创新成就“小而精”——访花鱼洞大桥施工总指挥母进伟

创新成就“小而精”——访花鱼洞大桥施工总指挥母进伟

编者按 贵州花鱼洞大桥跨越A级景区红枫湖景区及饮用水源保护区,为提高公路服务水平和桥梁通行能力,将原主跨150米预应力混凝土桁式组合拱桥原址拆除重建为主跨180米中承式钢管混凝土提篮拱桥,新建桥梁全长269.6米,工程总造价1.1亿元。项目于2019年2月20日开工建设,2021年6月29日建成通车,生态、景观效益显著,已成为云贵高原景观新地标。

项目将旧桥拆除与新桥重建完美结合,创造性地提出“旧桥建新拱,新拱拆旧桥”的建设思路,形成了“新拱拆旧桥成套施工技术”,实现了“水源零污染、景区零干扰、废料再利用”的建设目标,在低碳和零碳方面有突出成就。新桥布置为内倾10°的拱圈变高度的中承式提篮拱,如同一道美丽的彩虹飞架于红枫湖两岸,一湖三桥交相辉映。

母进伟,工程技术应用研究员,贵州桥梁建设集团有限责任公司副总经理兼总工程师,享受贵州省政府津贴专家,中国公路百名优秀工程师、全国建筑业企业优秀总工程师、交通运输行业优秀科技人员、贵州省公路学会常务理事。长期从事公路桥梁施工管理工作,担任技术负责人的北盘江大桥、盘兴公路、花鱼洞大桥等项目荣获李春奖、国家优质工程奖、古斯塔夫·林德撒尔奖。

与以往获奖桥梁不同,花鱼洞大桥建设规模小,工程总造价约1.1亿元,项目提出的“新拱拆旧桥”施工方法属世界首创,开发了拱桥体系转换工法,并研发了配套设备,形成了“拱桥拆除成套技术”,获得国家专利7项,省部级工法2项。

花鱼洞大桥的完美建设与耐久服役离不开新材料、新工艺与新技术的广泛使用。花鱼洞大桥使用了哪些新材料、新工艺和新技术?哪些高性能材料和环保材料值得广泛推广应用?围绕这些问题,本报近日采访了花鱼洞大桥施工总指挥母进伟。

问:花鱼洞大桥标志着贵州在山区峡谷桥梁“小而精”建设方面达到了一个世界认可的全新高度,请您具体为我们介绍一下这次大桥在建设材料方面使用了哪些新材料、新工艺和新技术。

母进伟:花鱼洞大桥的完美建设与耐久服役离不开新材料、新工艺与新技术的广泛使用。新材料主要包括建设基础材料,用于水下桩基的机制砂水下抗分散混凝土,用于桥墩、承台的机制砂大体积高性能混凝土,用于钢管拱灌注的机制砂超长缓凝微膨胀自密实混凝土,以及主桥结构涂装用氟碳涂料等。新工艺主要包括拱桥体系转换工法、钢管拱下灌上顶的灌注填充工艺等。新技术主要包括拱桥拆除成套技术、高性能混凝土制备应用技术、拱桥钢管拱下灌上顶的灌注施工技术等。

问:请您介绍一下目前大桥建设中有哪些高性能材料和环保材料值得广泛推广应用?

母进伟:大桥建设中有很多新材料、高性能材料和环保材料值得推广。尤其结合贵州地区矿产资源及混凝土原材料主要特点,我们与同济大学长期合作,开发出系列高性能混凝土材料,并广泛应用于贵州各类特大桥梁等各类重大桥梁工程中。针对超高泵送、泵送顶升、自密实、特种施工等多种工程应用需求及高工作性、高强度、高耐久性、耐腐蚀等性能需求,开发出从材料设计、制备到施工应用的系列绿色机制砂高性能混凝土成套关键技术,解决了特殊施工条件与严酷服役环境中我国众多重大工程的混凝土应用技术难题,实现了其创新应用。本项目主要采用的几类高性能材料和环保材料如下。

(1)机制砂水下抗分散混凝土

针对花鱼洞大桥建设所面临的红枫湖饮用水环境要求,对大桥灌注桩采用了水下抗分散混凝土新材料与技术,实现了水下灌注桩的施工对环境影响最小。项目利用当地原材料,成功配制出矿物掺合料的掺量大于10%、坍落度大于240毫米、扩展度大于500毫米、强度等级达到C40、水路强度比达到93%的机制砂水下抗分散混凝土。其具有自流平、自密实性能,水下抗分散混凝土的水陆强度比可达到90%以上。水下抗分散混凝土的耐久性不会因抗分散剂的掺入而降低,具有比普通混凝土更好的抗冻性。机制砂水下抗分散混凝土成功在大桥水下灌注桩中应用,并取得了良好的工程应用效果。

