馮良平：山區(qū)橋梁災(zāi)害防治的“四新”手段

文/本刊記者 陳楠枰

中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心副總經(jīng)理兼總工程師馮良平（源清慧虹供圖）

“我國(guó)西部地形地貌、水文和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害較多，地震活躍，高烈度地震頻發(fā)。山區(qū)橋梁作為交通干線工程的重要結(jié)構(gòu)及薄弱環(huán)節(jié)，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)極高，其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全面臨極大挑戰(zhàn)，亟須提高橋梁抗災(zāi)能力。”2021中國(guó)山區(qū)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)安全技術(shù)交流會(huì)上，中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心副總經(jīng)理兼總工程師馮良平如是說(shuō)。

他注意到，不僅復(fù)雜地形和惡劣氣候是山區(qū)橋梁建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的“攔路虎”，西南山區(qū)及高原地處高烈度地震區(qū)，亦對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高要求。復(fù)雜的水文與地質(zhì)干擾，工程建設(shè)中對(duì)脆弱生態(tài)造成的難以修復(fù)的“后遺癥”……這些挑戰(zhàn)，都令山區(qū)橋梁在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)新結(jié)構(gòu)、新裝置、新材料及信息化管養(yǎng)平臺(tái)提出了更嚴(yán)苛要求。

在馮良平看來(lái)，助推山區(qū)橋梁防災(zāi)減災(zāi)，需要持續(xù)創(chuàng)新，不斷推出新技術(shù)、新工藝、新裝備，還需建立起山區(qū)公路橋梁防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、工程化及產(chǎn)業(yè)化一條龍的產(chǎn)學(xué)研用體系，并培養(yǎng)出更多山區(qū)橋梁領(lǐng)域的高層次人才，為技術(shù)創(chuàng)新提供持續(xù)動(dòng)力。

新結(jié)構(gòu)：擠擴(kuò)支盤技術(shù)

為減少開挖范圍，維持邊坡穩(wěn)定和土壓平衡，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，馮良平團(tuán)隊(duì)研發(fā)了減少環(huán)境沖擊的擠擴(kuò)支盤技術(shù)，推廣應(yīng)用于邊坡加固、城市基坑、抗浮工程等多個(gè)領(lǐng)域，力爭(zhēng)將擾動(dòng)區(qū)域減至最小，避免造成土壤壓密，并盡最大限度維持動(dòng)物遷徙空間。

新工法的推廣成效同樣可觀。據(jù)悉，擠擴(kuò)支盤技術(shù)不但使得工程造價(jià)降低了10%，同等荷載條件下，支盤樁的平均沉降量更只有常規(guī)樁沉降量的1/2，沉降穩(wěn)定時(shí)間較常規(guī)工法縮短2/3。

“擠擴(kuò)支盤具有提高承載力、經(jīng)濟(jì)性好、占用空間小、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)?！瘪T良平指出。據(jù)其描述，該技術(shù)在擠擴(kuò)成盤腔的過(guò)程中充分調(diào)動(dòng)了深部土體承載能力，可有效縮短的桿長(zhǎng)在面對(duì)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度受限的工況時(shí)具有較好的適用性，擴(kuò)大頭的位置還能根據(jù)土層物理力學(xué)性質(zhì)、潛在滑裂面深度進(jìn)行調(diào)整，增加錨桿的優(yōu)化空間。

新裝置：減隔震技術(shù)

“山區(qū)橋梁跨越山溝河谷等復(fù)雜地形，斜彎陡坡多、高墩大跨多，日常運(yùn)營(yíng)環(huán)境惡劣，且地震烈度高，震后修復(fù)難度大?！睂?duì)此，馮良平認(rèn)為，合理的結(jié)構(gòu)體系或是保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。

減隔震設(shè)計(jì)正是經(jīng)濟(jì)有效的方式之一。他提出，通過(guò)采用阻尼器、豎向減隔震支座及減震耗能抗風(fēng)支座等多功能減隔震裝置，輔助山區(qū)橋梁減隔震技術(shù)，可以滿足多災(zāi)害作用下橋梁靜動(dòng)力性能的要求。

據(jù)悉，馮良平及其團(tuán)隊(duì)為此特別提出了大跨徑橋梁全過(guò)程位移控制型組合結(jié)構(gòu)體系，研制了一種限制主梁活載作用下，梁端累積位移的新型位移控制型阻尼器，并開展了多功能靜力限位-動(dòng)力阻尼組合裝置不同速度下的型式試驗(yàn)。

