初秋的青島，綿綿細(xì)雨伴著海風(fēng)悄然而至。預(yù)計還有不到一年的時間，這里就將誕生一座全長超過41.58公里的“世界第一跨海長橋”——青島海灣大橋。9月8日至10日，在這座大橋的故鄉(xiāng)青島，“全國大型橋梁工程耐久性技術(shù)發(fā)展研討會”隆重舉行。此次會議由中國公路學(xué)會主辦、山東高速集團(tuán)有限公司承辦，吸引了來自全國各地橋梁管理、建設(shè)及科研單位的近200名代表參加。

　　國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會主席康寶特，中國公路學(xué)會理事長李居昌、專家委員會主任王玉、秘書長劉文杰，交通運輸部科技司副司長張延華，山東高速集團(tuán)董事長孫亮、副總經(jīng)理周勇，山東省交通運輸廳總工程師伊大邁，青島市交通運輸委副主任韓守信以及中交公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)有限公司董事長楊儉存等領(lǐng)導(dǎo)出席了開幕式。山東高速集團(tuán)技術(shù)工程部部長朱偉、山東高速青島海灣大橋建設(shè)指揮部指揮長姜言泉等也出席了會議。

　　在為期3天的會議中，國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會主席康寶特，中國工程院院士、中國科學(xué)院海洋研究所研究員侯保榮，加拿大工程院院士、香港工程院院士張慕圣，香港理工大學(xué)教授倪一清，日本本州四國聯(lián)絡(luò)橋高速公路股份有限公司技術(shù)總監(jiān)帆足博明，清華大學(xué)教授路新瀛，同濟(jì)大學(xué)教授陳艾榮，浙江大學(xué)教授金偉良，以及山東高速青島公路有限公司研究員邵新鵬等15位中外知名專家、學(xué)者，為與會代表們奉獻(xiàn)了一場場精彩的報告。專家們圍繞實現(xiàn)橋梁建設(shè)與運營的成本最優(yōu)配置，降低橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期的經(jīng)濟(jì)投入，節(jié)約橋梁設(shè)計使用年限內(nèi)的資源消耗等議題，闡述了各自最新的設(shè)計理念、科研成果和技術(shù)應(yīng)用。

　　近年來，我國沿江、沿海建設(shè)了一大批世界級的大跨徑橋梁。與此同時，圍繞這些大型橋梁工程的耐久性研究，正越來越引起各國專家的廣泛關(guān)注。特別是跨海大橋，由于在腐蝕、抗風(fēng)以及健康檢測等方面的情況更為復(fù)雜，一直都是業(yè)界的熱議話題。“正如同這個浮躁的社會，工程建設(shè)領(lǐng)域的浮躁比比皆是，人們普遍關(guān)注的是眼前成果。”中國公路學(xué)會秘書長劉文杰評價此次會議“圍繞橋梁耐久性這個課題展開討論和交流，應(yīng)該說是一種遠(yuǎn)見”。

　　橋梁壽命周期：設(shè)計賦予其生命

　　我國有許多已經(jīng)建成的大型橋梁工程項目，如：上海盧浦大橋、重慶朝天門大橋、廣州黃埔大橋、江蘇蘇通大橋等，還有許多正在建設(shè)的橋梁，如：

　　泰州長江大橋、港珠澳大橋等，刷新了一項項世界紀(jì)錄。

　　同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系教授陳艾榮提出，除了擴(kuò)大橋梁跨徑以外，我們還需要思考更多的問題，比如：橋梁的耐久性、持續(xù)性和安全性等。與此同時，將這些“理念”通過“技術(shù)”的手段轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;工具”。

　　橋梁的壽命周期理論被討論了多年，該理論起源于歐美，主要是針對橋梁的維修與優(yōu)化，周期的概念一般只考慮橋梁的管養(yǎng)階段。那么，如果將設(shè)計和施工過程包含其中，橋梁的壽命周期理論將會變得更為復(fù)雜，而這正是我們需要思考的問題。

　　陳艾榮教授認(rèn)為，壽命周期的設(shè)計不能也不是單純的數(shù)字，工程師才是設(shè)計的靈魂。他們應(yīng)該知道什么是需要考慮的以及如何考慮。壽命周期理論最重要的目標(biāo)就是給工程師們提供一個清晰的框架和一些有用的工具。具體來說，所有的設(shè)計工作都基于一個給定的橋梁使用壽命。設(shè)計過程可分為具有代表性的六部分：壽命給定、造型設(shè)計、性能設(shè)計、生態(tài)設(shè)計、管養(yǎng)設(shè)計和壽命周期成本分析。

