現代橋梁在防雷方面，主要是根據閃電理論及防雷的六大因素進行設計，其中有安裝多支避雷針形式或避雷網形式，也有采用避雷帶形式，不論采用什么形式的防雷系統，垮海大橋在開闊的海洋面上，極容易遭受雷擊。所以垮海大橋應按一級防雷的保護措施設計，接閃器采用避雷針（帶）組合接閃器，在防雷方面則比普通建筑物要求高。首先必須考慮防雷效果，同時還應考慮施工問題。
現在有人認為購買*避雷針，即可放雷，其實是錯誤觀念。避雷針只起到把雷電引來的作用，還得靠接地體把雷電流迅速泄放入地，若接地體不可靠或不合格，就不能可靠防雷。
隨著科技技術的發展，各式各樣的現代橋梁如百花爭艷地展現在人們的眼前如斜拉橋、懸索橋和多種橋型組合橋等，如舟山大陸連島工程桃夭門大橋（連接富翅島和冊子島）、西堠門大橋（連接冊子島和金塘島）和金塘大橋（連接舟山金塘島與寧波鎮海），分別橫跨桃夭門水道（888 m）、西堠門水道（3535 m）和灰鱉洋（18270 m）海域。
下面就海洋上的金塘大橋防雷及接地方案進行一些研討。
1、金塘大橋簡介
金塘大橋由東向西橫跨瀝港水道、灰鱉洋18.27Km海面，連接舟山市的金塘島和寧波市的填海區，是舟山大陸連島工程中大、至關重要的跨海特大橋。
金塘大橋項目由金塘大橋（主通航孔橋、東通航孔橋、西通航孔橋、非通航孔橋以及金塘側引橋、淺水區引橋、鎮海側引橋）和金塘島接線組成。金塘大橋項目起于金塘島上雄鵝嘴，接在建西堠門大橋，經化成寺水庫、茅嶺、瀝港水道和灰鱉洋海域，止于寧波鎮海老海塘，接規劃的沿海北線高速公路，全長26.54Km。其中：金塘側接線長5.511Km,金塘側引橋長 1.007Km,跨海大橋長18.27Km,鎮海側引橋長1.752Km。
全線采用雙向四車道高速公路標準建設，橋梁設計汽車荷載采用公路－Ⅰ級，地震基本烈度為Ⅶ度。主通航孔橋全寬30.1m。
主通航孔橋采用主跨620m，孔跨組合為77＋218＋620＋218＋77m雙塔雙索面半漂浮式的扁平鋼箱梁斜拉橋，鉆石型索塔塔頂標高210.6m,兩個索塔主墩基礎采用變直徑鉆孔灌注樁（上段直徑2.85m,下段直徑2.5m），橋梁通航等級5萬噸級海輪，通航凈高51 m，通航凈寬544 m；東通航孔橋采用主跨216 m，孔跨組合為122＋216＋122 m三跨連續剛構橋，主墩基礎采用變直徑鉆孔灌注樁（上段直徑2.5m,下段直徑2.3m），橋梁通航等級3000噸級油輪，通航凈高28.5 m，通航凈寬121 m；西通航孔橋采用主跨156 m，孔跨組合為87＋156＋87 m三跨連續梁橋，主墩基礎采用變直徑鉆孔灌注樁（上段直徑2.3m,下段直徑2.0m），橋梁通航等級500噸級雜貨船，通航凈高17 m，通航凈寬126 m；非通航孔橋采用50或60 m預應力混凝土連續箱梁以及118m的連續梁橋，預應力砼連續箱梁橋基礎采用φ1.5m鋼管樁，其余為鉆孔灌注樁。
2、防雷要求
2.1直擊雷的防護
對管理中心、辦公樓、高桿燈等高聳建筑或物體應進行直擊雷防護，可選用響應快、保護范圍大、無需維護的專用避雷針（如預放電型避雷針）。
對外場監控設備小范圍的物體應進行直擊雷防護，可選用常規的富蘭克林避雷針。
管理大樓防雷由房建設計單位統一考慮，大橋總體防雷系統在主體工程中統一設計。
2.2側擊雷的防護
橋面以上每隔6米用50×5mm扁鋼在主塔周圍焊接一周。
2.3電源防雷
變電站低壓出線入總配電柜前每路加裝25KA（10/350us)或65~100KA（8/20us)三相電源防雷器，作為首級防護；
