运宝黄河大桥防雷工程设计

武瑞兵

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

引言

运宝黄河大桥是山西省高速公路网规划“三纵十二横十二环”西纵的重要组成部分，位于“西纵”右玉杀虎口—芮城刘堡的最南端，在芮城县陌南镇柳湾村附近跨越黄河进入河南，接三门峡至淅川高速公路晋豫省界至灵宝段起点，桥梁全长1 690 m。大桥采用双向六车道高速公路标准，设计行车速度80 km/h，桥梁宽度32 m；设计汽车荷载等级采用公路Ⅰ级[1]。

运城地区的年平均雷暴日约23 d，是个多雷区，桥梁处于水陆交界处，地势空旷，是雷暴极易发生的区域。桥梁在没完善防雷设施的情况下极易遭受雷击，除直接造成人员伤亡外，还会直击桥体高处，如桥拱顶、斜拉塔的塔顶等部位，破坏桥体，雷击散落的混凝土块也会砸坏过往车辆和养护人员，长跨度公路桥梁应有完善的防雷设施。运宝黄河大桥作为典型的斜拉索桥，应考虑防雷设计问题。

1 运宝黄河大桥概况

运宝黄河大桥由引桥、主桥、副桥三部分组成，其中主桥采用波形钢腹板箱梁-矮塔斜拉桥结构，主桥全长620 m，桥面净宽：2×14.5 m。主桥为由3座矮塔构成的斜拉索桥，主桥结构110 m+2×200 m+110 m。

图1 主塔立体/m

2 大桥主塔的防雷设计

大桥主塔高33 m，起着固定拉索和承受拉索的力的作用。根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）[3]附录A中的规定，预计雷击次数中的校正系数K=2，考虑其长度较长，接地引入线的引线阻抗较大，该大桥（严格来讲属于构造物，不属于建筑物）的防雷设施可参照第二类防雷建筑物要求进行设计。防雷接地体，利用主塔的基础桩筋作垂直自然接地体和承台内的钢筋网作水平接地体极，见图2。

图2 主塔承台内的防雷接地/cm

虚线表示水平接地体，利用承台钢筋网里两根钢筋（一般直径≥16 mm）作水平接地体。承台内每个桩有两根桩筋与水平接地体焊接连通，水平接地体要与用作引下线的主塔桩内钢筋焊接连通。

在主塔的横梁两边，靠近桥面板处用4×40 mm热镀锌扁钢做出预留端子（设置预留是为了主塔防雷系统与桥面防雷系统连接）。主塔的防直击雷和侧击雷应在塔高30 m以上沿塔四周设置水平环形均压坏，并与塔体钢筋结构主筋连接。塔顶设置Φ12 mm热镀锌圆钢作为接闪带，在主塔顶的各角安装1 m高 的避雷针，接闪针用Φ20 mm不锈钢制作。塔顶上的金属物（如航空障碍灯等）[2]应与接闪带焊接， 见图3。

图3 横梁防雷均衡网

3 拉索的防雷保护

拉索是以斜吊的方式固定桥面的，其一端固定于主塔，另一端固定于桥面。由于拉索由主塔引下，索网散开宽度大且高，容易遭受雷击，保护方法是将拉索上、下两端均应与防雷装置连接，但注意的是施工时不能直接用钢筋与拉索焊接（焊接会降低拉索的强度），只需将拉索外的金属套管的上、下两端与就近的防雷装置可靠连接即可。

4 桥面的防雷设计

为确保桥面上的车辆人员免遭直接和间接的雷击伤害及路灯系统的正常使用，需利用大桥两边的金属灯杆作接闪器加以保护，具体的施工方法是利用大桥两边的护栏内两根纵向钢筋，焊接连通作防雷均压环，均压环就近与灯杆焊接连通，与经过由桥墩处引上的引下线焊接连通。均压环在主桥上与拉索套管焊接连通，在主塔处与已预留出的端子连通。注意护栏上的防雷钢筋与引下线连接时要考虑桥面对桥墩的水平、垂直移动，需要设置补偿器。应充分利用桥体上的各类金属物和金属杆作为接闪器接闪雷电。

5 桥面引下线及接地装置

桥墩是安装引下线及接地装置的位置。引下线是利用桥墩内钢筋引上，在盖梁顶上用Φ16 mm的热镀锌圆钢引上与护栏内的防雷钢筋焊接。接地体亦利用桥墩承台内钢筋网及桩筋作接地体，每个桩焊接两根桩筋。由于桥体上一般在两侧都分别设置与整个桥体接地系统相连接的专用接地干线，应利用该专用干线作为桥体防雷引下线。

大桥主墩与过渡桥墩互不连接，需要用人工地网将其连接，在大桥护栏纵向防雷钢筋的两端要设置人工地网，使大桥的金属体接地电阻在4 Ω之内。

6 设备的防雷保护

为保障大桥的供电系统正常运作，桥面上的灯杆均须与防雷装置连接，在电源处安装过电压保护器，在主塔上的装饰灯电源处也要安装过电压保护器，并符合相应性能参数要求。大桥内过河缆线的金属套管在桥的两端及引下线处与防雷装置连接。至于通信系统，监控系统等弱电设备还要考虑电子感应、雷电波侵入和雷电地电位反击三个方面进行综合防护，将雷电能量抑止、转换到所允许的安全范围内。

7 结语

斜拉索桥梁因其结构上的特殊性，大桥设计和施工应注意：（1）在塔顶处，由于维护难度大，施工成本高，要选用免维护耐腐蚀材料，如不锈钢或其他合成金属材料。（2）桥面、引桥、引道上诸如路灯杆、外场摄像头、标识牌、信息板等金属物应与主桥梁形成完整的防雷系统，各金属物就近与接地体相连接。（3）在桥梁下面位置相连的部分有相对移动的情况，并非固定，要采用相应的补偿处理，如桥体间的伸缩缝、桥墩支承桥体处及主塔支承桥体处。（4）在隐蔽工程施工中，纵横钢筋布置密度大，应将作为防雷的接闪器、引下线、地网等钢筋作好标志，并可靠连接，以防止焊错主筋，造成接地中断错误，延误工期。（5）在施工过程中，雷暴天气时有发生，考虑到保护工地的施工用电及总电源，在总电源进线处需安装适配的过电压保护器。