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广州日报:华工团队技术攻关南沙大桥沥青铺装:抗滑不渗水,路面无接缝

时间:2019-04-04单位:党委宣传部浏览量:20

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  广州日报4月2日讯(记者 徐静 通讯员 卢庆雷 许颖)4月2日,由两座超千米级特大跨度悬索桥构成的世界超级工程虎门二桥(在通车后将被总体命名为“南沙大桥”)正式通车,这是《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布后湾区首项超级工程。华南理工大学张肖宁教授团队与毕业校友等多位技术人员参与了钢桥铺装难题的技术攻关。

  他们打破国内外铺装工程中材料沥青设计的局限,实现桥面既具有良好的抗滑性能又不至于过于粗糙出现路面渗水从而影响使用寿命,同时还论证设计并机梯队全幅摊铺工艺,铺出的沥青路面没有接缝,减少开裂的风险。


一门众杰,齐心勠力

  在大型土木工程中师生共同参与研究与实施的事例屡见不鲜,但南沙大桥钢箱梁桥面铺装工程中,华工师生一门众杰共同参与完成工程建设的事例格外引人注意。

  张肖宁教授是我国知名的路面工程专家,在钢箱梁桥面铺装工程中多有建树。他几乎在刚刚完成港珠澳大桥钢箱梁桥面浇注式沥青混凝土铺装工程研究的同时,即组织团队投身于南沙大桥钢箱梁桥面热拌环氧沥青铺装的研究工作中。

  在他的研究团队中,出自其门下的工学博士、华南理工大学土木与交通学院道路系的徐伟副教授曾在他的博士论文和工程项目研究中重点研究桥面铺装课题,参与完成了虎门大桥、港珠澳大桥等多项工程建设项目。徐伟副教授是南沙大桥钢箱梁桥面铺装施工图设计的主要完成者,对于铺装选型、结构设计、材料组成设计等做出重要贡献。

  作为建设单位建设质量监管责任人,省公路建设公司工程部副部长马林是出自华南理工大学张肖宁教授门下的工学博士。从钢桥面试验段研究工作开始就被公司委派到南沙大桥“蹲点”,是桥面铺装工程技术、质量、进度、安全的总体把控人。在工程中被誉为“铁面人”和“拼命三郎”的施工单位技术负责人、长大三公司张顺先博士,也是华南理工大学张肖宁教授培养的优秀博士研究生,负责钢箱梁桥面铺装研究与施工的组织与实施。张顺先作为南沙大桥钢箱梁铺装工程“党员先锋队”的带头人,为保证工程建设质量加快工程进度做出了重要贡献。马林、张顺先两位博士被称为“一门二博士”、“ 钢箱梁桥面铺装的核心人物”,盛赞他们为“党建先锋模范”。
  肖宁道路工程技术研究事务所是以张肖宁教授为核心的道路工程研究与技术咨询机构。在南沙大桥建设工程中,该事务所与华南理工大学道路工程研究所共同承担了钢箱梁环氧沥青桥面铺装技术研究与质量监控技术咨询的重要任务,为铺装工程的设计、施工、质量监控做出了卓越的贡献。这个事务所的主要技术人员李伟雄是华工在读博士研究生,主要技术人员黄志勇、聂文等人都是张肖宁教授培养的工学硕士。监理单位广东华路公司的车卓君总监也是华南理工大学张肖宁教授指导的工程硕士。

  有业内人士表示,一门众杰,齐心勠力,这样的团队不仅是南沙大桥建设者中的优秀代表,也成为华南理工大学通过工程实践培养“新工科”人才的生动案例。


攻关1

完成两个“要求相反”的任务:桥面要抗滑又不能渗水

  南沙大桥之所以被誉为举世无双,是因为同一项目中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。因此,钢箱梁桥面铺装成为制约开通的瓶颈工程——这是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。 

  南沙大桥地处湿热高温地区,开通后的交通量预计十分繁重,钢箱梁桥面铺装必须具有足够的耐久性,也必须保证铺装具有足够的抗滑性能,以确保未来巨大交通流量下的交通安全。张肖宁介绍,一般来说,抗滑就需要沥青铺装时表面粗糙些,但如果太粗糙又容易渗水,会减少桥梁的使用寿命。因此,抗滑和防水是两个完全相反的要求,同时实现这两个要求难度可想而知。