在監控、通信等電源室總進線端每路加裝40~65KA（8/20us)的三相電源防雷器；
在電源室出線、UPS出線端（引至室外）每路加裝40KA（8/20us)的各種型號的三相電源防雷器，具體應根據實際情況進行配置；
按現場實際情況可在外場設備電源進線口加裝15~40KA（8/20us)的單相電源防雷器。
2.4信號防雷
攝像機的饋線安裝信號防雷器以及同軸視頻信號防雷器；
外場監控數據設備的信號線兩端安裝雙絞線信號防雷器。
3、接地要求
采用獨立接地方式時要求兩接地網間至少要有20m的距離，在大橋上做幾個互相沒有電氣聯系的接地網是很困難的。搭橋內的鋼筋相互交錯，互相連通，很難分開，并且影響施工進度。防雷裝置與電氣設備的工作接地只能合用一個總的接地網，接地電阻應符合其最小值要求。供電接地系統宜采用TN－S系統，按規范宜采用一個總的共同接地裝置，即統一接地體。統一接地體為接地電位基準點，由此分別引出各種功能接地引線，利用總等電位和輔助等電位的方式組成一個完整的統一接地系統。通常情況下，為節省開支，同時為加快施工進度，接地系統利用大橋的樁基鋼筋，并用50×5mm不銹鋼扁鋼或150mm2銅芯軟電纜作為引出線與設備工作接地連成一體。根據規范，該系統與防雷接地系統共用，其接地電阻應≤1Ω。若達不到要求，必須增加人工接地體或采用化學降阻法，使接地電阻≤1Ω。供電纜線應做屏蔽接地、防雷接地，一般可在外場設備處將鎧裝層接地；電力電纜及通信電纜從室外進入設備或機房處應采取防雷電過電壓的措施，其避雷裝置、過電壓吸收裝置等都應可靠接地。
對于室內的監控等設備宜做聯合接地，其接地電阻不應大于1歐姆。室內計算機等電子設備布置時應遠離防雷裝置的接地引下線，其間距宜大于5米。
4、接地極的選擇
4.1利用基礎變直徑鉆孔灌注樁內外邊緣鋼筋作為接地極
利用基礎變直徑鉆孔灌注樁內外邊緣鋼筋作為接地極，有利于雷電流的快速釋放。利用搭橋內的鋼筋和樁基內的鋼筋作為引上線，與避雷針和橋面的兩側路燈基礎相連。利用鋼筋混凝土基礎作為接地極，其原理是在制造鋼筋混凝土基礎的過程中，會在混凝土周圍存在著很多細小的毛細管，基礎的混凝土與海水接觸時，在水壓的作用下使混凝土含較多的海水，從如降低了混凝土的電阻率，所以用基礎變直徑鉆孔灌注樁內外邊緣鋼筋作為接地極是可行的。
4.2基礎變直徑鉆孔灌注樁內置50×5mm扁鋼做接地引線外置銅板作為接地極
如果基礎變直徑鉆孔灌注樁內的鋼筋，經過環氧樹脂防護，并且混凝土經過防水處理，鋼筋幾乎與海水不接觸，接地電阻將會很大，其作為接地極，將不利于雷電流的快速釋放。此時基礎變直徑鉆孔灌注樁內置50×5mm扁鋼（不用鍍薪扁鋼，它與混凝土結合不緊密，并且不好焊接）和150mm2銅芯軟電纜通過銅接線端子用螺栓相連，其連接點埋在混凝土內，并將150mm2銅芯軟電纜用銅接線端子與200*200*5mm銅板用螺栓相連，200*200*5mm銅板盡量放置在外側與低潮海水接觸。
5、接地電阻率測定
5.1混凝土在海水中的電阻率
混凝土接地電阻率的精確測量方法是費朗克文納的四電極法。分別將四根長150mm直徑為32mm鋼筋插入試樁混凝土承臺100mm深做接地極，四根鋼筋在一條直線上，相鄰兩根間距（a）為20倍插入深度既2000mm，當根和第四根接地極兩端分別接在220伏電源的火線和零線時，測得中間兩根接地極間電壓為0.41伏，流過零線的電流為115毫安，則R=U/I=0.41/0.115=3.565Ω，混凝土在海水中的電阻率為ρ=2πRa=2*3.14*3.565*2=44.776Ωm。
