科技创新助推桥梁加固产业快速发展
时间：2024年10月16日
随着全国交通建设的快速发展，各种类型的大跨径桥梁如雨后春笋遍布中国大地，据统计，近十年以来，我国新建公路桥梁32万座、4913.7万延米，目前，我国已有公路桥梁103万座。规模之大，稳居世界第一。同时，经过多年的运行，桥梁市场的监测、维护、加固、改造的任务日显突出。桥梁设计、施工、检测等专业公司，正在迅速向桥梁加固维修业务转行。中心桥梁加固院就是勇于实践担当的典范企业。他们融合自身科技创新成果，积极开发桥梁加固新技术，形成了桥梁加固产业的新质生产力，使众多的旧桥危桥脱旧换新，为交通安全运行做出了重要的贡献。本文仅以其承担的合阳嘉陵江(东渡)大桥维修加固改造项目为例，说明以科技创新助推桥梁加固产业快速发展的重要意义。
面临困难，激发技术创新
合阳嘉陵江大桥位于重庆合川区。大桥跨径组合为58+130+200+130+58+3×20m，全长722.20m。桥梁主跨为三孔不等跨中承式钢管混凝土拱桥，引跨为钢筋混凝土上承式拱桥，引桥为预应力混凝土简支空心板桥。大桥于2002年3月建成通车，是连接合川北城主城区和国家级风景名胜区钓鱼城的重要交通枢纽。
根据2020年专项检测报告，全桥技术状况等级评定为四类，按《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99-2017）要求应进行大修或加固改造。该检测报告还指出:桥面铺装存在纵向贯通反射裂缝，桥面板有“单板受力”趋势；部分吊杆锚头锈蚀，锚固混凝土压碎开裂，造成吊杆滑移；桥梁动力性能较差，大桥在车辆荷载作用下晃动明显。同时，该桥桥面体系为简支悬吊体系，根据交通部《公路危旧桥梁排查和改造技术要求》，属于无加劲纵梁吊杆拱桥类结构安全冗余度明显不足的桥梁，加固改造工程具有相当大的难度。
从整体情况来看，必须应用创新技术，才能从根本上解决大桥的加固和安全问题。
找准问题，以图精准解决
桥梁加固技术团队依据自身众多的工程实践，通过认真调查和方案研究，重点解决了以下关键技术难题:
1）首先解决跨江特大吊杆拱桥增设钢纵梁改造技术难题
该桥为重庆地区首座跨江特大吊杆拱桥增设钢纵梁改造项目。大桥主跨为无加劲纵梁的中承式吊杆拱桥，根据交通部《公路危旧桥梁排查和改造技术要求》，无加劲纵梁吊杆拱桥类结构安全冗余度明显不足的桥梁，应进行加固改造。技术团队发挥科技创新优势，攻坚克难，首次提出在吊杆横梁位置采用“上穿下通”的硬连接形式增设钢纵梁，并提出采用全桥构件数字化定位勘测、加固构件现场拓样、钢筋透视仪定位钻孔等技术确保纵梁安装精度，减小了对桥梁结构的损伤，成功地解决了吊杆拱桥桥面系结构冗余度不足的问题。
2）吊杆拱桥动力性能提升技术
由于该桥所采用的简支悬吊桥面结构体系整体性较差，桥面结构体系刚度较小，并且未设置纵梁使桥面系纵横梁形成格构体系，致使桥面系局部受力明显，车辆过桥时桥面振动较严重，桥梁动力性能较差。为解决该动力性能问题，故设计更换桥面系为连续结构体系，提出采用大刚度湿接缝构造，增强板间连接，从而加大了桥面结构体系刚度与整体性。同时加上新增钢纵梁的作用，改造后的桥梁结构动力性能明显增强，车辆荷载作用下晃动明显减弱。
3）大转动抗疲劳短吊杆技术
