文/本刊記者 陳楠枰

中交公路長大橋建設(shè)國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)險等級極高，其建設(shè)和運營安全面臨極大挑戰(zhàn)，亟須提高橋梁抗災(zāi)能力?！?021中國山區(qū)橋梁與隧道結(jié)構(gòu)安全技術(shù)交流會上，中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心副總經(jīng)理兼總工程師馮良平如是說。

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)和運營的“攔路虎”，西南山區(qū)及高原地處高烈度地震區(qū)，亦對橋梁結(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)和運營過程中，對新結(jié)構(gòu)、新裝置、新材料及信息化管養(yǎng)平臺提出了更嚴苛要求。

在馮良平看來，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)動力。

新結(jié)構(gòu)：擠擴支盤技術(shù)

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

新工法的推廣成效同樣可觀。據(jù)悉，擠擴支盤技術(shù)不但使得工程造價降低了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)定時間較常規(guī)工法縮短2/3。

“擠擴支盤具有提高承載力、經(jīng)濟性好、占用空間小、可調(diào)節(jié)性強的技術(shù)優(yōu)勢?！瘪T良平指出。據(jù)其描述，該技術(shù)在擠擴成盤腔的過程中充分調(diào)動了深部土體承載能力，可有效縮短的桿長在面對錨桿設(shè)計長度受限的工況時具有較好的適用性，擴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，日常運營環(huán)境惡劣，且地震烈度高，震后修復(fù)難度大。”對此，馮良平認為，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)計正是經(jīng)濟有效的方式之一。他提出，通過采用阻尼器、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)害作用下橋梁靜動力性能的要求。

據(jù)悉，馮良平及其團隊為此特別提出了大跨徑橋梁全過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-動力阻尼組合裝置不同速度下的型式試驗。

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隊成功研制出，為橋梁主梁在橫橋向運動提供了具有一定自復(fù)位能力的剛度，又能提供一定的動力阻尼，進而實現(xiàn)減震耗能的功能。

對地震烈度Ⅶ度以上山區(qū)橋梁，馮良平及團隊還研發(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，一種免潤滑、長距離低磨耗、耐快速剪切的超高性能聚四氟乙烯滑板被研制出來，“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)，解決了滑動支座無潤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，對橋梁建造材料提出了高韌性、耐磨、高強和輕質(zhì)的特性需求。

據(jù)介紹，“早強快硬”混凝土產(chǎn)品凝結(jié)時間從半小時至六小時可調(diào)，具有大流動性、易澆筑，早期強度高，低收縮、無裂縫，以及高耐久性的特點。在災(zāi)后應(yīng)急搶通保通、結(jié)構(gòu)補強、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，獲得了馮良平團隊的青睞。馮良平團隊還研發(fā)出了又一種具有增稠減縮作用的高性能減水劑，通過增加漿體強度，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)計方法，結(jié)合對水泥基材的改性，HP-ECC是具有高強度、明顯應(yīng)變硬化和多點開裂性能，且干燥收縮小的超韌性低收縮高強工程水泥基復(fù)合材料?！彼硎尽?/p>

而在研究廢棄土及工業(yè)廢渣于混凝土的應(yīng)用中，馮良平團隊還發(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強度，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：智能建養(yǎng)一體化

如今，以“智能橋梁”建設(shè)促進行業(yè)生產(chǎn)方式變革、產(chǎn)業(yè)鏈貫通、工業(yè)化進程，儼然已成為行業(yè)發(fā)展的需求所在。面對山區(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、結(jié)構(gòu)檢測及評估技術(shù)與裝備，以實現(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、遠程監(jiān)測、快速短期監(jiān)測、視覺增強識別監(jiān)測等橋梁監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建山區(qū)橋梁/橋梁群災(zāi)害監(jiān)測及橋梁感知系統(tǒng)之外，馮良平所在的團隊還以BIM模型為載體，將分散的監(jiān)測傳感設(shè)備系統(tǒng)與BIM構(gòu)件關(guān)聯(lián)，融合災(zāi)害監(jiān)測和結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息，形成橋梁多維BIM模型，實現(xiàn)了橋梁監(jiān)測大數(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)護及災(zāi)害防控的橋梁/橋梁群建養(yǎng)一體化平臺，有望實現(xiàn)災(zāi)害智能監(jiān)測及橋梁實時感知、數(shù)字化巡檢及可視化融合、橋梁病害智能識別及BIM數(shù)據(jù)庫、橋梁服役性能評估及預(yù)警決策等功能。

矮寨大橋（攝影：楊思達）