馮良平：山區橋梁災害防治的“四新”手段

文/本刊記者 陳楠枰

中交公路長大橋建設國家工程研究中心副總經理兼總工程師馮良平（源清慧虹供圖）

“我國西部地形地貌、水文和地質構造復雜，地質災害較多，地震活躍，高烈度地震頻發。山區橋梁作為交通干線工程的重要結構及薄弱環節，災害風險等級極高，其建設和運營安全面臨極大挑戰，亟須提高橋梁抗災能力?！?021中國山區橋梁與隧道結構安全技術交流會上，中交公路長大橋建設國家工程研究中心副總經理兼總工程師馮良平如是說。

他注意到，不僅復雜地形和惡劣氣候是山區橋梁建設和運營的“攔路虎”，西南山區及高原地處高烈度地震區，亦對橋梁結構的抗震性能提出了更高要求。復雜的水文與地質干擾，工程建設中對脆弱生態造成的難以修復的“后遺癥”……這些挑戰，都令山區橋梁在建設和運營過程中，對新結構、新裝置、新材料及信息化管養平臺提出了更嚴苛要求。

在馮良平看來，助推山區橋梁防災減災，需要持續創新，不斷推出新技術、新工藝、新裝備，還需建立起山區公路橋梁防災減災領域的技術創新、成果轉化、工程化及產業化一條龍的產學研用體系，并培養出更多山區橋梁領域的高層次人才，為技術創新提供持續動力。

新結構：擠擴支盤技術

為減少開挖范圍，維持邊坡穩定和土壓平衡，維護生態環境，馮良平團隊研發了減少環境沖擊的擠擴支盤技術，推廣應用于邊坡加固、城市基坑、抗浮工程等多個領域，力爭將擾動區域減至最小，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。據悉，擠擴支盤技術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樁沉降量的1/2，沉降穩定時間較常規工法縮短2/3。

“擠擴支盤具有提高承載力、經濟性好、占用空間小、可調節性強的技術優勢。”馮良平指出。據其描述，該技術在擠擴成盤腔的過程中充分調動了深部土體承載能力，可有效縮短的桿長在面對錨桿設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土層物理力學性質、潛在滑裂面深度進行調整，增加錨桿的優化空間。

新裝置：減隔震技術

“山區橋梁跨越山溝河谷等復雜地形，斜彎陡坡多、高墩大跨多，日常運營環境惡劣，且地震烈度高，震后修復難度大?！睂Υ?，馮良平認為，合理的結構體系或是保證結構安全的關鍵。

減隔震設計正是經濟有效的方式之一。他提出，通過采用阻尼器、豎向減隔震支座及減震耗能抗風支座等多功能減隔震裝置，輔助山區橋梁減隔震技術，可以滿足多災害作用下橋梁靜動力性能的要求。

據悉，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構體系，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位能力的剛度，又能提供一定的動力阻尼，進而實現減震耗能的功能。

對地震烈度Ⅶ度以上山區橋梁，馮良平及團隊還研發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，降低了干磨狀態下的摩擦系數，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難題?！?/p>

新材料：高性能混凝土

山區自然災害易引發橋梁典型病害，對橋梁建造材料提出了高韌性、耐磨、高強和輕質的特性需求。

據介紹，“早強快硬”混凝土產品凝結時間從半小時至六小時可調，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。在災后應急搶通保通、結構補強、伸縮縫快速更換中均有優異表現。

此外，不止超高性能混凝土因其超高的力學性能、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，結合物理方法抑制輕骨料上浮。

“基于斷裂力學和微觀力學的纖維混凝土設計方法，結合對水泥基材的改性，HP-ECC是具有高強度、明顯應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合材料。”他表示。

而在研究廢棄土及工業廢渣于混凝土的應用中，馮良平團隊還發現，在大孔隙率透水混凝土基礎上研究透水混凝土植生技術，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：智能建養一體化

如今，以“智能橋梁”建設促進行業生產方式變革、產業鏈貫通、工業化進程，儼然已成為行業發展的需求所在。面對山區復雜災害環境，如何提升山區橋梁災害監測、結構檢測及評估技術與裝備，以實現山區橋梁的數字化、智能化管養？引起了馮良平的深思。

除了研發橋梁泛在感知、遠程監測、快速短期監測、視覺增強識別監測等橋梁監測技術，構建山區橋梁/橋梁群災害監測及橋梁感知系統之外，馮良平所在的團隊還以BIM模型為載體，將分散的監測傳感設備系統與BIM構件關聯，融合災害監測和結構監測信息，形成橋梁多維BIM模型，實現了橋梁監測大數據的可視化管理。

他談到，融合了橋梁全生命周期數據，支撐橋梁數字化養護及災害防控的橋梁/橋梁群建養一體化平臺，有望實現災害智能監測及橋梁實時感知、數字化巡檢及可視化融合、橋梁病害智能識別及BIM數據庫、橋梁服役性能評估及預警決策等功能。

矮寨大橋（攝影：楊思達）