我国早期的钢管混凝土拱桥所采用的悬吊式桥面系，内部与外部均无多余的约束，传力途径单一，一旦断索，就极易引发横梁与桥面板落梁，造成车毁人亡的严重事故。本项设计由于将桥面板简支体系更换为连续体系，且新增钢纵梁，使得桥面系在温度和汽车作用下的纵向位移会累积到短吊杆处，造成短吊杆纵向变形增大，疲劳效应恶化。经验算，目前短吊杆采用的钢绞线挤压束球铰吊杆不能满足桥面系纵向位移的要求，须对其进行更换。为增强短吊杆的转动功能，以适应桥面系纵向位移，本次设计新更换的短吊杆采用大变形、大转动量短吊杆，攻克了传统短吊杆球铰结构扭转偏移角度小、易疲劳损伤的技术难关，为桥梁结构的安全运营提供了保证。
4）基于UHPC的吊杆锚固区补强技术
该桥部分吊杆锚头锈蚀，锚固混凝土压碎开裂，造成吊杆滑移。造成此病害的主要原因是吊杆横梁锚固区位置处截面削弱较大，由于吊杆安装的误差造成局部承压应力过大，造成局部承压混凝土压溃，从而导致吊杆滑移。技术团队充分利用新材料、新工艺、新技术，提出采用超高性能混凝土UHPC对锚固区槽口灌注后包裹U型钢板补强的加固方式，成功解决了吊杆锚头混凝土局部应力过大、锚固性能较差等技术难题，保证了桥梁的安全运行。
5）基于频域能量谱和时域融合分析的结构监测评估技术
该桥设计改造了健康监测系统，通过分析时间序列信号在频域中的分布特征，有效去除或减小活荷载效应、短时温差（日温差及骤然变化温差）效应以及随机干扰误差的影响，提高信噪比，构建信号频域能量评价指标，进而更加准确的描述桥梁结构运营状态，为技术人员管养运营桥梁提供科学参考依据。同时，提出基于时域融合分析的桥梁状态远程评定技术，可有效减少或除去温度效应对测量结果的干扰，从结构特征值与基准值比对分析的角度实现常规桥梁状态远程评估，具有易集成、适用性强、算力要求不高等优点。
EPC项目“零”变更，获得行业认可
该项目完成了对合阳嘉陵江大桥病害进行了全面的维修处治任务，解决了大桥结构安全冗余度明显不足的问题，提高了桥梁的动力性能，提升了行车安全性、舒适性。同时，全桥重新涂装，呈现了城市桥梁的全新风采。通过EPC模式创新和技术创新，在实施过程中，以设计为主导，不断优化现场实施方案，紧密联系设计、采购、施工等各个环节，达成并超越了业主要求的进度、成本、质量、造价控制目标。从2020年9月15日开工，至2021年12月22日竣工，总工期250天。工程合格率达到100%，除业主需求变更外，实现工程设计零变更。
通过该项目各项创新技术的研究与实践，最终发表2篇硕士研究生毕业论文，发表核心期刊论文共计5篇，申请“一种基于多重小波的桥梁监测数据异常情况识别方法”、“一种桥梁结构恒载响应时域融合分析方法”等2项发明专利。
中心桥梁加固院为什么能圆满完成合川嘉陵江大桥的维修加固任务？答案只有一个:“融合科技创新成果，形成新质生产力，为桥梁加固产业提供了强大的支撑”。经过国内外多种桥梁加固的实践，该院已经形成了技术成熟的团队，并通过桥梁健康监测系统在旧桥加固领域的应用，以及新技术、新工艺、新材料、新设备在桥梁加固改造工程中的推广应用，使招商交科桥梁加固院成为桥梁养护加固技术专业领域中的姣姣者。同时为今后桥梁加固改造提供较好的示范样板，在之后承担的重庆渝湘高速细沙河特大桥、重庆巫山长江大桥、重庆巫山新龙门桥等吊杆拱桥改造项目上进行推广运用，又好又快地完成桥梁的加固养护任务，带来了不可估量的社会和经济效益。合阳嘉陵江大桥维修加固改造项目（EPC总承包模式）荣获了2023年度重庆市优秀工程勘察设计成果二等奖。值得庆贺的是，近日该项目又荣获了2024年度重庆市市政工程金杯奖。
（撰稿人：关书敏、蒋超越、杨依沛）
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