三个五年的“蝶变”——苏通大桥十五年管养创新与实践

苏通大桥，位于江苏省东部的南通市和苏州市之间，是国家高速公路沈阳至海口通道和江苏省公路主骨架的重要组成部分，亦为世界上首座超越千米的斜拉桥。路线全长32.4公里，其中跨江大桥长8958米，由主跨1088米双塔斜拉桥及辅桥和引桥组成。该桥的建成创造了当时最大主跨、最深基础、最高桥塔、最长拉索四项世界新纪录。 

苏通大桥已建成15周年，在其管养实践中，面临自然条件差、交通流量大、技术难点多等运营养护方面的挑战，经过精准攻关，形成了多项成套技术和养护工程解决方案，积累了宝贵的大跨径斜拉桥养护经验。该文介绍自大桥建成通车以来主要养护创新实践成果，包括斜拉索精准处置、钢箱梁科学维修、钢桥面韧性铺装、塔梁阻尼器更换与国产化、养护质量管理体系等，为同类桥梁提供参考。

苏通大桥养护工作历经15年，第一个五年主要以日常、周期性检查、维护工作为主；第二个五年则在日常检查维护的基础上，开展十年复检评估工作，实施冲刷防护工程；第三个五年，开启对钢箱梁、斜拉桥、钢桥面铺装、主桥支座等项的预防性养护实践。

图1 养护时间轴

根据十年期重点复检与综合评估及十五年设计后评估结果，目前结构整体技术状况良好，大桥运营安全平稳。近五年来，桥梁管养工作开展有序，所实施的钢箱梁疲劳裂纹处置、斜拉索振动控制等养护工程对抑制病害发展起到积极作用，推进了国内类似缆索承重体系桥梁养护工作进步。

第一，通过监测发现，在一定风速下，拉索存在一定程度的高阶振动现象,振动频率范围约为3-12Hz，原设计凹坑+外置阻尼器方案无法有效控制拉索的高阶振动，加之原有阻尼器性能出现衰减，而阻尼器连接也存在较大空隙。针对该项世界级难题，2017年底，大桥公司联合几家专业机构，开展拉索减振科研和处置工作，制定“4+1”综合处置方案，采用双阻尼器策略解决了千米斜拉桥超长拉索高阶涡振难题。在2018年减振处置升级完成后，2021年又针对超长拉索高阶涡振及多模态控制等未解决的疑难问题，开展相关研究，提出了桥梁拉索同端/两端多点位分布阻尼器减振体系，形成了长拉索低阶风雨振和高阶涡振综合控制方法和阻尼器参数优化设计方法，实桥监测高阶涡振振幅降低90%，为同类桥梁斜拉索减振提供参考。

原始设计

升级后

图2 阻尼器分布图

第二，与原施工单位合作，自主研发了全新一代超长拉索智能检修车系统，成功完成了苏通大桥拉索PE病害修复。该系统主要是由斜拉索上的检修车及牵引检修车用的主动力系统两部分组成，具有“纤维绳牵引”和“液压驱动”双动力系统，正常沿斜拉索行走时，由纤维绳卷扬机提供牵引力，而当纤维绳卷扬机突发断绳时，检修车能够立即制动，夹持住斜拉索，避免发生事故；制动后，车内作业人员就能够借助检修车自身的“液压驱动”系统沿斜拉索下降，从而确保安全，该系统还能使得检修车空中姿态调整更为精准。

在系统研发过程中，为确保液压驱动的夹持制动机构既能够可靠夹持索体，又不伤害斜拉索护套，分别针对夹持结构的制动材料和夹持动作实现方式加以探索。在夹持材料方面，选择了多种不同材料开展行走及制动功能试验，通过理论分析与厂内试验相结合的方式，最终选定此材料的类型；而在夹持动作实现方式上，通过大量的不同机构的动作模拟，分析了液压驱动下各种机械结构动作的协调性、同步性，确定了现有的平行四边形连杆式机构形式。

图3 拉索智能检修车系统

正交异性钢桥面板疲劳是世界共性难题，在重载大交通持续作用下，苏通大桥钢箱梁局部出现了疲劳开裂。2013年首次发现横隔板母材和纵隔板斜撑裂纹，2017年和2020年，分别第一次发现顶板焊缝裂纹及顶板贯穿裂纹。针对钢箱梁疲劳维修，在模式、工艺、技术、标准等方面取得显著的成绩，形成了成套技术。

图4 钢箱梁养护时间轴

图5 钢箱梁维修创新点

首先，提出钢箱梁疲劳维修EPC+SR模式。针对钢箱梁病害处置，联合设计、施工、科研等单位，成立了苏通大桥钢箱梁专业化养护团队，并基于桥梁设计、检测以及评估等数据融合，形成了高质量设计、精细化检测、标准化施工和科学化评估的养护模式。

其次，依托专业化养护团队，对钢箱梁疲劳裂纹产生机理、检测方法、处置工艺、跟踪评估等开展一系列研究，建立了基于养护全过程的科学决策体系。

其三，建立可持续发展技术体系。苏通大桥钢箱梁处置已历经三个阶段。第一阶段，在2018-2019年保守处置、超前试验，开展了部分位置的试验性处置；第二阶段，在2020-2021年开始向难点进军，进行材料、试件和构件不同层次的试验验证，对粘钢冷修复结构胶的选型、抗疲劳性能和工艺要点等加以实验验证；第三阶段，2021-2023年，通过完善标准，进一步总结提炼出相关的工艺措施，形成了相关作业指导书等操作指南。