  华南理工大学道路工程研究所提出采用热拌式环氧沥青铺装体系的建议,并协助设计单位完成了施工图设计。借鉴以往同类工程病害多、运营期维修量大且表面滑溜等经验教训,采用了富沥青含量沥青混凝土(Full Asphalt Content,FAC)设计方法进行混合料级配设计。FAC设计方法由华南理工大学土木与交通学院张肖宁教授首创,在国内多项工程中应用。

  不过,由于是国内外首次大面积使用热拌式环氧沥青+FAC钢桥面铺装,且铺筑数量巨大,合理选择原材料确定FAC配合比难度较大。

  张肖宁带领团队成员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,既保证骨架充分嵌挤,又使孔隙率得到有效控制。张肖宁说,这一设计既保证铺装下层具有良好的钢板追随性和抗疲劳性能,又克服了铺装下层因孔隙率极低易形成鼓包的难题,同时,其又具备良好的密水性和优良的上层抗滑能力。“工程实践证明,这样的设计科学合理,技术先进,打破了国外同行在类似铺装工程中材料设计的局限,取得了优良的应用效果。”有业内专家表示。

攻关2

两台摊铺机同时工作消除沥青施工接缝

  沥青铺装工程是大桥通车前最后也是最重要的工程之一,直接影响大桥的整体施工进度和开放交通时间。传统工艺采用半幅摊铺、单车道摊铺等施工摊铺工艺,但这不仅进度缓慢,同时也会产生不可愈合的纵向施工接缝,这些接缝在高温、荷载及雨水等反复作用下有可能会产生开裂,影响路面使用。

  最后,经研究论证,工程最终采用并机梯队全幅摊铺工艺,由两台摊铺机将总摊铺宽度调整至钢桥行车道设计宽度,不仅消除了纵向施工接缝,同时提高了施工效率,为保证4月2日通车提供了重要支撑。“这对施工方提出了非常高的要求,施工前的时间控制要精确到秒,否则就有可能出现质量问题。”不过,让张肖宁高兴的是,施工方完美地完成了工作任务,已完成环氧沥青铺筑的钢桥面,主要性能均满足设计要求,达到了预期目标。

  此外,他们还提出了“随拌和温度降低、拌和时间增长及环氧树脂的固化,环氧沥青黏度持续增长,环氧沥青混凝土需要在合适的黏度下进行压实,达到合理压实度”的技术原则。此项成果彻底解决了环氧沥青混凝土由于容留时间长、温度高,整体固化程度高导致难以压实,最后形成强度不足、铺装层松散等问题。同时,也避免了悬浮密实级配的环氧沥青混凝土由于压实离析产生局部区域细集料上浮、泛油的现象,细料上浮造成抗滑性不足的问题。

攻关3

技术手段创新,用红外线成像技术排查沥青鼓包

  为了保证南沙大桥环氧沥青钢箱梁桥面铺装的工程质量,华南理工大学道路工程研究所和肖宁道路工程技术研究事务所共同组成的质量监控研究团队,不仅坚持按照我国相关技术规范的要求开展工作,更致力于采用高新技术手段 把控施工质量,使得桥面铺装的质量控制更为科学。

  在施工全过程中,张肖宁教授的团队采用国际上最为先进的三维探地雷达法控制钢桥施工厚度与均匀性,通过对铺装层进行全断面厚度检测,以大数据的方式获得钢桥铺装层的实际厚度分布,为厚度控制与改善提供数据支撑。

  铺装下层环氧沥青混凝土铺筑后,残留水分在高温条件下逐渐汽化,难以从致密的结构层挥发出去,液气相态转变的高压将铺装层顶起形成鼓包。油脂的存在则降低粘结层粘结效果导致脱层病害的产生。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。研究团队采用自主开发的红外成像技术进行铺装下层鼓包脱层排查,确定其位置与面积大小。确保所有鼓包及脱层得以确认和修复,有效降低发生同类工程经常产生的早期病害的风险。

  采用自主研发的路面抗滑纹理测试仪评价钢桥抗滑性能。这一方法可以更为科学地评价桥面抗滑的实际能力,找到导致抗滑性能下降的材料组成原因和施工质量问题,确保抗滑性能具有足够的均匀性。


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