5.2混凝土在海泥中的電阻率
利用以上方法測量混凝土在海泥土的電阻率。分別將四根長150mm直徑為100mm混凝土插入混凝土大海灘邊的泥土100mm深，其中直徑為32mm鋼筋做接地極，四根鋼筋混凝土在一條直線上，相鄰兩根間距（a）為20倍插入深度既2000mm，當根和第四根接地極兩端分別接在220伏電源的火線和零線時，測得中間兩根接地極間電壓為0.53伏，流過零線的電流為6毫安，則
R=U/I=0.53/0.06=8.565Ω，混凝土在海水中的電阻率為ρ=2πRa=2*3.14*8.565*2=107.576Ωm。
5.3海泥的電阻率
利用以上方法測量海泥土的電阻率。分別將四根長150mm直徑為32mm鋼筋插入大海灘邊的泥土100mm深做接地極，四根鋼筋在一條直線上，相鄰兩根間距（a）為20倍插入深度既2000mm，當根和第四根接地極兩端分別接在220伏電源的火線和零線時，測得中間兩根接地極間電壓為0.31伏，流過零線的電流為146毫安，則R=U/I=0.31/0.146=2.123Ω，混凝土在海水中的電阻率為ρ=2πRa=2*3.14*2.123*2=26.665Ωm。
5.4海水的電阻率
利用以上方法測量海水的電阻率為ρ= 4.2101m。
6、接地電阻的計算
6.1混凝土在海水和海泥中的接地電阻相當于將一個接地電阻分成兩個假定單元接地體的并聯接地電阻：R= R1R2/（R1+R2）
在均勻土壤中的電阻：R1=[ρln4l/d+(ρ-ρ1)ln4l/d1](2πl1)
R2=[ρ2ln4l/d+(ρ3-ρ2)ln4l/d1][2π（l-l1）]
式中 ρ__海水的電阻率，4.210歐姆.米；
ρ3__海泥電阻率，26.665歐姆.米；
ρ1__混凝土在海水中的電阻率，44.776歐姆.米；
ρ2__混凝土在海泥土中的電阻率，107.576歐姆.米；
d1__圓柱形混凝土體的直徑，2.500米；
d__接地體（圓柱形混凝土內鋼筋直徑，0.032米；
l __接地體（鋼筋體或圓柱形混凝土體）埋設在海水中的長度，10米；
l1 __接地體（鋼筋體或圓柱形混凝土體）埋設在海泥土中的長度，40米；
計算得：R1=3.401Ω R2=2.332Ω R=1.383Ω
6.2 銅板直接埋在鋼管樁的內側時的接地電阻：R=ρ/2πt*ln(r+t)/r
式中 ρ__海水的電阻率，4.210歐姆.米；
t__埋地深度，1.米；
r=(a*b/2π)1/2 ,.米；
a=0.20m, b=0.20m:
計算得 R=1.3746Ω
7、接地極的組成
7.1主橋墩及索塔
利用兩個索塔主墩基礎外邊緣變直徑鉆孔灌注樁（上段直徑2.85m,下段直徑2.5m），每隔一個鉆孔灌注樁選兩根相鄰，直徑為32mm（截面積相等）邊緣鋼筋做接地極，這樣垂直接地極相互間屏蔽效應影響很小，可忽略。否則垂直接地極相互間距離太近，由于屏蔽作用會影響接地電阻值。每個索塔主墩基礎外邊緣四個角分別在變直徑鉆孔灌注樁內置50×5mm扁鋼做接地引線外置200*200*5mm銅板作為接地極。將所有接地極會總后沿索塔內四周邊緣8根直徑為32mm（截面積相等）鋼筋做接地引線，與索塔塔頂的避雷針相連和下橫梁上方引出設備工作接地點左右各一處。兩個索塔在標高60米以上，在其周圍每隔6米焊接一圈50×5mm扁鋼作防側擊雷用。
7．2 東通航孔橋和西通航孔橋
