刚开通的虎门二桥,桥面有哪些“黑科技”秘密
发布时间:2019-04-15 09:46

文、图/ 金羊网记者张璐瑶 通讯员许颖、卢庆雷

4月2日,作为《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布后的湾区首项超级工程,虎门二桥将建成通车。全长12.89km的虎门二桥是粤港澳大湾区核心区新的重要过江通道,包含了两座超千米的主桥,其中坭洲水道桥主跨达到1688米,位居钢箱梁悬索桥世界第一,钢箱梁桥面铺装成为制约虎门二桥开通的瓶颈工程。

为了保证虎门二桥钢箱梁桥面铺装的质量和工期,在华南理工大学土木与交通学院张肖宁教授主持下,华南理工大学道路工程研究所与肖宁道路工程技术研究事务所共同承担了钢桥面铺装的质量技术与质量控制的研究工作,这个曾经负责举世瞩目的港珠澳大桥桥面铺装项目的团队,创下了国内单体热拌环氧铺装面积(铺装面积13万平方米)最大、施工难度最复杂、最具有挑战性的工程项目的记录。

与已经服役超过20年的虎门大桥相比,虎门二桥的桥面性能、质量做了哪些优化?应用了哪些高新科技?4月1日,记者采访张肖宁团队,揭开虎门二桥的桥面秘密。

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华南理工大学土木与交通学院研究团队

秘密一:抗滑又防水

FAC+环氧沥青,打造粗糙防水桥面

作为缓解虎门大桥交通压力的一条重要通道,专家预计,虎门二桥(南沙大桥)交通预测量可能会达到每天20万辆以上。“这是个什么概念?全国高速公路中,这么大交通量的不会超过1%,而且它几乎承担了整个珠三角地区的货运压力。”张肖宁说。

团队负责铺装的钢箱梁桥面长达3公里多,面对全世界罕见的大交通量、罕见的货运量、罕见的抗滑要求,张肖宁选择了由他首创,历经20年几代博士倾力研究的FAC(富沥青含量沥青混凝土)技术进行混合料级配设计,在国内首次大面积使用热拌式环氧沥青+FAC钢桥面铺装,打破了20年来使用美国规划的局限。“FAC技术可以最大限度根据工地已有材料情况进行材料设计配比,发挥材料的最优性能。”

如何改善桥面抗滑性能?团队历时一年多,经过数十种材料比选与试验评价,最终形成以粗集料为骨架、细集料与沥青胶浆填充骨架孔隙的技术方案,让桥面形成粗糙抗滑的状态。

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抗滑性能优良的桥面铺装

岭南多雨,粗糙的桥面会不会造成大孔洞导致桥面漏水?“钢结构桥梁最怕漏水。”张肖宁告诉记者,“水一旦进入钢箱梁,就会锈蚀钢结构,结构安全就会受到影响;水也不能进入材料内部,否则材料会被渗水泡坏,导致材料松散。”

将抗滑和防水这两种自相矛盾的性能同时实现,需要从出料到摊铺每一个流程的精准控制。

为此,团队先后在场区、匝道、主桥进行了9次桥面铺装首件工程。每隔5℃、每隔5分钟测一下粘度变化,经过反复试验,团队得出结论:出料温度要控制在180度左右。同时,拌料的时长、压路机的速度、摊铺机的速度等都要经过精确计算,紧紧跟上,环环相扣。单出料温度、碾压工艺都大有讲究。

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张肖宁教授(右二)现场讨论工程技术问题

“温度过高,材料太稀压不住;温度不够或放置过久,材料变硬压不动;碾压不够,材料就容易松散破坏;压得过了,好不容易设计的粗糙表面就会形成光面。”张肖宁说,“最终我们实现了桥面不渗水也不透水的效果,通过表面迳流把水横向排走。”

秘密二:防早期病害

并机摊铺+红外探测,消除接缝、鼓包

根据国家标准,虎门二桥桥面设计寿命达到15年。15年后,是小修小补还是“开膛破肚”,桥面早期病害的预防至关重要。

张肖宁告诉记者,国内有些大桥桥面铺装从建成至今已维修数次。桥面的纵向裂缝、鼓包、脱层等问题是影响桥面寿命的主要早期病害。如何预防这些早期病害?张肖宁团队出动了自动摊铺机并机摊铺+无人机远红外探测的高新科技。

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操控无人机进行远程红外温度检测

并机摊铺解决了桥面接缝的问题。“虎门二桥一共有4个车道,一个车道3.75米宽,为了保证桥面材料的均匀性,我们最终选择了7.5米的摊铺宽度,将4车道分成两条摊铺道来摊铺。”张肖宁说。按照传统的方法,铺完一条再铺另一条,毫无疑问,两条沥青道中间必然会出现一条缝隙。基础研究表明,随着时间的推移,这条接缝一定会裂开,影响桥的长期使用。为此,张肖宁团队和施工单位最终商量决定,采用“全幅摊铺”。施工时,一台摊铺机在前,另一台摊铺机相隔15米紧随其后,两条道同时摊铺,接缝处的热沥青在冷却前融合在一起,接缝问题彻底解决。

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整幅摊铺工程现场

无人机远红外探测则解决了桥面鼓包的问题。“环氧沥青材料非常致密,下面如果有水有油,一旦蒸发就会形成鼓包。这也是虎门大桥现在的主要缺陷。”张肖宁说。过去,消除鼓包主要靠人工肉眼判断,遗漏的地方非常多。此次施工中,团队出动无人机用远红外技术对铺装层进行远红外探测,“凡是有鼓包、脱层的地方,温度都比其他地方高”。在远红外镜头中,桥面鼓包几乎无一漏网,通车后鼓包的问题得到及时防治。

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肖宁道路工程技术研究事务所的质量检测人员

精准控制的要求是分毫不差。张肖宁告诉记者,铺装过程不能出现一点偏差,连摊铺机的工作时长和速度都是精确到分秒。“虎门二桥行驶速度要用机器设备监测,3米/分钟的摊铺速度,快一秒、慢一秒都不行。”他说,“也正是这样国内外罕见的精细化施工,铸就了这样一个超级工程。”

虎门二桥桥面使用了哪些“黑科技”?

· 3D雷达(三维雷达)

传统雷达只能发射1个点,3D雷达有24个雷达点,可以测量1.5米宽,对桥面进行全厚度检测。

厚度分布的均匀不均匀?不均匀的地方是材料的问题还是设备的问题?3D雷达技术都能发现,严格控制厚度分布的均匀性,实现了3公里多长、30多米宽的虎门二桥桥面铺装的全面厚度检测。

· 无人机远红外探测

桥面铺装材料非常致密,下面一旦有水有油,就可能会产生桥面鼓包,成为桥梁病害。无人机用远红外探测技术对桥面进行全面探测,鼓包、脱层处温度会高于其他地方,也就是说,温度高的地方肯定有鼓包。该技术在一个工程面上就找到了40多个鼓包,至今没发现有遗漏的鼓包,温度的均匀性也得到了控制。

· 路面构造深度的检测

所谓路面构造深度,即一个个颗粒,凸起到什么程度。该团队自主研发了路面构造深度检测技术,用一个全自动的设备,大量获取数据,可对路面构造深度、抗滑性、施工均匀性进行批量自动检测。

编辑:智羊
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