我國橋梁施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展

馮棟偉

(廣西長長路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530003)

橋梁工程是交通系統(tǒng)中的主要樞紐，對于交通的發(fā)展具有重要作用，同時，作為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會進(jìn)步的重要基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁工程的優(yōu)劣也在某種程度上體現(xiàn)了一個地區(qū)的科技發(fā)展?fàn)顩r、經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及生產(chǎn)力水平。經(jīng)過30多年改革開放的歷史進(jìn)程，我國橋梁工程技術(shù)力量及建造水平都已經(jīng)取得驕人的成績，位居世界前列，截至2016年底，我國城市橋梁已近百萬座，這些令人矚目的數(shù)字背后有強(qiáng)大的、先進(jìn)的橋梁施工技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐。

1 橋梁施工技術(shù)成就

1.1 橋梁設(shè)計(jì)水平逐步提高

近年來，我國在橋梁設(shè)計(jì)中對橋梁概念設(shè)計(jì)的重視程度越來越高，在這種理念的驅(qū)使下，一大批安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、耐久的橋梁層出不窮，例如南京的長江三橋以及昆山的玉峰大橋等，在滿足日常交通需求的同時也在視覺上給予人們藝術(shù)上的享受。隨著橋梁勘測技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，GPS以及橋梁CAD集成系統(tǒng)的廣泛推廣，使設(shè)計(jì)和開發(fā)人員的工作強(qiáng)度顯著降低，勘測的準(zhǔn)確性已達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。而對于橋梁概念的設(shè)計(jì)以及橋梁結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化方面來說，我國當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)的綜合理論在摸索中不斷發(fā)展和完善，概念設(shè)計(jì)思路不斷創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)化分析從以往的線性平面分析轉(zhuǎn)到非線性空間分析，可實(shí)現(xiàn)橋梁的施工和所有運(yùn)營過程的實(shí)時、動態(tài)可視化[1]。

1.2 橋梁施工技術(shù)飛速發(fā)展

連續(xù)大跨徑橋梁的不斷涌現(xiàn)證明了我國在該領(lǐng)域的施工技術(shù)逐漸走向成熟，以具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的蘇通大橋?yàn)槔?，連續(xù)大跨徑施工技術(shù)在其中得以充分體現(xiàn)。此外，其他橋型成套技術(shù)的成功應(yīng)用也在個別橋梁的施工中得以創(chuàng)新。對于城市中橋梁的安裝技術(shù)而言，在進(jìn)行充分地論證之后，目前較為廣泛應(yīng)用的是能盡量避免影響城市交通的措施，并縮短現(xiàn)場的施工周期，在如此高要求的情況下，我國城市中橋梁的安裝技術(shù)得以迅猛發(fā)展，節(jié)段施工法和移動模架施工法已成為了當(dāng)前城市橋梁極具代表性的成套安裝技術(shù)[2]。

1.3 抗震減災(zāi)措施不斷完善

在我國近十年的橋梁技術(shù)發(fā)展中，側(cè)重點(diǎn)更傾向于對橋梁抗震減災(zāi)措施的研究和探索，取得了很大的進(jìn)展，這源于近些年在國內(nèi)外發(fā)生的一系列地質(zhì)災(zāi)害，如地震、泥石流等。主要體現(xiàn)在以下幾部分：連續(xù)大跨徑橋梁抗震理論設(shè)計(jì)規(guī)范、高架橋抗震設(shè)計(jì)理論、橋梁抗震規(guī)范修訂以及橋梁抗震試驗(yàn)?zāi)芰Φ?。與此同時還包括橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，風(fēng)振控制成果顯著，可實(shí)現(xiàn)三維橋梁全角度仿真模擬，非線性靜穩(wěn)理論的研究也有突破性的進(jìn)展，此外，還開展了風(fēng)振概率性評估以及可靠性方面的探索，包括橋梁斷面顫振以及氣動導(dǎo)納的檢測方法等[3]。

