混凝土和鋼材是現(xiàn)代橋梁工程結(jié)構(gòu)兩大最主要的材料。混凝土結(jié)構(gòu)具有就地取材、造價相對較低、施工工藝成熟等優(yōu)點(diǎn),長期以來在公路橋梁建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、材質(zhì)均勻、質(zhì)量穩(wěn)定、易于工廠化制造、裝配化施工、便于回收利用等優(yōu)點(diǎn),為世界橋梁界所推崇。鋼結(jié)構(gòu)橋梁和混凝土橋梁是現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)的兩種基本結(jié)構(gòu)型式。法國、日本、美國等國家的鋼結(jié)構(gòu)橋梁占比分別為85%、41%和35%,我國受經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和鋼材產(chǎn)能制約,鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要用于特大跨徑橋梁。截止2015年底,我國公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁占比不足1%。
隨著鋼鐵產(chǎn)能的提高和鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步,我國已經(jīng)具備推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件。當(dāng)前,鋼鐵產(chǎn)能過剩、鋼材價格下降,是推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)、提升公路橋梁建設(shè)品質(zhì)的良好契機(jī),同時也是落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》(國發(fā)〔2016〕6號)要求,促進(jìn)鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。為推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè),交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》(交公路發(fā)〔2016〕115號,以下簡稱《指導(dǎo)意見》)。
一、推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)已成為行業(yè)共識
推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè),是落實(shí)綠色發(fā)展理念,實(shí)行現(xiàn)代工程管理人本化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精細(xì)化的重要抓手,可以有效提升公路橋梁的建設(shè)品質(zhì),提高結(jié)構(gòu)安全耐久性,降低全壽命周期成本,促進(jìn)公路建設(shè)的轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效。
目前,在公路行業(yè)內(nèi)外對推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁呼聲很高,一些省份已經(jīng)開始試點(diǎn)工作,并取得了較好的效果。僅今年上半年,甘肅、河北、湖南等省就先后組織召開了鋼結(jié)構(gòu)橋梁研討會,受到行業(yè)各方面的高度關(guān)注。國內(nèi)技術(shù)水平較高的設(shè)計單位已開始了相關(guān)研究,部分單位開始著手研究編制中等跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁的通用圖。此外,我國鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)實(shí)力較強(qiáng),在政策引導(dǎo)下,鋼結(jié)構(gòu)橋梁生產(chǎn)能力將有足夠保證?,F(xiàn)階段,推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁的最大障礙,一是建造成本,二是慣性思維。據(jù)測算,對中小跨徑橋梁,混凝土結(jié)構(gòu)建造成本相對較低,但隨著橋梁跨徑的增大,鋼結(jié)構(gòu)橋梁的造價優(yōu)勢開始顯現(xiàn)。從在全生命周期看,鋼結(jié)構(gòu)橋梁的造價和耐久性優(yōu)勢更為突出。為此,《指導(dǎo)意見》明確,要堅持政策引導(dǎo)、市場為主的推進(jìn)原則,政府主要發(fā)揮政策引導(dǎo)作用,各地應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,因地制宜地制定發(fā)展技術(shù)路線,更好地發(fā)揮市場的主動性,有序推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。要選擇條件適宜的項目進(jìn)行試點(diǎn)、示范,總結(jié)經(jīng)驗,修訂完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,逐步推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)不僅限于新建工程,具備條件的改擴(kuò)建橋梁、危橋改造等工程也可以采用鋼結(jié)構(gòu)橋梁代替原有的混凝土結(jié)構(gòu)橋梁。
指導(dǎo)意見指出,要通過五年的努力,使得我國公路行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計、制造、施工、養(yǎng)護(hù)技術(shù)基本成熟,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更加完備,新建的特大、大跨徑橋梁以鋼結(jié)構(gòu)為主,新改建工程中的常規(guī)橋梁,使用鋼結(jié)構(gòu)橋梁的比例獲得明顯提升。
二、高度重視鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的關(guān)鍵問題
推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)是一個系統(tǒng)工程,更是一個重大技術(shù)政策。落實(shí)《指導(dǎo)意見》必須尊重科學(xué),講究方式方法,按照客觀規(guī)律辦事,有序推進(jìn),切忌一哄而上,不顧實(shí)際情況遍地開花、盲目推進(jìn),造成不必要的損失和負(fù)面影響。為此,《指導(dǎo)意見》明確了七個方面的要求。
一是要加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)方案比選工作。推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)不是排斥混凝土結(jié)構(gòu)橋梁,而是要在適當(dāng)?shù)那闆r下選擇適當(dāng)?shù)臉蛐徒Y(jié)構(gòu),發(fā)揮各種結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)勢,達(dá)到降低工程全壽命周期成本、提高工程品質(zhì)的目的。在推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中,一定要強(qiáng)調(diào)橋梁方案的比選工作。