　　其中，耐久性設(shè)計是橋梁性能設(shè)計的一部分，目的是確保橋梁在其壽命周期內(nèi)能夠良好地發(fā)揮性能。然而，現(xiàn)行的混凝土耐久性試驗方法并不能滿足實際工程的需要，一是試驗設(shè)備昂貴，二是試驗周期較長。因此，這其實是一個設(shè)計問題，而不僅僅是選擇哪一種“高性能材料”。“我的夢想之一就是，在不久的將來，設(shè)計者能夠像今天作結(jié)構(gòu)分析一樣清晰地計算有關(guān)耐久性的所有細(xì)節(jié)。” 陳艾榮教授滿懷憧憬地說道。

　　預(yù)防性養(yǎng)護(hù)：防患于未然

　　國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會主席康寶特在專題報告中，詳細(xì)介紹了加拿大聯(lián)邦大橋在工程設(shè)計、養(yǎng)護(hù)管理等方面的成就和經(jīng)驗。

　　加拿大聯(lián)邦大橋是一條長達(dá)12.9公里，連接愛德華王子島與新不倫瑞克省之間的跨海公路大橋。1997年正式通車時，大橋最初的養(yǎng)護(hù)作業(yè)組只有3個人。此后，這個數(shù)字不斷增長，無數(shù)經(jīng)驗表明對大橋進(jìn)行季節(jié)性養(yǎng)護(hù)和經(jīng)常性養(yǎng)護(hù)的重要性。隨著工作量的增加，養(yǎng)護(hù)作業(yè)組現(xiàn)已配備了8名全職工作人員。

　　一方面，工作人員要定期對各項設(shè)備進(jìn)行檢測，以便制定出更加有效的養(yǎng)護(hù)管理辦法；另一方面，他們還要通過對大橋的基本參數(shù)和數(shù)據(jù)等實施監(jiān)控，從而驗證相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

　　此外，一些具體信息的反饋，如：腐蝕率、凍融耐久性等，都為制定未來的養(yǎng)護(hù)計劃提供了極為重要的依據(jù)。

　　正是這些定期的檢測及數(shù)據(jù)信息反饋，才保證了聯(lián)邦大橋在13年中得以實施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的策略，事實證明取得了很好的效果。當(dāng)然，像這種長期的大型橋梁養(yǎng)護(hù)工程所需要的支出也很高昂，目前看來，并不適用于小型橋梁的養(yǎng)護(hù)。但隨著科技的發(fā)展和觀念的更新，橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的需求將不斷增加，與此同時，更加專業(yè)化的公司和組織、團(tuán)體也將應(yīng)運而生，到那時候，先進(jìn)的技術(shù)及團(tuán)隊將大大降低預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的成本。

　　青島海灣大橋：長壽命運營管理理念先行

　　由山東高速集團(tuán)投資建設(shè)的青島海灣大橋是我國目前國有獨資單一企業(yè)投資建設(shè)的最大規(guī)模的交通基礎(chǔ)設(shè)施項目，是我國北方冰凍海域首座特大型橋梁集群工程，加上引橋和連接線，全長超過41.58公里，為世界第一跨海長橋。截至目前，累計完成投資79.2億元，大橋的下部結(jié)構(gòu)已基本完成，上部結(jié)構(gòu)完成了93%。大沽河航道橋、紅島航道橋、滄口航道橋的主體工程已基本完工，橋面鋪裝施工陸續(xù)展開。大橋自2007年5月開工，預(yù)計今年年底全線貫通，明年上半年正式通車。

　　據(jù)山東高速青島公路有限公司研究員邵新鵬介紹，青島海灣大橋受環(huán)保、通航、航空、氣候、水文、地形和地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件的制約，建設(shè)條件復(fù)雜、工程技術(shù)難度大。根據(jù)目前國內(nèi)外橋梁的服役狀態(tài)，地處冰凍海域的青島海灣大橋不僅要延緩由氯鹽侵入導(dǎo)致的鋼筋腐蝕，還要防止混凝土在自然凍融循環(huán)條件下的過快劣化。因此，綜合考慮大橋的結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計使用年限、材料劣化規(guī)律、防腐措施的有效性等方面，通過系統(tǒng)深入的研究，科學(xué)、合理的大橋長壽命運營管養(yǎng)技術(shù)方案最終被確定下來。

