冯良平：山区桥梁灾害防治的“四新”手段

文/本刊记者 陈楠枰

中交公路长大桥建设国家工程研究中心副总经理兼总工程师冯良平（源清慧虹供图）

“我国西部地形地貌、水文和地质构造复杂，地质灾害较多，地震活跃，高烈度地震频发。山区桥梁作为交通干线工程的重要结构及薄弱环节，灾害风险等级极高，其建设和运营安全面临极大挑战，亟须提高桥梁抗灾能力。”2021中国山区桥梁与隧道结构安全技术交流会上，中交公路长大桥建设国家工程研究中心副总经理兼总工程师冯良平如是说。

他注意到，不仅复杂地形和恶劣气候是山区桥梁建设和运营的“拦路虎”，西南山区及高原地处高烈度地震区，亦对桥梁结构的抗震性能提出了更高要求。复杂的水文与地质干扰，工程建设中对脆弱生态造成的难以修复的“后遗症”……这些挑战，都令山区桥梁在建设和运营过程中，对新结构、新装置、新材料及信息化管养平台提出了更严苛要求。

在冯良平看来，助推山区桥梁防灾减灾，需要持续创新，不断推出新技术、新工艺、新装备，还需建立起山区公路桥梁防灾减灾领域的技术创新、成果转化、工程化及产业化一条龙的产学研用体系，并培养出更多山区桥梁领域的高层次人才，为技术创新提供持续动力。

新结构：挤扩支盘技术

为减少开挖范围，维持边坡稳定和土压平衡，维护生态环境，冯良平团队研发了减少环境冲击的挤扩支盘技术，推广应用于边坡加固、城市基坑、抗浮工程等多个领域，力争将扰动区域减至最小，避免造成土壤压密，并尽最大限度维持动物迁徙空间。

新工法的推广成效同样可观。据悉，挤扩支盘技术不但使得工程造价降低了10%，同等荷载条件下，支盘桩的平均沉降量更只有常规桩沉降量的1/2，沉降稳定时间较常规工法缩短2/3。

“挤扩支盘具有提高承载力、经济性好、占用空间小、可调节性强的技术优势。”冯良平指出。据其描述，该技术在挤扩成盘腔的过程中充分调动了深部土体承载能力，可有效缩短的杆长在面对锚杆设计长度受限的工况时具有较好的适用性，扩大头的位置还能根据土层物理力学性质、潜在滑裂面深度进行调整，增加锚杆的优化空间。

新装置：减隔震技术

“山区桥梁跨越山沟河谷等复杂地形，斜弯陡坡多、高墩大跨多，日常运营环境恶劣，且地震烈度高，震后修复难度大。”对此，冯良平认为，合理的结构体系或是保证结构安全的关键。

减隔震设计正是经济有效的方式之一。他提出，通过采用阻尼器、竖向减隔震支座及减震耗能抗风支座等多功能减隔震装置，辅助山区桥梁减隔震技术，可以满足多灾害作用下桥梁静动力性能的要求。

据悉，冯良平及其团队为此特别提出了大跨径桥梁全过程位移控制型组合结构体系，研制了一种限制主梁活载作用下，梁端累积位移的新型位移控制型阻尼器，并开展了多功能静力限位-动力阻尼组合装置不同速度下的型式试验。

减震耗能横向支座层面，设置有蝶形弹簧-摩擦阻尼组合的减震耗能横向支座被冯良平团队成功研制出，为桥梁主梁在横桥向运动提供了具有一定自复位能力的刚度，又能提供一定的动力阻尼，进而实现减震耗能的功能。

对地震烈度Ⅶ度以上山区桥梁，冯良平及团队还研发了适用于大跨混凝土箱梁/钢箱梁/钢混组合梁桥的各向异性摩擦摆支座，以满足地震作用下的纵、横向不同的位移需求。

不止如此，一种免润滑、长距离低磨耗、耐快速剪切的超高性能聚四氟乙烯滑板被研制出来，“大幅提高了抗蠕变性和耐磨性，降低了干磨状态下的摩擦系数，解决了滑动支座无润滑干磨条件下高磨耗、不耐快速剪切的技术难题。”

新材料：高性能混凝土

山区自然灾害易引发桥梁典型病害，对桥梁建造材料提出了高韧性、耐磨、高强和轻质的特性需求。

据介绍，“早强快硬”混凝土产品凝结时间从半小时至六小时可调，具有大流动性、易浇筑，早期强度高，低收缩、无裂缝，以及高耐久性的特点。在灾后应急抢通保通、结构补强、伸缩缝快速更换中均有优异表现。

此外，不止超高性能混凝土因其超高的力学性能、韧性和耐久性能，获得了冯良平团队的青睐。冯良平团队还研发出了又一种具有增稠减缩作用的高性能减水剂，通过增加浆体强度，降低浆体密度的方式，结合物理方法抑制轻骨料上浮。

“基于断裂力学和微观力学的纤维混凝土设计方法，结合对水泥基材的改性，HP-ECC是具有高强度、明显应变硬化和多点开裂性能，且干燥收缩小的超韧性低收缩高强工程水泥基复合材料。”他表示。

而在研究废弃土及工业废渣于混凝土的应用中，冯良平团队还发现，在大孔隙率透水混凝土基础上研究透水混凝土植生技术，透水混凝土可保证边坡防护强度，植物根系保水固土，可提高坡面抗冲刷能力，从而提高边坡安全性。

新平台：智能建养一体化

如今，以“智能桥梁”建设促进行业生产方式变革、产业链贯通、工业化进程，俨然已成为行业发展的需求所在。面对山区复杂灾害环境，如何提升山区桥梁灾害监测、结构检测及评估技术与装备，以实现山区桥梁的数字化、智能化管养？引起了冯良平的深思。

除了研发桥梁泛在感知、远程监测、快速短期监测、视觉增强识别监测等桥梁监测技术，构建山区桥梁/桥梁群灾害监测及桥梁感知系统之外，冯良平所在的团队还以BIM模型为载体，将分散的监测传感设备系统与BIM构件关联，融合灾害监测和结构监测信息，形成桥梁多维BIM模型，实现了桥梁监测大数据的可视化管理。

他谈到，融合了桥梁全生命周期数据，支撑桥梁数字化养护及灾害防控的桥梁/桥梁群建养一体化平台，有望实现灾害智能监测及桥梁实时感知、数字化巡检及可视化融合、桥梁病害智能识别及BIM数据库、桥梁服役性能评估及预警决策等功能。

矮寨大桥（摄影：杨思达）