搶救西班牙費爾南多·雷格大橋

費爾南多·雷格(Fernando Reig)大橋是西班牙在上世紀八十年代建的第一批斜拉橋,1987年建成,橫跨阿爾克伊市(Alcoi)的巴克賽爾河(Barxell),是N-340公路的節點工程;全橋長273米,主跨和兩個邊跨長度分別為132米、108米和33米,共有38根斜拉索。

搶救西班牙費爾南多·雷格大橋

2016年,其中一條拉索在沒有任何徵兆的情況下出現斷裂,所幸正值該橋的常規維護作業期,拉索錨固與橋體結構尚未被全部破壞,沒有造成事故和人員傷亡。當地養護單位高度重視,最後決定對纜索承重系統進行整體更換。事件講述人是西班牙FCC 建設公司BBR後張拉與技術服務部部長Juan Linero。

八十年代的品質工程

當年這座大橋是西班牙的品質工程之一,特點是橋樑跨徑的全工廠化預製,在八十年代這是一種創新的斜拉橋施工方案,一直到九十年代,同樣的技術和設計方法才在懸索橋方面得到應用。

大橋的橋面板寬17.4米,兩邊各分出一個2.7米寬的步行橋,中部為一條寬12米的機動車車道。橋面主樑截面由兩個最大寬度為3.8米,高度為2.5米的後張拉多孔箱梁橫向拼接組合而成。箱梁分別被預製成5米和7米兩個長度,5米節段箱梁中包含斜拉索下部錨固。

主塔為H形鋼筋混凝土結構。斜拉索上部錨固在橋塔內部不同平面相互交叉。每個拉索平面最短的三條拉索錨固在橋塔內部的小空間裡。在橋樑建設時期,這38根拉索運用八十年代最先進的斜拉索技術。這些拉索的鋼絞線根數在23-55根之間,每一根鋼絞線直徑15.2毫米,橫截面面積140平方毫米。黑色聚乙烯套管將覆蓋整個斜拉索,每個錨固都有楔片和用於緊固鋼絞線的硬化水泥灌漿。水泥灌漿的作用是為了用於包覆和保護鋼絞線和楔片。

品質工程出事兒了

2016年該橋在進行常規的瀝青混凝土橋面和人行道修復過程中,一條斜拉索突然發生斷裂。索性當時是臨時封路作業,沒有人員受傷。該事件發生以後,當局立刻全面封鎖交通並對拉索展開全方位檢測,同時進一步分析了可能造成纜索斷裂的原因並採取了補救措施。

對斷裂的斜拉索的檢測結果顯示:其內部的鋼絞線已經被完全鏽蝕,原因很可能是在質量低劣的灌漿施工過程中所造成的斜拉索內部空氣殘留。這一發現意味著該橋所有的拉索狀態都有可能存在風險,但由於斜拉索內部部分區域不能被探測,所以檢測也並沒有最終完成,但是該橋已經被定性為存在巨大風險的橋樑,立即進入大修狀態。

新工法的誕生

在工程事件中學習成長,似乎是工程師的必經之路,大到一座橋樑、一座建築,小到一個電梯、一個發電機。Fernando Reig橋也成了各種新技術的試驗場。

大橋管理部門決定首先對整個斜拉索系統進行更換。另外,為了滿足現行安全規範的要求,除了對拉索系統進行更換以外,一些其他的橋樑修復和設備更新工作也同步完成,比如橋塔混凝土的修復、橋面的重新鋪裝、燈光系統的更新和機動車護欄的更新。

搶救西班牙費爾南多·雷格大橋

從谷歌地圖捕捉的2017年3月 N-340公路上的Fernando Reig橋封路大修的截圖

大橋的多孔箱梁有兩個扇面的拉索,西班牙營建集團(FCC)建議先更換一側纜索,然後再更換另一側。這個新工法被採納後,施工週期比預期提前了數週。更換每一側橋樑拉索都需要用到五個帶液壓千斤頂的臨時支撐塔,這些支撐塔都安裝在多孔箱梁下面。另外,在橋塔下的橫樑中也安裝了一個液壓千斤頂,用以支撐橋面板。

對於斜拉索的應力解除操作,施工團隊計劃把液壓千斤頂連接到拉索錨固的後端,整個過程包括支索荷載的轉移,主動錨固上鎖緊螺母的鬆解以及在斜拉索應力完全解除後對千斤頂載荷的解除。當纜索錨固的保護帽被移除,才意味著這38個錨固中的6個被解除了應力,其他的纜索因為沒有足夠的長度,液壓千斤頂沒有辦法將它們連接在一起。在解除纜索應力的過程中,施工方遇到了很多突發問題,隨時需要調整施工方案。這次纜索的施工是由FCC(西班牙營建集團)和BBR PTE公司纜索後張拉部門共同協作完成。