在公路工程建設(shè)項目可行性研究和初步設(shè)計階段,應(yīng)該對各種技術(shù)上滿足要求、經(jīng)濟(jì)上可行的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合比選,比選不僅要考慮建設(shè)成本,還要考慮項目環(huán)境條件、養(yǎng)護(hù)成本、工程實(shí)施風(fēng)險等因素。比選方案既要包括混凝土T梁、箱梁等結(jié)構(gòu),也要包括鋼箱梁、鋼桁梁、鋼混組合梁等鋼結(jié)構(gòu)。從工程經(jīng)驗看,鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重輕的特點(diǎn),尤其在特大跨徑橋梁、高地震烈度區(qū)橋梁中優(yōu)勢明顯,應(yīng)該優(yōu)先選用。對于彎坡斜等特殊形狀的橋梁,受力條件復(fù)雜,適宜鋼材各向同性的優(yōu)勢發(fā)揮,也應(yīng)該優(yōu)先選用鋼結(jié)構(gòu)。對于其他橋梁,包括新建、改擴(kuò)建工程和危橋改造工程中拆除上部結(jié)構(gòu)重建的橋梁等,應(yīng)該根據(jù)其跨徑和所處環(huán)境,選擇適合的鋼結(jié)構(gòu)橋梁或混凝土結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行全面比較,擇優(yōu)選用。
在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選時,特別要注意切合項目建設(shè)的實(shí)際條件,避免在不具備條件下,強(qiáng)行推進(jìn)一種結(jié)構(gòu)橋梁,不必要的增加建設(shè)成本,造成安全風(fēng)險隱患。
二是要做好鋼結(jié)構(gòu)橋梁的選型工作。鋼結(jié)構(gòu)橋梁上部結(jié)構(gòu)主要包括鋼桁梁、鋼箱梁和鋼混組合梁3大類,鋼桁梁是傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)型式,適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)受力明確、易于檢查維修,長期占據(jù)著特大跨徑橋梁的優(yōu)勢地位,但其用鋼量較大,造價相對較高。鋼箱梁結(jié)構(gòu)自重相對較輕,在橫風(fēng)作用下穩(wěn)定性好,但結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜,箱梁內(nèi)部檢測、維修難度較大,養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相對較高,鋼橋面板疲勞問題仍需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。鋼混組合梁結(jié)構(gòu)發(fā)揮了混凝土材料的抗壓性能和鋼材的抗拉性能,回避了鋼橋面鋪裝的疲勞問題,但其結(jié)構(gòu)自重較大,限制了其在特大跨徑橋梁的應(yīng)用,在中等跨徑橋梁中優(yōu)勢明顯。每一類結(jié)構(gòu),根據(jù)細(xì)部結(jié)構(gòu)差異又可以分為多種結(jié)構(gòu)類型,每種結(jié)構(gòu)有其各自的特點(diǎn)和適用范圍。合理的選型,對更好的適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)所處自然環(huán)境,提高結(jié)構(gòu)的安全耐久性,降低全壽命周期成本影響重大,在具體工作中,應(yīng)結(jié)合項目的實(shí)際情況,選擇最適合的橋梁結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)特性,揚(yáng)長避短,取得最佳效果。
三是要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)橋梁斷面尺寸小,構(gòu)造設(shè)計對橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性影響顯著。應(yīng)針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造特點(diǎn),重點(diǎn)做好細(xì)部構(gòu)造設(shè)計。要加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、截面過渡和連接部的細(xì)部設(shè)計,做到結(jié)構(gòu)連續(xù)均衡,避免造成斷面突變和過分應(yīng)力集中,減少結(jié)構(gòu)疲勞損傷。要針對鋼結(jié)構(gòu)抵抗腐蝕問題,完善排水系統(tǒng)設(shè)計,切實(shí)做到不滲不漏,防止橋面水對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕,要在排水系統(tǒng)材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工安裝等方面,強(qiáng)調(diào)精細(xì)化設(shè)計。要針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重輕的特點(diǎn),加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆構(gòu)造設(shè)計和驗算,保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,對于箱型等整體性斷面,支點(diǎn)間距不宜小于結(jié)構(gòu)寬度的60%。要完善防火構(gòu)造措施,提高結(jié)構(gòu)應(yīng)對火災(zāi)的能力。
近年,鋼鐵行業(yè)在提高鋼材抵抗自然環(huán)境腐蝕方面做出了大量的努力,耐候鋼就是典型成果之一。耐候鋼生產(chǎn)成本較一般鋼材提高不多,但可以依靠其自身性能抵抗一般環(huán)境下的侵蝕,甚至做到免涂裝,大幅降低后期養(yǎng)護(hù)成本。美國、日本的鋼結(jié)構(gòu)橋梁已經(jīng)開始廣泛推廣耐候鋼。我國目前已經(jīng)具備了耐候鋼的生產(chǎn)能力,并開始向國外出口,這是一種值得推廣的材料。據(jù)有關(guān)媒體報道,國內(nèi)耐候鋼已經(jīng)開始了實(shí)橋試驗,取得了較好的效果。
四是要做好鋼結(jié)構(gòu)的可維護(hù)性設(shè)計。及時發(fā)現(xiàn)病害、及時維護(hù),對提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性具有重大幫助。鋼結(jié)構(gòu)橋梁在完善結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施方面,較混凝土結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。在鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計時,應(yīng)將檢修構(gòu)造作為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的必須內(nèi)容,統(tǒng)籌考慮,做到構(gòu)件可達(dá)、可檢、可修、可換,以更好地保證結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的管理養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)健全養(yǎng)護(hù)管理制度,有針對性的加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),配備管理人員和設(shè)備,提升管理養(yǎng)護(hù)水平,保證橋梁安全運(yùn)行和結(jié)構(gòu)耐久。