(2)钢管拱灌注用机制砂超长缓凝微膨胀自密实混凝土

针对贵州山区特殊的运输条件(无便捷的内河运输)和地域性材料特性,项目单位在多年前便在研究适用于贵州地区的大跨度拱桥钢管拱一次性灌注新型混凝土。项目根据花鱼洞大桥钢管拱混凝土施工工艺需求与性能要求,全面调查当地石灰岩骨料等混凝土原材料特性,分析出钢管拱微膨胀自密实混凝土的性能需求指标,提出了原材料优化技术、骨料优化技术、外加剂优化技术、凝结时间调控技术、高流动性保持技术、配合比参数优化技术、大产量矿物掺合料复合技术及大生产关键技术等多项关键配制技术,制备出大流动度、超长坍落度保持性能的机制砂微膨胀自密实混凝土。其新拌混凝土性能:扩展度700毫米、坍落度275毫米、倒坍落度筒流出时间2.5秒,5小时混凝土拌和物坍落度无损失。同时,该桥利用所配制的机制微膨胀砂自密实混凝土成功地实现了下灌上顶灌注工艺,突破了传统的管内混凝土灌注技术,管内混凝土灌注施工设备性能要求的降低和灌注方式的优化,丰富了钢管拱的建造技术,使得在施工条件受限的山区特殊条件下,钢管拱这种桥型更具竞争力。

这种机制砂超长缓凝微膨胀自密实混凝土已广泛应用于贵州山区多座钢管拱桥的建设,如早期的花溪特大桥、总溪河特大桥、香火岩特大桥、乌梅河特大桥等。这类高性能混凝土不仅实现了贵州省地域性材料的资源化利用,也引领了混凝土新材料与新技术在重大工程中技术发展方向,值得全国推广应用。

(3)大桥结构整体涂装用氟碳涂料

主桥整体涂装采用了新型高固含氟碳面漆,拥有66%的高固体含量,VOC值仅为286克/升,远低于国家标准,不含铅、铬等有害重金属物,具备极优异的保光保色性能和良好的流性能。

问:花鱼洞大桥始终贯彻“低碳”理念,请您谈谈大桥在智能建造方面有何作为?

母进伟:项目节约填料1953立方米,节约碳排放1.5万吨,大桥建设采用智能监控技术,对旧桥结构体系受力状态、扣索索力及新桥钢拱圈受力状况进行实时监控,施工全过程随时掌握新、旧桥梁结构的受力状态,并用于指导施工决策,保证了新桥重建和旧桥拆除施工的安全实施。通过三维激光扫描与BIM模型相结合,进行主拱圈的预拼装模拟,指导桥梁钢结构的快速预拼装,实现了拱肋制造的三维线形精确控制,有效提高了施工精度和效率,创新性地以EBS编码体系开发了BIM协同管理平台,为钢管混凝土拱桥数字化建造积累了工程经验。

问:在大桥建设过程中,如何增加安全保险和质量保障,实现“零”安全事故?

母进伟:本项目的主要危险源是新桥拱圈的吊装,旧桥结构体系的转换及旧桥杆件的肢解拆除。新桥拱圈吊装和旧桥拆除节段数量多、杆件重量大、节段悬空作业安全风险高,尤其是如何评估多年运营旧桥体系内力分布状况及实现结构体系的安全转换是工程成败的关键,对作业人员心理素质和技术水平都提出了极大的挑战。在项目建设过程中,成立了“创新工作室”,设立“党员+技术创新”攻关小组,对项目施工过程中重点、难点工程进行摸排梳理,采用抓技术创新和常态化管理等多种形式增加安全保险和质量保障。

在抓好技术创新方面。一是新桥主要结构实现全工厂化制造、装配化施工,现场无二次加工作业,有效保证桥梁结构的施工质量。二是合理利用桥面通道作为作业平台,采用三维定位安装的方式安全高效达成拱圈空间结构毫米级高精度合龙的目标。三是研发旧桥拆除体系转换工法及配套装置实现旧桥体系的安全转换。通过预加顶推力后切割拱顶,逐级释放拱顶轴力,使结构体系转换产生的冲击荷载和变形得以逐级缓步释放,确保作业人员安全和新、旧桥梁结构安全。四是基础静态劈裂开挖、施工污水收集处理、旧桥构件的肢解拆除等工艺工法微创新实现了在环境敏感区桥梁的绿色、环保、低碳建造。项目自进场以来,获得7项新型实用专利,2项省部级工法。

在抓牢安全生产常态化方面。一是采用可视化智能塔吊系统和人脸识别系统,实时精准跟踪施工人员位置和工作状态,推动安全源头治理、过程管控,将农民工实名制管理落实落地。二是实施亲情化管理,开展家属、亲人寄“平安祝福语”活动,录制“致参建人员的一封信”视频等,激发员工安全生产内部动力。三是开展应急演练和人员避险自救培训,提升现场应急处置能力。四是积极探索安全差异化管理模式,将进场低于6个月、25岁以下的作业人员列为重点监管对象,统一戴黄帽、穿特制反光背心,加强提醒、监督和帮扶,实现施工人员管理“个体定制化”和“过程透明化”。

通过以上措施,变被动管理为主动管理,实现“要我安全”到“我要安全”的管理目标,营造了良好的质量安全文化氛围。

贵州花鱼洞大桥 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司/供图

本文原载于《中国建材报》5月16日3版

责编:丁涛

校对:和新龙

监审:韩凤凤

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