減震耗能橫向支座層面，設(shè)置有蝶形彈簧-摩擦阻尼組合的減震耗能橫向支座被馮良平團(tuán)隊(duì)成功研制出，為橋梁主梁在橫橋向運(yùn)動(dòng)提供了具有一定自復(fù)位能力的剛度，又能提供一定的動(dòng)力阻尼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減震耗能的功能。

對(duì)地震烈度Ⅶ度以上山區(qū)橋梁，馮良平及團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了適用于大跨混凝土箱梁/鋼箱梁/鋼混組合梁橋的各向異性摩擦擺支座，以滿足地震作用下的縱、橫向不同的位移需求。

不止如此，一種免潤(rùn)滑、長(zhǎng)距離低磨耗、耐快速剪切的超高性能聚四氟乙烯滑板被研制出來(lái)，“大幅提高了抗蠕變性和耐磨性，降低了干磨狀態(tài)下的摩擦系數(shù)，解決了滑動(dòng)支座無(wú)潤(rùn)滑干磨條件下高磨耗、不耐快速剪切的技術(shù)難題?！?/p>

新材料：高性能混凝土

山區(qū)自然災(zāi)害易引發(fā)橋梁典型病害，對(duì)橋梁建造材料提出了高韌性、耐磨、高強(qiáng)和輕質(zhì)的特性需求。

據(jù)介紹，“早強(qiáng)快硬”混凝土產(chǎn)品凝結(jié)時(shí)間從半小時(shí)至六小時(shí)可調(diào)，具有大流動(dòng)性、易澆筑，早期強(qiáng)度高，低收縮、無(wú)裂縫，以及高耐久性的特點(diǎn)。在災(zāi)后應(yīng)急搶通保通、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、伸縮縫快速更換中均有優(yōu)異表現(xiàn)。

此外，不止超高性能混凝土因其超高的力學(xué)性能、韌性和耐久性能，獲得了馮良平團(tuán)隊(duì)的青睞。馮良平團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出了又一種具有增稠減縮作用的高性能減水劑，通過(guò)增加漿體強(qiáng)度，降低漿體密度的方式，結(jié)合物理方法抑制輕骨料上浮。

“基于斷裂力學(xué)和微觀力學(xué)的纖維混凝土設(shè)計(jì)方法，結(jié)合對(duì)水泥基材的改性，HP-ECC是具有高強(qiáng)度、明顯應(yīng)變硬化和多點(diǎn)開裂性能，且干燥收縮小的超韌性低收縮高強(qiáng)工程水泥基復(fù)合材料?！彼硎?。

而在研究廢棄土及工業(yè)廢渣于混凝土的應(yīng)用中，馮良平團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在大孔隙率透水混凝土基礎(chǔ)上研究透水混凝土植生技術(shù)，透水混凝土可保證邊坡防護(hù)強(qiáng)度，植物根系保水固土，可提高坡面抗沖刷能力，從而提高邊坡安全性。

新平臺(tái)：智能建養(yǎng)一體化

如今，以“智能橋梁”建設(shè)促進(jìn)行業(yè)生產(chǎn)方式變革、產(chǎn)業(yè)鏈貫通、工業(yè)化進(jìn)程，儼然已成為行業(yè)發(fā)展的需求所在。面對(duì)山區(qū)復(fù)雜災(zāi)害環(huán)境，如何提升山區(qū)橋梁災(zāi)害監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)檢測(cè)及評(píng)估技術(shù)與裝備，以實(shí)現(xiàn)山區(qū)橋梁的數(shù)字化、智能化管養(yǎng)？引起了馮良平的深思。

除了研發(fā)橋梁泛在感知、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、快速短期監(jiān)測(cè)、視覺增強(qiáng)識(shí)別監(jiān)測(cè)等橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建山區(qū)橋梁/橋梁群災(zāi)害監(jiān)測(cè)及橋梁感知系統(tǒng)之外，馮良平所在的團(tuán)隊(duì)還以BIM模型為載體，將分散的監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備系統(tǒng)與BIM構(gòu)件關(guān)聯(lián)，融合災(zāi)害監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)信息，形成橋梁多維BIM模型，實(shí)現(xiàn)了橋梁監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的可視化管理。

他談到，融合了橋梁全生命周期數(shù)據(jù)，支撐橋梁數(shù)字化養(yǎng)護(hù)及災(zāi)害防控的橋梁/橋梁群建養(yǎng)一體化平臺(tái)，有望實(shí)現(xiàn)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)及橋梁實(shí)時(shí)感知、數(shù)字化巡檢及可視化融合、橋梁病害智能識(shí)別及BIM數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁服役性能評(píng)估及預(yù)警決策等功能。

矮寨大橋（攝影：楊思達(dá)）