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破解世界性技術(shù)難題 宜昌長江公路大橋成功實(shí)施鋼箱梁加固
2021-12-08 來源:三峽商報(bào) 

  12月4日8時(shí),經(jīng)過120天的緊張施工,投資1億元的宜昌長江公路大橋鋼箱梁維修加固工程成功完成施工,國家高速G50正式全面恢復(fù)交通。

  宜昌長江公路大橋是我市重要的過江通道,更是國家交通命脈。橋梁安全是最大的民生,作為建設(shè)者、運(yùn)營者、守護(hù)者,宜昌大橋集團(tuán)人時(shí)刻牢記自己的使命。

  為讓大橋“延年益壽”,宜昌大橋集團(tuán)在市委市政府、省市交通部門和市國資委的關(guān)心和指導(dǎo)下,積極科研攻關(guān),創(chuàng)造性地用超高性能混凝土(UHPC)為宜昌長江公路大橋這座特大型跨江懸索橋加裝了一層“金鐘罩”,破解了橋梁管養(yǎng)領(lǐng)域世界性難題,也為國內(nèi)外同類型橋梁病害處治提供了先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。

  

  苦攻五年,破解世界性技術(shù)難題

  

  宜昌長江公路大橋(簡稱:宜昌大橋)于2001年建成通車,是G50滬渝高速在宜昌境內(nèi)跨越長江的一座特大型鋼箱梁懸索橋。大橋建設(shè)時(shí),大跨徑懸索橋在我國應(yīng)用時(shí)間不長,當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)范與現(xiàn)今修建的同類橋梁相比,鋼箱梁結(jié)構(gòu)偏薄弱(鋼板厚度僅為12mm,現(xiàn)為16-18mm),抗變形能力和耐久性存在差距。

  長期超強(qiáng)度的車載反復(fù)碾壓,使得大橋鋼箱梁鋼板產(chǎn)生裂縫。2015年10月,首次發(fā)現(xiàn)該病害,到2020年底,累計(jì)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)裂縫2000余處。鋼箱梁開裂病害目前在國內(nèi)外卻無成熟的處治經(jīng)驗(yàn),是橋梁管養(yǎng)領(lǐng)域的世界性難題。

  但根治病害,卻勢在必行。鋼箱梁是橋梁的主體結(jié)構(gòu),若病害得不到有效處治,將會影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。病害發(fā)展嚴(yán)重時(shí),只能更換大橋鋼箱梁或?qū)⒋髽虿鸪亟?。宜昌大橋鋼箱梁自重約2.5萬噸,更換鋼箱梁施工至少需中斷大橋交通長達(dá)1年多時(shí)間,且費(fèi)用相當(dāng)于再建一座新橋。若將大橋拆除重建,成本更大。

  “病害處治,宜早不宜遲。我們必須吸取同類病害橋梁教訓(xùn),擔(dān)起責(zé)任,主動出擊,盡快探索出一套最優(yōu)的處治方案,管長遠(yuǎn)、保大局。”宜昌大橋集團(tuán)黨委書記、董事長李先金這樣要求。

  病害發(fā)現(xiàn)后,宜昌大橋集團(tuán)一方面通過密集的裂縫檢查、維修和治超等措施,盡量延緩病害的發(fā)展速度;另一方面,馬不停蹄研究破解鋼箱梁病害技術(shù)方案。

  2015年11月,宜昌大橋集團(tuán)組建鋼箱梁病害處治專班,赴同類病害橋梁學(xué)習(xí)調(diào)研,制定近、中、遠(yuǎn)期綜合處治方案,開展新型材料結(jié)構(gòu)研究,探索結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)性能提升方案……

  通過不斷的探索,在研究對比多個(gè)方案后,2018年6月明確了使用薄層UHPC(超高性能混凝土)輕型組合橋面結(jié)構(gòu)修復(fù)方案處理病害的技術(shù)路線。