　　將長壽命運營管理理念貫穿主體結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土材料設(shè)計、施工過程控制和實體結(jié)構(gòu)服役的整個過程，使青島海灣大橋結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)真正覆蓋了全壽命周期。工作人員深入研究了施工工藝對早齡期混凝土耐久性的影響，明確了冰凍海域跨海大橋的結(jié)構(gòu)耐久性演變規(guī)律，實現(xiàn)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)耐久性關(guān)鍵參數(shù)的在線監(jiān)測。通過對青島海灣大橋的使用壽命實現(xiàn)動態(tài)評估和科學(xué)預(yù)測，提出了確保大橋安全耐用的管養(yǎng)技術(shù)，對未來北方沿海地區(qū)長大跨海大橋的設(shè)計、建設(shè)與管養(yǎng)提供了重要的參考依據(jù)。

　　邵新鵬告訴記者，“我國有些海港、橋梁工程，在正常使用后十幾年甚至幾年就開始修復(fù)，遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計使用年限的要求。”造成橋梁過早劣化的原因可以歸納為三點，一是設(shè)計階段對橋梁服役環(huán)境的嚴(yán)酷性以及結(jié)構(gòu)材料功能退化的規(guī)律認(rèn)識不足，防腐蝕技術(shù)措施選用不當(dāng)；二是施工階段沒有采取有效保障結(jié)構(gòu)耐久性的施工工藝和技術(shù)措施；三是運營階段沒有實時評估橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性狀態(tài)并及時采取相應(yīng)的維護(hù)措施。

　　
杭州灣大橋：百年設(shè)計壽命的科學(xué)論證

　　2008年，《杭州灣跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性成套技術(shù)研究與應(yīng)用》榮獲“中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎”特等獎。在本次會議上，浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院院長金偉良教授向與會代表們介紹了杭州灣大橋百年設(shè)計壽命的科學(xué)論證與措施。

　　他在發(fā)言中，首先對橋梁的可靠性進(jìn)行了界定，即橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常設(shè)計、施工、使用和維護(hù)的條件下，完成安全性、適用性和耐久性的能力。其中，耐久性是表征結(jié)構(gòu)抵御性能劣化的能力，它包含了三大基本要素：一是環(huán)境要素，橋梁結(jié)構(gòu)處于某一特定環(huán)境（包括自然環(huán)境、使用環(huán)境、長期作用）中，并受其侵蝕；二是功能要素，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是一個結(jié)構(gòu)多種功能（安全性、適用性等）與使用時間相關(guān)聯(lián)的多維函數(shù)空間；三是經(jīng)濟(jì)要素，橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用過程中不需要大修。

　　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是結(jié)構(gòu)抵御長期作用（環(huán)境、循環(huán)、荷載等）性能劣化的能力。據(jù)金偉良教授介紹，M E T S方法解決了室內(nèi)實驗研究的真實性和有效性，以及室內(nèi)實驗與實際工程耐久性時間相關(guān)性的技術(shù)難題，明確了混凝土耐久壽命預(yù)測的定量實驗方法，為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的壽命預(yù)測提供了科學(xué)依據(jù)。

　　杭州灣跨海大橋主要結(jié)構(gòu)部位的耐久性壽命均滿足設(shè)計使用要求，即使用壽命100年混凝土中鋼筋不銹蝕的基本要求。其中，海上現(xiàn)澆墩身是決定跨海大橋耐久性壽命的關(guān)鍵部位，海上承臺和濕接頭是受到海洋環(huán)境條件下氯離子侵蝕最嚴(yán)重的部位，其次是墩身。此外，采用多種耐久性防護(hù)附加措施，如：塑料波紋管和真空輔助壓漿、鋼筋阻銹劑、混凝土表面涂層等，均能起到延長跨海大橋使用壽命的作用。

　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)：讓安全預(yù)警的夢想照進(jìn)現(xiàn)實

　　橋梁在營運過程中，由于過載、疲勞效應(yīng)、外來沖擊等作用，以及材料自身性能的不斷退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分在沒有達(dá)到設(shè)計年限前就產(chǎn)生不同程度的損壞和劣化。對于這些損傷，傳統(tǒng)的方法是通過人工檢測的方法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)評估，但是這種方法存在著主觀性強(qiáng)、難以量化、缺少連續(xù)性和整體性、影響正常交通運行、需要大量人力并有諸多檢查盲點等問題。為確保大型橋梁的結(jié)構(gòu)安全、及時掌握橋梁運營狀況、實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)的運行，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究與評估系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運而生。會上，東海大橋、江陰大橋、潤揚大橋等單位的專家結(jié)合實際工作，與大家交流了各自在大型橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)方面的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