利用東通航孔橋和西通航孔橋的墩基礎邊緣變直徑鉆孔灌注樁，每隔一個鉆孔灌注樁選一根直徑為32mm（截面積相等）外邊緣鋼筋做接地極。使每個垂直接地極相距大于5米。每個橋墩基礎外邊緣四個角分別在變直徑鉆孔灌注樁內置50×5mm扁鋼做接地引線外置200*200*5mm銅板作為接地極。將所有接地極會總后沿樁基內四周邊緣4根直徑為32mm（截面積相等）鋼筋做接地引線，分別與橋面的兩側路燈基礎相連。
7．3非通航孔橋
50或60 m預應力混凝土連續箱梁以及118m的連續梁橋，利用預應力砼連續箱梁橋基礎外邊緣φ1.5m鋼管樁和鉆孔灌注樁內直徑為32mm（截面積相等）邊緣鋼筋做接地極。使每個橋墩至少有相距大于5米接地極四根，4根直徑為32mm（截面積相等）鋼筋做接地引線分別與橋面的兩側路燈基礎相連。大橋每隔1500米左右在其橋墩基礎外邊緣對角分別在變直徑鉆孔灌注樁內置50×5mm扁鋼做接地引線外置200*200*5mm銅板作為接地極兩塊，并將50×5mm扁鋼做接地引線與直徑2.30米鋼管樁焊接，作為分隔的帶路燈變壓器工作接地點。
7．4 接地體間連接
50或60m預應力混凝土連續箱梁以及118m的連續梁橋，是在預制廠預制后，再運至橋墩上安裝，所以預應力混凝土靠路燈側連續箱梁必須預埋兩根接直徑為32mm（截面積相等）地線，其接地線與兩側路燈基礎相連，將已焊接在橋面兩根接直徑為32mm（截面積相等）地線扁鋼50×5mm鉆直徑10 mm孔后，與50×5mm不銹鋼扁鋼或150mm2銅芯軟電纜通過銅接線端子用螺栓相連，其連接點埋在混凝土內，并將安裝在其橋梁的兩端外側，接地電纜必須偏離橋梁支座，各引兩根50×5mm不銹鋼扁鋼或150mm2銅芯軟電纜作為引出線與橋墩接地連成一體；將已焊接在橋墩兩根接直徑為32mm（截面積相等）地線扁鋼50×5mm，扁鋼鉆直徑10 mm孔后，與50×5mm不銹鋼扁鋼或150mm2銅芯軟電纜通過銅接線端子用螺栓相連，其連接點埋在混凝土內，并將安裝在其橋墩的兩端外側，接地電纜必須偏離橋梁支座，各引兩根50×5mm不銹鋼扁鋼或150mm2銅芯軟電纜作為引出線與橋面接地連成一體。所有的接地線均為等電位連接。
8．接地電阻測試
8．1 接地電阻測檢驗
電位為零的地方就是我們所說的電氣上的“地”，把電氣設備的金屬部分用導體與地作良好的連接即為接地，埋入地中并直接與大地接觸的導體稱為接地體（或極），連接設備接地部分的導體為接地線，接地線和接地極的總和即為接地裝置。接地電阻是接地體周圍土壤對接地電流呈現的阻礙作用，是指接地電流從接地體流向周圍土壤時，接地體與大地遠處的電位差與該電流之比。接地故障電流（或接地短路電流、接地電流）再大地中由接地體作半球形散開，在相當遠處（有關實驗證明為20m）趨近于零。
8．2 接地電阻測測試方法
如果檢測主橋的接地電阻，通過連接橋梁路燈處的接地引線，在5公里外檢測，這樣才是真真的接地電阻。
9．經濟技術比較
節省人力和物力，把接地連接體埋在混凝土內，美觀并且經久耐用。
參考文獻
[1]《建筑電氣設計手冊》中國建筑工業出版社 1994年
[2]《建筑電氣設計技術》徐志強華南理工大學出版社 1994年
[3] 97SD567《等電位聯結安裝》中國建筑標準設計研究所出版 1998年
[4] 全國通用建筑標準設計電氣裝置標準圖集 JSJT-85《接地裝置安裝》 1986年
[5] 建筑電氣通用圖集 92DQ13《防雷與接地裝置》華北地區建筑設計標準化辦公室出版 1998年
[6]《淺談多層住宅的防雷與電氣設備的接地問題》《建筑電氣》1992年第3期
[7]《供配電設計手冊》焦留成主編芮靜康主審中國計劃出版社 1999年