纜索的拆除也有創新的工法,其中包括高密度聚乙烯管套和纜索水泥灌漿區域的拆除。新配方設計的特殊注漿材料將取代原來的水泥灌漿,以提高纜索這塊區域的力學性能。拆除完成以後,兩個摩擦制動裝置將用於控制和把纜索拉力傳導到兩個PT棒上。在兩個液壓千斤頂的輔助下,這兩個PT棒將替代兩側原有的夾具。當纜索的力被傳導到PT棒以後,纜索就會被剪斷。然後,預應力千斤頂將釋放PT 棒中的拉力。FCC 公司已經對此項系統申請了發明專利。

搶救西班牙費爾南多·雷格大橋

當所有應力解除以後,才可以小心地把舊纜索移除大橋,同時要特別注意長且重的拉索中存在的懸鏈力不平衡問題。新的橋樑纜索包含23和55根鋼絞線,每根鋼絞線的直徑15.7毫米,鋼絲強度1860兆帕,橫截面積150平方毫米。與之前的纜索系統相比整體性能增加了7.1%。

平行鋼絲拉索系統保證了拉鎖可以單股並連續地更換安裝。該系統採用先進的水封系統,三倍的冗餘度可以在不需要語言裡的情況下激活水封裝置。對於鋼絞線採用了三重保護措施,鋼鍍鋅、防護蠟和獨立的聚乙烯防護套管。該橋採用的白色聚乙烯管套增強了鋼絞線的防護,減小了溫度和太陽輻射對鋼絲的破壞。

新拉索採用了單股鋼絞線連續安裝的工法。上部和下部錨固先被安裝在橋面板和橋塔上,然後通過一個主鋼絲再把預先組合的拉索管套安裝在橋面板和橋塔上。最後,鋼絞線順著拉索管套連接在錨固上。整個更換工程持續了6個月,直到2018年4月整個大橋才終於重新通車。

搶救西班牙費爾南多·雷格大橋

Fernando Reig新橋 2018年8月

編者有話說

編者認為,這次事故的發生首先是沒有造成人員傷亡,這是不幸中的萬幸,而對於西班牙政府和養護單位並不是一件壞事兒。正是由於這次事故,大橋有關當局避免了進一步的損失,沒有造成重大橋樑垮塌事故。在此次事件發生以後,Fernando Reig大橋的養護和管理部門也第一時間採取了補救措施,後續工作不斷,直到2018年4月該橋才再次開通,體現了對安全問題的認識,對新技術應用的重視,對代價的擔當,是一次危機處理的良好範本。

簡單地回顧Fernando Reig大橋從出問題到大修的整個過程,其中反映的問題很多,如果有新聞發佈會或者採訪的機會,編者一定會問:第一、2016年該橋在例行檢測過程中發現一根纜索存在重大隱患,那麼請問這次檢測距上一次的檢測的時間間隔是多長?第二、上一次的檢測報告中是否提及了纜索隱患?第三、如果2016年的這次例行檢測晚幾天執行,纜索會不會斷裂,橋樑會不會發生不可想象的重大事故? 第四、如果上一次的檢測中,纜索沒有發現任何問題,那麼可不可以基本否定目前這種檢測頻率與時間間隔,轉而採用其它方式的檢測或者更密集的檢測?

一座有歷史的橋樑就像一位老人,年長的老人會有肢體老化,會有摔倒、慢性病併發症的風險,加強照料,定期體檢對大家已是常識。也許研究人體比一座橋樑更復雜,但是道理相通。請別忘記橋樑承擔的社會責任是不變的,是不會隨橋齡的增長而減弱的。時間會使其零部件老化,橋的某類部件組中(比如斜拉橋的鋼絞線),一旦有一條受損,會導致整組部件失能,從而進一步導致橋樑的結構功能喪失,及所謂的“One Out,All Out”,絕沒有僥倖的空間。

在老齡學研究中,對於高齡老人(同老橋)的樣本是非常重視的。凡是進入縱向調研大數據樣本的(處於養護運營期內)高齡老人,都需要附帶一個加護方案,即投入更多的人力資源去關注,用更高頻率的聯絡與老人及其家庭保持聯繫,比如85歲-89歲,每季度聯繫一次,90歲以上的每月聯繫一次,一旦老人身體發生問題,那就採用兩週一次的數據更新頻率。養護的時間維度只是改善養護方式的一方面,另一方面就是採用新技術,《橋樑》雜誌社對於新技術的應用非常重視,歡迎各技術單位及個人來稿分享。

從Fernando Reig大橋事件我們看到,這只是一座橋齡不到三十年的“中年橋”,而且不在“危橋”的名單之列。在漫長的維護期內,橋的多個部件年限各有其標準,橋樑的養護工作在很大程度上是在與時間博弈,與時間給橋樑帶來的損傷博弈。

我們看到了西班牙Fernando Reig 大橋當初施工時也許存在施工問題或者纜索質量問題,也看到了新技術在橋樑大修中的應用。但是,更不該忘記的是我國現有的危橋十餘萬座,且大多是中小橋樑,這群“出生”於建國後各個時期的,不同橋齡的危橋需要怎樣分類。結合我國國情,研究橋樑在管養期的分類學(Typology),也許是個可執行的新思路。


編纂 /《橋樑》雜誌國際部 陳業愷 趙帝

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