行检查中，发现香港段高架桥内一根钢缆整根出现了断裂。抽出后检查，钢缆断裂位置受到了严重的锈蚀影响。

深圳湾大桥的高架桥桥面是单孔的梯形箱梁，箱梁设置有预应力钢缆用于增强承载力。

箱梁两侧各布置有4根外部钢缆，这次断裂的是右边的其中一根。

箱梁中断裂的外部钢缆

钢缆被整根抽出来进行详细观察。

在P5桥墩处，断裂的钢缆大致呈一个倾斜的破坏面。在破坏面的上半部分，几乎所有钢绞线都出现了不同程度的锈蚀；而破坏面的下半部分，则所有的钢绞线都完好如新。

为什么在水泥浆包裹下，钢缆仍会出现锈蚀？

从断裂钢缆的内侧面观察，发现了锈蚀的钢绞线上不均匀地附着有一些白色粉末。经过化验，这些都是水泥返碱的产物。

被拆卸下来的P1处钢缆，与P5位置钢缆相同，位于大桥桥墩处，并设置有锚头。锚头主要作用是固定预应力张拉后的钢缆。

把P1位置处钢缆的排气管拆出观察，可以发现内部填有凝固的水泥浆体，这与P1钢缆的钢绞线完全被水泥浆体包裹的事实是一致的。

与之相反，P5锚头处的排气管则没有发现凝固的水泥浆，仅在孔口发现一些残余的灰尘。

排气管的残灰被提取样本进行化学分析，以了解其物质组成。通过电子显微镜（SEM）与X射线能谱分析（EDAX），残灰主要由两部分物质组成:

第一部分是灰尘和铁粉的混合物，可能是钢绞线安装和施加预应力后，钢绞线脱落下的产物。这种混合物在P5锚头的喇叭口底部也找到了类似的物质。另一部分则是水泥浆，但是却有很高的水灰比。这种高水灰比的水泥浆，应该是返碱时水泥表面的泌水混合物。

多方面证据下，P5钢缆处没有填满水泥浆的可能性越来越大。之所以没有填满，关键就在排气管和喇叭口发现的残灰。

为了进一步确认水泥为什么没有填满钢缆管道内部，需要先找到水泥浆是从哪里注入钢缆的。

对现场进行踏勘后，在钢缆HPDE管道外表面上找到了水泥浆注入点的痕迹。通过对比施工方案，事发钢缆的水泥浆注入点位于P2桥墩与P3桥墩之间的低点。也就是说，水泥浆从该位置处被注入，最后从锚头处的排气管排出，从而填满整根钢缆。

由于P5附近水泥浆压力的下降，导致流动速度降低。然而，水泥浆压入点的注浆压力并不会因此降低，两者之间的压力差，使得在P5锚头附近出现了涌浪效应。

涌浪效应令P5锚头处的空气和水泥浆混合物产生震荡，卷起了喇叭口底部的残灰，残灰进而被冲进了塑料排气管，造成了排气管的堵塞。这就是为什么会在排气管内找到属于喇叭口底部的物质。

堵塞在排气管的残灰是致命的。如果残灰颗粒再大一点，也许就不会冲进排气管；如果颗粒再小一点，也许就能在压力下直接冲出排气管，可惜没有如果。

如前面分析，在钢缆管道内部注浆过程中，由于喇叭口底部的残灰被冲进了排气管造成堵塞，P5锚头处的空气未完全得到释放，在施工结束后形成了残留气穴。

在空气水泥浆表面泌水的作用下，未被水泥浆包裹的上部钢绞线逐渐发生了锈蚀。当钢绞线锈蚀到一定程度后，不断缩小的截面再也无法承受拉力，最终引发了整体拉伸断裂。

另外，注浆点与锚头的距离过远则进一步助推了事故从偶然转变为必然。

断裂钢缆长度约为280m，注浆点位于距锚头P5约170m处。在注浆过程中，水泥浆需要通过具有多个曲率变化的折线型管道，从而更容易发生沿管道的压力损失。如果距离没那么远，或者管道不是折线型布置，即使残灰堵塞了排气管，水泥浆的压力没有过多损失，可能就会有足够的压力把残灰压出排气管，管道内的空气就能得到完全释放。最终事故很可能就不会发生。

在钢缆断裂后，调查组对高架桥的设计方案进行了全方位的审核，包括所有计算分析和设计图纸，以检验大桥的安全性能是否有受到明显影响。

幸运的是，大桥的设计足够保守。对于外部钢缆，即使任意两根钢缆发生了断裂，桥梁也不会发生整体倒塌。这再一次说明了桥梁工程中冗余度的重要性。

即使旁边再断一根钢缆，桥梁也不会出现整体倒塌。事故发生后，大桥高架段随后一个月内完成了断裂钢缆的更换。

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