　　東海大橋軸線水域位于杭州灣北部海域，自然條件受杭州灣強(qiáng)潮和長江口泥沙運動的牽制，海床演變較為復(fù)雜，在大橋水下構(gòu)筑物與水流、泥沙和波浪的相互作用下，軸線水域沖刷和橋墩沖刷坑十分明顯。東海大橋的橋墩由不同大小和形狀的鋼混凝土承臺及簇樁群組成，在水流、泥沙動力學(xué)的作用下，形成的橋墩沖刷坑也有所不同。因此，為保證東海大橋整體結(jié)構(gòu)安全和百年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的正常運營，上海東海大橋管理有限公司委托上海海事局海測大隊，分別于2002年和2008年至2009年三次采用多波束測深系統(tǒng)對軸線水域進(jìn)行了全面掃測，查清了東海大橋軸線水域海床沖刷變化和橋墩沖刷坑的情況。專家認(rèn)為，這些專業(yè)檢測項目現(xiàn)場實測資料，針對橋墩沖刷的安全防護(hù)提供了可靠的依據(jù)。按目前狀況，尚處于橋墩樁基的設(shè)計深度安全系數(shù)范圍內(nèi)，無需采取水下工程維護(hù)措施。對個別沖刷較大的區(qū)域，應(yīng)進(jìn)行跟蹤觀測，必要時進(jìn)一步采取多方法驗證。

　　自上世紀(jì)80年代中后期，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念被明確提出，并先后在許多重要的大跨徑橋梁上建立了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。然而，目前國內(nèi)外的大部分監(jiān)測系統(tǒng)僅限于數(shù)據(jù)的采集和保存，在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理、建立合理的橋梁健康狀態(tài)指標(biāo)、應(yīng)用監(jiān)測數(shù)據(jù)對橋梁健康狀況進(jìn)行系統(tǒng)評估等方面還很欠缺。此外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，沒有充分考慮后期橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)與管理的需要，導(dǎo)致建成后的健康監(jiān)測系統(tǒng)與橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作嚴(yán)重脫節(jié)?；诖耍K揚子大橋股份有限公司借助于江陰大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測升級改造工程，依據(jù)江陰大橋的結(jié)構(gòu)特點與各組成部分的監(jiān)測需求，實現(xiàn)了監(jiān)測項目的選擇，確立了健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的總體目標(biāo)、系統(tǒng)框架、層次結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)構(gòu)成，從而建立了一套基于管養(yǎng)需求的實用型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。并借助于該系統(tǒng)提供的及時、客觀的數(shù)據(jù)信息，將監(jiān)測取得的成果成功應(yīng)用于主橋阻尼器安裝評價、主梁受船撞擊后的損傷狀況評估、大橋結(jié)構(gòu)模態(tài)和動力特性分析等具體養(yǎng)護(hù)管理工作中。

　　大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是對橋梁服役期間的運營環(huán)境和結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行監(jiān)測的一種完整的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其主要功能是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，及時捕捉橋梁在實際交通負(fù)荷與自然蛻化條件下的異常特征信息并發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。江蘇潤揚長江公路大橋是我國目前規(guī)模最大、技術(shù)難度最高、在我國建橋史上規(guī)?？涨暗奶卮笮退髦С行蜆蛄海瑵檽P大橋結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)的建立是保證大橋安全運營的重大措施，具有技術(shù)性和社會性雙重意義。潤揚大橋結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中使用加速度傳感器對地震、船撞進(jìn)行實時監(jiān)測。在震驚世界的5.12四川汶川大地震中，雖然潤揚大橋離震源很遠(yuǎn)，仍強(qiáng)烈地感受到了大橋?qū)Φ卣鸬姆磻?yīng)，成功地獲取了地震的信息。潤揚大橋結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)是世界上首次實現(xiàn)對地震即時報警的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)之一，我們有理由相信，人類在重大災(zāi)變事件來臨時，對重大基礎(chǔ)設(shè)施安全預(yù)警夢想的實現(xiàn)指日可待。