  由于該項(xiàng)技術(shù)在大跨徑懸索橋舊橋加固上無運(yùn)用先例,為確保安全性、有效性和可行性,宜昌大橋集團(tuán)聯(lián)合湖南大學(xué)合作開展了為期兩年的鋼-UHPC(超高性能混凝土)輕型組合橋面結(jié)構(gòu)加固研究。

  經(jīng)過計(jì)算分析、模型試驗(yàn)、足尺驗(yàn)證試驗(yàn)和專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定等四個(gè)階段研究,確定在宜昌大橋橋面設(shè)置超高韌性、超高強(qiáng)度的鋼-超高性能混凝土(UHPC)結(jié)構(gòu)。

  “采用UHPC新材料開展鋼箱梁維修加固后,其抗壓強(qiáng)度是普通混凝土的3倍,抗折強(qiáng)度則達(dá)到普通混凝土的5倍,猶如給橋面鋪上一層‘金鐘罩’,可延長鋼箱梁使用壽命達(dá)20年以上。”宜昌大橋集團(tuán)總工程師何清說,采取UHPC新材料修復(fù)橋梁是最優(yōu)選擇。

  2020年1月11日,“宜昌大橋鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)項(xiàng)目”研究通過成果驗(yàn)收。至此,宜昌大橋集團(tuán)成功破解了宜昌大橋鋼箱梁病害處治技術(shù)難題。

  創(chuàng)新?lián)?dāng),攬獲三項(xiàng)國內(nèi)外首創(chuàng)

  

  有了有效的技術(shù)方案,宜昌大橋人來不及為之雀躍,便又轉(zhuǎn)身投入到了緊張有序的工程實(shí)施進(jìn)程之中。但由于宜昌大橋的特殊性,擺在面前的卻是一系列的施工難題。

  難點(diǎn)一:大橋承重富余量受限。應(yīng)用常規(guī)的UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)鋪裝,將增加橋梁自重約1800噸,但由于宜昌大橋承重富余量不足,不宜增加橋梁自重。

  難點(diǎn)二:工期必須短。宜昌大橋是國家高速交通的控制性節(jié)點(diǎn)工程,交通長時(shí)間中斷將對交通造成巨大影響。

  難點(diǎn)三:車輛分流保暢組織難。宜昌大橋連接多條國省干線,中斷交通易造成交通混亂甚至癱瘓;且大橋位于中部平原和西部山區(qū)的交界處,極易造成交通事故。

  難點(diǎn)四:橋面平整工藝要求極精。橋面鋪裝將大橋由柔性橋面變?yōu)閯傂詷蛎妫3中熊囀孢m性,對橋面施工平整度要求極高。

  從常規(guī)來看,無論以上哪一項(xiàng)困難,都會讓整個(gè)施工變得異常艱難。“逢山開路,遇水架橋”的宜昌大橋人沒有卻步,而是攻克了一個(gè)又一個(gè)“攔路虎”。

  今年8月4日,宜昌大橋鋼箱梁維修加固工程正式開工,計(jì)劃工期至2022年1月30日。通過優(yōu)化施工工序,12月4日,工程提前完工,為宜昌市第七次黨代會獻(xiàn)上一份厚禮。

  該項(xiàng)工程在技術(shù)層面攬獲三項(xiàng)世界首創(chuàng)

  

  首次在大跨徑懸索橋上采用UHPC技術(shù)進(jìn)行維修加固。本次維修,將橋面上原有70毫米的樹脂瀝青組合橋面鋪裝層,改造為了65毫米的鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)。138萬個(gè)剪力釘,通過焊接技術(shù)牢牢扎入橋面鋼底板,然后在其表面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng),再澆筑超高性能混凝土滲過鋼筋網(wǎng)與鋼橋面融為一體。這種組合橋面,既能避免鋼結(jié)構(gòu)開裂,又可作為防水層和耐磨層,為鋼橋面提供永久防護(hù)。