五是要推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化建造。鋼結(jié)構(gòu)橋梁適宜工廠化制造、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工,符合現(xiàn)代橋梁建設(shè)發(fā)展趨勢。應(yīng)通過結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、加工智能化,更好地提升鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造品質(zhì),降低建設(shè)成本,提高生產(chǎn)效率。應(yīng)從設(shè)計階段開始,統(tǒng)籌考慮鋼結(jié)構(gòu)橋梁標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化制造、裝配式施工等問題,合理劃分構(gòu)件和節(jié)段。對現(xiàn)場拼裝方案要進(jìn)行專項設(shè)計,現(xiàn)場拼裝可以采用焊接連接,也可以采用栓接、鉚接等方式,盡量減少施工現(xiàn)場焊接、防腐涂裝,增強(qiáng)施工操作的便利性,保證質(zhì)量耐久性。
六是要加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂和人才培養(yǎng)。當(dāng)前,我國公路行業(yè)涉及鋼結(jié)構(gòu)橋梁的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、定額基本齊全,人員和技術(shù)儲備基本滿足建設(shè)的需要。但從實(shí)踐看,由于公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁目前主要應(yīng)用于特大跨徑橋梁,大跨徑、中等跨徑橋梁的設(shè)計、施工經(jīng)驗相對較少,定額測定時間也較早,與實(shí)際應(yīng)用存在一定的差距,需要發(fā)揮各參建單位的力量,運(yùn)用市場機(jī)制,不斷積累和完善。交通運(yùn)輸部也將積極組織、推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)定額的制修訂工作。
七是要優(yōu)化建設(shè)組織形式。鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計要與制造加工緊密配合,更好的發(fā)揮各自的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)普遍采用現(xiàn)場預(yù)制或現(xiàn)澆方式,其發(fā)包方式已不能適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁工業(yè)化制造的要求。為此,《指導(dǎo)意見》明確,鋼結(jié)構(gòu)鼓勵采用設(shè)計施工(含制造)總承包的方式發(fā)包,促進(jìn)設(shè)計與施工、制造的深度融合,最大限度的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)勢。針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁養(yǎng)護(hù)的專業(yè)特性,鼓勵采用專業(yè)化養(yǎng)護(hù)發(fā)包的方式,提高鋼結(jié)構(gòu)橋梁的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量,降低全壽命周期成本。
三、充分發(fā)揮各方面的力量
推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)作為公路行業(yè)一項重大技術(shù)政策,需要加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo),轉(zhuǎn)變以往固有觀念,調(diào)動各方面力量,形成行業(yè)合力。《指導(dǎo)意見》指出:
各省級交通運(yùn)輸主管部門要加強(qiáng)對這項工作的領(lǐng)導(dǎo),分析本地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)儲備、鋼結(jié)構(gòu)制造條件和建設(shè)經(jīng)驗等實(shí)際情況,結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求和資源稟賦,研究建立適合本地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁推廣應(yīng)用工作機(jī)制和技術(shù)路線,在試點(diǎn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)經(jīng)驗,逐步推廣。
省級交通運(yùn)輸主管部門應(yīng)逐步建立鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件制造單位的信用評價制度,將信用管理作為市場管理、提高工程質(zhì)量的重要手段。交通運(yùn)輸部將根據(jù)信用評價的實(shí)施效果,適時將鋼結(jié)構(gòu)制造單位的信用評價納入到公路建設(shè)行業(yè)信用評價體系中。
項目建設(shè)單位應(yīng)針對項目的實(shí)際情況,分析鋼結(jié)構(gòu)的適用條件,以及在應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)中需要解決的關(guān)鍵問題,組織開展專題研究,形成實(shí)用型成果,指導(dǎo)項目建設(shè)。要通過一段時間的技術(shù)積累,逐步完備鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)技術(shù)。在推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中,公路建設(shè)、設(shè)計、施工等各單位要充分利用市場和社會的力量,發(fā)揮專家的智慧,為推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)提供技術(shù)支持和保障。
鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖的編制是現(xiàn)階段推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的重要措施。交通運(yùn)輸部將積極支持有能力的設(shè)計單位與鋼結(jié)構(gòu)制造單位通力配合,編制鋼結(jié)構(gòu)橋梁的標(biāo)準(zhǔn)圖,推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的普及。