仔細(xì)回顧我國橋梁的發(fā)展歷程，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，我國橋梁事業(yè)呈現(xiàn)出“繁榮-衰退-復(fù)興”的漫長而曲折的過程，值得一提的是，今天我們所取得的一系列舉世矚目的成就與我國老一輩橋梁科學(xué)家、學(xué)者以及全體橋梁工程人員的共同努力密不可分。

2 橋梁施工核心技術(shù)綜述

2.1 橋梁耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于我國傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理論而言，側(cè)重點(diǎn)主要是橋體結(jié)構(gòu)的安全性方面，而對于橋梁在使用過程中的管理、養(yǎng)護(hù)以及構(gòu)件更換、拆除等一系列問題并沒有更深層次的研究，且在資本運(yùn)營方面，僅對施工前的建設(shè)成本進(jìn)行管控，而忽略了橋梁全壽命期間的全部成本，因此，建立長久的全壽命管控理念勢在必行。對于這方面的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來說，應(yīng)充分考慮到橋梁在設(shè)計(jì)和建造期間的整體使用要求，尤其是超大型橋梁工程，耗資巨大，需設(shè)法延長橋梁的設(shè)計(jì)和使用壽命，通常來說，對于1.5 km及以上跨距的橋梁應(yīng)設(shè)計(jì)200年的使用壽命，這對鋼材、混凝土的性能提出了更高的要求，尤其是在耐久性、耐腐蝕性等方面[4]。

2.2 超性能混凝土材料UHPC的應(yīng)用

采用超性能、超強(qiáng)度的材料已經(jīng)成為將來橋梁施工的大趨勢，超性能的混凝土(UHPC)被公認(rèn)為近年來獨(dú)具創(chuàng)新的水泥基材料，融合了力學(xué)以及耐久性方面的卓越性能，而活性混凝土(RPC)則屬于UHPC中的代表，最早在20世紀(jì)90年代的法國試驗(yàn)成功，相比于普通混凝土而言，其抗壓能力已超過150 MPa，而且徹底篩除了粗骨料，其中的成分以最合適的比例進(jìn)行堆積來達(dá)到最佳強(qiáng)度，同時保證了良好的韌性及耐久性，有專家預(yù)言，UHPC可能給橋梁施工技術(shù)的發(fā)展帶來重大變革。

2.3 CFRP材料的應(yīng)用

CFRP(筋錨固系統(tǒng))的研究屬CFRP材料在實(shí)際橋梁工程應(yīng)用中的主要問題，現(xiàn)有的CFRP筋錨固主要以粘結(jié)式、夾片式以及復(fù)合式錨具為主。粘結(jié)式錨具最具代表性的特征便是以水泥砂漿為介質(zhì)，可分為直筒粘結(jié)式等類型。通過對CFRP筋形狀、錨固范圍、粘結(jié)介質(zhì)以及套筒內(nèi)傾角等相關(guān)因素進(jìn)行差異性組合，進(jìn)而可得到各設(shè)計(jì)指標(biāo)對錨固效果的影響程度，并對CFRP筋的軸向進(jìn)行實(shí)測可發(fā)現(xiàn)，直筒粘結(jié)式的類型對增強(qiáng)錨固效果較為有利[5]。

3 橋梁工程建設(shè)的未來展望

3.1 超深水橋體建造技術(shù)

在跨海橋梁的施工過程中，首先需要考慮的問題是超深水橋體的建造技術(shù)，以希臘Rion-Antirion大橋?yàn)槔浠A(chǔ)水深在目前世界上已建橋梁中為最大，這是由于其采用了預(yù)制裝配橋墩。瓊州海峽以及臺灣海峽平均水深都已超過80 m，所以對于水深為70～100 m的超深水范圍，應(yīng)設(shè)計(jì)并研發(fā)出一套有利于深水施工且較為經(jīng)濟(jì)、耐用的模式，此外，超大型的基礎(chǔ)橋梁施工裝備等設(shè)施也應(yīng)配套完成。