  首次實(shí)行960米半幅橋面一次性澆注,創(chuàng)同類施工體量之最。在國內(nèi)首次將1萬平方米以上的混凝土澆筑由常規(guī)的4到5次澆筑改變?yōu)?次性澆筑。攤鋪時(shí),項(xiàng)目一次性投入攪拌站10套、100多名工人輪換作業(yè),一次性澆筑了10250平方米超高性能混凝土,創(chuàng)造了UHPC最快攤鋪紀(jì)錄,使半幅攤鋪由常規(guī)的半個(gè)多月工期,壓減到12小時(shí)內(nèi)完成。僅此一項(xiàng),就壓縮了工期1個(gè)月以上。

  首次采用UHPC+TPO薄層結(jié)構(gòu),有效減輕了橋梁自重。為不增加橋梁自重,施工首次采用了55mm厚度UHPC(超高性能混凝土)+10mm厚 TPO(薄層聚合物罩面)輕型組合結(jié)構(gòu)方案,做到了橋面磨耗層僅有1厘米厚度,減重1000噸。

  除以上技術(shù)創(chuàng)新,項(xiàng)目還創(chuàng)造了以下四個(gè)亮點(diǎn):

  亮點(diǎn)一:橋面平整度和坡度的精準(zhǔn)控制達(dá)到世界一流水平。施工全程敷設(shè)架空軌道,攤鋪前對所有節(jié)段進(jìn)行高差檢測和調(diào)校準(zhǔn)確,攤鋪時(shí)進(jìn)行跟蹤檢測,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí),對表層1CM厚TPO表層分兩層施工,確保薄層結(jié)構(gòu)厚度均勻、平整。

  亮點(diǎn)二:項(xiàng)目各方通力配合,工程僅用時(shí)4個(gè)月完工,較計(jì)劃工期提前了2個(gè)月,將交通中斷影響和經(jīng)濟(jì)損失降到了最低。

  亮點(diǎn)三:項(xiàng)目始終保持“滬渝向”單邊通行的半幅施工交通組織方案,大大降低了交通分流組織難度和交通保障成本。整個(gè)施工期間未發(fā)生有責(zé)投訴,未發(fā)生有責(zé)交通事故,未發(fā)生安全責(zé)任事故。

  亮點(diǎn)四:為防止新鋪設(shè)的混凝土開裂,該項(xiàng)目對混凝土使用了蒸汽養(yǎng)生,40套養(yǎng)生鍋爐同步作業(yè),由電腦自動控溫,既提高了工程質(zhì)量,又加快了施工速度。

  業(yè)內(nèi)人士稱贊,該項(xiàng)目從技術(shù)研究、施工組織、交通保障、工程質(zhì)量到工期控制等各個(gè)方面,都堪稱近乎完美的工程建設(shè)典范之作。

  宜昌大橋鋼箱梁維修加固工程,只是宜昌大橋集團(tuán)精耕橋梁管養(yǎng)領(lǐng)域的一個(gè)縮影。

  近年來,大橋集團(tuán)打造了多個(gè)精品管養(yǎng)工程。

  2020年,宜昌大橋加裝主纜除濕系統(tǒng),在全國率先采用“密封膠+纏包帶”方案進(jìn)行舊橋密封防腐處治,創(chuàng)下了除濕效率國內(nèi)最優(yōu)、除濕速度最快、除濕技術(shù)指標(biāo)最高的效果。

  2021年初,宜昌大橋被交通運(yùn)輸部被列入全國11座橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)試點(diǎn)工程,9月底,宜昌大橋在全國率先完成試點(diǎn)。11月23日,在交通運(yùn)輸部召開的全國公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)工作視頻調(diào)度會上,宜昌長江公路大橋作為唯一一家經(jīng)驗(yàn)交流單位受到大會表揚(yáng)。

  全媒記者李穩(wěn)林 通訊員/周冬林 裴姝婧



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