南沙大桥钢箱梁桥面铺装技术“华工造”

2019-04-02 18:45:28 来源: 科技日报 作者:

本报记者 叶青 通讯员 卢庆雷 许颖

 42日不到九点,从事物流行业的彭先生早早来到桥下守候,得知南沙大桥今早开通,他有点迫不及待了。家住东莞,工作在中山,每天在虎门大桥动辄半小时的拥堵,让他苦不堪言。这次他预估只要十几分钟就能过桥。

南沙大桥全长12.89公里,双向八车道,起于广州市南沙区东涌镇,终点与东莞市沙田镇相接,跨越珠江大沙水道、海鸥岛、坭洲水道后,穿越虎门港。像彭先生一样,搓着手等大桥开通的大有人在。

南沙大桥位于虎门大桥上游10公里处,后者1997年通车,是横跨珠江口的第一条过江通道。据测算,通车后由广州南部至东莞车程可缩短10公里,用时可快半个钟头。这无疑为粤港澳大湾区打通了一条“新动脉”,极大缓解珠江口东西两岸的交通,沙田数万名通过广州南站北上的居民,乃至东莞沿海片、中心城区等周边数十万人都将受惠。

值得一提的是,在南沙大桥辐射范围内,还有广州大学城、深圳云计算中心、东莞散裂中子源等重要创新载体,其通车,将大大降低各创新平台间的通勤成本,促进各方创新合作。

作为《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布后首个投用的“超级工程”和“民生工程”,南沙大桥身上有很多个第一:

南沙大桥由“双子桥”组成,其中坭洲水道桥1688米的跨度位居钢箱梁悬索桥世界第一;260米主塔高度为国内悬索桥第一;散索鞍单件重达180吨,为国内最大铸钢件,国内首座5G信号覆盖的特大桥梁……

  钢箱梁桥面铺装是大桥建设的重点——这是国内单体热拌环氧铺装面积(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。华南理工大学土木与交通学院张肖宁教授带领团队参与了钢桥铺装难题的技术攻关。

作为粤港澳大湾区核心区新的重要过江通道,南沙大桥通车后从东莞到广州番禺的车程可缩短30分钟。“大桥的交通量将十分繁重,预测可能很快达到设计交通量,重车混入率也会明显高于多数高速公路的比例。在全国高速公路中,这么大的交通量不超过1%。并且大桥地处湿热高温地区,广州全年降雨量多达180天。因此,钢箱梁桥面铺装必须具有足够的耐久性和抗滑性能,才能确保巨大交通流量下的交通安全。” 摆在张肖宁面前,是一个全新挑战。

张肖宁团队采用了富沥青含量沥青混凝土(FAC)设计方法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。FAC由其历经20年所首创的,已在国内多项工程中应用。“FAC最大的特点‘量米下锅做饭’,即根据工程现有材料进行配比,发挥材料的最佳性能。”张肖宁打趣道。

确定好初步的施工方案,张肖宁组织团队,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。

“钢桥面最怕渗水。钢箱梁一旦遇水,就会锈蚀,结构安全将受到影响。”张肖宁说,要把抗滑和防水本来就矛盾的两种性能同时实现,每一个施工流程都必须精准控制。他们先后在场区、匝道、主桥进行了9次桥面铺装首件工程,通过控制出料、压实温度,摊铺机摊铺速度等,最终实现桥面不渗水也不透水,通过表面径流把水横向排走。

大桥使用若干年后,决定其小修小补还是“开膛破肚”,与桥面早期病害风险控制密切相关。

 南沙大桥有4个车道。“按照传统工艺,铺完一条车道再铺另一条,两道之间必然会产生不可愈合的施工接缝。这样在高温、雨水等反复作用下容易开裂。”最终,张肖宁团队采用“全幅摊铺”工艺。两台摊铺机一台在前,一台相隔15米紧随其后,同时施工,接缝处的热沥青在冷却前极好融合到一起,解决了接缝问题,且提高了施工效率。

铺装层鼓包及脱层是导致钢桥面铺装早期病害产生的重要因素,过去只能采用准确率极低的人工判识方法判断。这次,团队出动无人机采用其自主开发的红外成像技术进行排查,一下子就捕捉到40多个,及时进行修复。

桥面铺装,摊铺机的工作时长和速度精确到分秒,不能有丝毫偏差。为避免施工过程受恶劣天气影响,团队中的马林博士练就了用“雷达”观天本领。

沥青出料更加棘手。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。“我们干脆每隔5分钟就测黏度变化,最后找到了出料温度需控制在180摄氏度的理想温度。”张肖宁感叹道,“殿堂里的理论再好,也要能应用到工程里才行。”

经工程实践证明,张肖宁团队的设计打破了国外同行在类似铺装工程中材料设计的局限。同时,已完成环氧沥青铺筑的钢桥面,其耐久性、高温稳定性、低温稳定性、水稳定性、密水性及抗滑性能等均满足设计要求,克服了环氧铺装的质量通病,达到预期目标。(科技日报广州42日电)

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责任编辑:范琪
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