3.2 創(chuàng)新施工和監(jiān)測設(shè)備的開發(fā)

對于連續(xù)大跨徑橋梁的施工而言，其非通航孔的上部以及下部的基礎(chǔ)墩體常采用預(yù)制的結(jié)構(gòu)，構(gòu)件重量可達(dá)數(shù)萬噸，只能通過大型裝備進(jìn)行整體吊裝，為不斷滿足跨海大橋工程建設(shè)的需要，應(yīng)進(jìn)一步對機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行研究，建造超大型浮吊等橋梁施工設(shè)備。另一方面，也要突破已有的橋梁施工技術(shù)，不斷開拓，勇于創(chuàng)新，加大施工監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)和投入力度，為橋梁施工過程保駕護(hù)航。

3.3 智能一體化控制設(shè)備的推廣

橋梁施工過程中智能一體化控制設(shè)備的廣泛應(yīng)用可大大提高橋梁施工的工期，并可保證橋梁的施工質(zhì)量，排除了因人為的誤操作等因素帶來的工期滯后和其他安全隱患。對于有超高標(biāo)準(zhǔn)要求的特大型橋梁工程而言，智能一體化控制設(shè)備也可通過對構(gòu)件的篩選以及大量施工數(shù)據(jù)的挖掘來分析、制定出橋梁下一階段的具體施工方案，可以說智能一體化控制設(shè)備在橋梁工程中的成功應(yīng)用徹底改寫了橋梁施工技術(shù)的歷史[6]。

3.4 先進(jìn)納米施工材料的研究

加入先進(jìn)納米施工材料的混凝土可從微觀層面改善混凝土的整體性能，此類納米材料內(nèi)部所產(chǎn)生的獨(dú)特界面相可改善其局部的塑形能力，以此來增強(qiáng)材料強(qiáng)度以及彈性模量和阻尼性能。加入適量纖維材料的水泥基材料可更好地限制裂縫的寬度，提高混凝土抗彎的韌性，例如加入了甲基纖維素的混凝土，其阻尼特性大大提高，使傳統(tǒng)的橋梁施工材料保持原有力學(xué)性能的同時又得到一些特殊的性能，這是材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。但需要注意的問題是，并非所有的橋梁施工材料都可以用上述的納米材料來替代，這涉及到施工過程中橋梁各構(gòu)件成分的兼容性問題，需在投入使用前做充分的論證。

4 結(jié)語

當(dāng)代橋梁的施工技術(shù)已經(jīng)逐步趨于國際化，橋梁施工技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，新裝備的應(yīng)用層出不窮，并與時下領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)通訊、大數(shù)據(jù)平臺等技術(shù)相結(jié)合，因此，我們在秉承已有的且十分成熟的橋梁施工經(jīng)驗(yàn)的同時，要與時俱進(jìn)，及時吸收國外橋梁工程的先進(jìn)理念，包括設(shè)計(jì)理念、施工理念以及管理理念來為我所用，通過不斷地學(xué)習(xí)、應(yīng)用、總結(jié)、實(shí)踐，使我國橋梁的施工技術(shù)逐步走向世界。

[1]李金玲.道橋施工中的技術(shù)控制要點(diǎn)[J].黑龍江科學(xué)，2014(1)：80.

[2]劉奇斌.論道橋施工中常見的技術(shù)問題及解決對策[J].黑龍江科技信息，2012(32)：450.

[3]常慶喜.淺談我國道橋建設(shè)的現(xiàn)狀及對道橋發(fā)展的建議[J].科協(xié)論壇(下半月)，2007(10)：205.

[4]陳 林.淺談我國道路橋梁施工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中華民居(下旬刊)，2012(12)：310-311.

[5]李曉歡.淺談我國道路橋梁施工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].黑龍江交通科技，2013(4)：91.

[6]李金玲.道橋施工中的技術(shù)控制要點(diǎn)[J].黑龍江科學(xué)，2014(1)：80.