通过韧性养护设计、集约化养护施工、桥面系协同一体化、材料国产化等理念和技术方法创新，实现苏通大桥钢桥面铺装养护“设计精准、结构耐久、施工可靠、效益最优”的目标。

图6  钢桥面铺装施工

一是在项目管理上，参照中国人民解放军成熟的三三制战术，推出3M工作法，开展顶层设计，坚持采取“施工、管养、监理”三位一体的管理理念，设立了“三三管理制度”。发挥建管养三方单位的现场实施、组织协调、监督检查方面的优势，建立关键构件养护质量标准或实施手册，实现机制间的相互辅助及工序的协同运作，构建了苏通大桥一体化养护工程质控体系。

二是在养护设计方面，在设计方法上将传统“年限设计”改为“轴载设计”，实现铺装一亿次累计轴载次数的设计寿命；又在国内首次应用全厚EA结构，解决焊缝余高带来的应力集中和铺装有效厚度不足的问题，下坡段14mm薄板段采用无沥青的高韧树脂铺装进一步提升桥面耐久性，在全桥则用5mm复合型树脂抗滑磨耗层，来全面提升桥面抗滑安全性能。

三是在铺装材料上，全面应用国产高温拌和环氧和高韧冷拌树脂材料，与进口材料相比，节约造价30%以上。它还具有优异的力学性能、疲劳耐久性，断裂韧性提升30%；可施工时间则长达2.5～3h。

四是在养护维修方面，为了探索适合于苏通大桥不中断交通情况下的钢桥面铺装修复养护方案，大桥公司先后4次组织实施了局部段落的修复养护方案研究与工程实践，经过不懈的努力与探索，形成了“高抗滑全厚式热拌环氧沥青混凝土铺装”修复养护方案，以“工序质量控制卡”为抓手，系统建立了钢桥面环氧沥青混凝土铺装质量控制体系，采用全厚式EA技术+双车道联铺，RAC则选用RBchip独立式防水层技术；在2022年创造了国内首个单日摊铺量超两千吨环氧沥青混凝土的纪录，为同类养护项目做出了工程示范。

因大桥重载、大交通流量、各节段不同刚度，且桥面铺装及正交异性板严重的疲劳损伤问题等，给钢桥面铺装养护带来极大挑战。为了提升桥面系铺装耐久性，技术团队针对性开发了高韧性环氧铺装，采用5.5cm全厚式铺装结构，解决了钢桥面板焊缝余高处铺装应力集中、接缝压实度不足等难题；根据钢板变截面特性，对上坡段14mm薄板段使用无沥青的高韧树脂铺装方案，增强桥面系结构补强效果，并运用直角切缝技术，解决了斜切带来的碾压推挤、锐角应力集中和接缝过早开裂的问题。

五是在智慧化方面，以数字为驱动，打造数字管养平台和桥面系服役感知系统，实现智慧化养护。根据苏通大桥钢板变厚度设计的特性，在不同板厚段落安装桥面系服役感知系统，实现温度-动态荷载-结构响应协同监测分析，3年内经过1600万轴次，铺装状况良好，钢板应力幅降低15%，且主桥竖向变形分布均匀，相比养护前降低60%，桥面系刚度得到明显改善。

针对塔梁阻尼器更换，公司团队提出基于直接经济成本控制的阻尼器循环更换维修方法，指导完成了不中断交通条件下的国内首台较大吨位的纵向塔梁阻尼器安全快速的更换施工，所研制的适用于小作业面、低净高环境下的大吨位阻尼器移运设备提高了其更换施工效率。

与某院士团队合作，开展大跨度斜拉桥塔梁阻尼器振震双控性能评估与长寿命易更换新技术研究。一是基于电涡流阻尼技术，开发了可用于分体式双阻尼器并联方案的两类电涡流阻尼器，即滚珠丝杠式电涡流阻尼器和齿轮齿条式电涡流阻尼器，可以在不中断交通条件下进行塔梁阻尼器的快速更换；二是配合小型分体并联方案研发了核心部件全部国产化的电涡流阻尼器,提出了电涡流阻尼器的替换设计方法与更换方案，有效解决大型进口阻尼器造价高、供货周期长的问题；三是推出新型全金属静力限位弹簧和电涡流阻尼器组合的方案，实现了带静力限位大吨位阻尼器的全国产化及综合性能提升。

图7 小型化分体式并联阻尼器方案

从2018年开始，经检查发现，苏通大桥全部引桥支座在经过多年的运行后，存在剩余四氟滑板磨耗高度低、钢构件锈蚀的情况，部分支座达到了缆索体系桥梁养护规范中要求更换的条件，根据支座范围和病害发展规律，制定了后续处置规划。

技术团队创新提出循环养护的方式，结合年度大循环（3-5年内更换完引桥全部支座）和年内小循环（现场更换，返厂维修，再运回现场），保证现场连续施工，达到降本增效的目的。由此形成苏通大桥独创的集检查评估+试验分析+养护规划+循环养护于一体的跨江特大桥大吨位支座管养新模式。此外，他们设计了再制造支座质量控制工艺流程，并采用整板式超高性能聚四氟乙烯滑板代替分布式普通滑板，提升支座耐磨性，还编制了《公路桥梁再制造钢支座》标准，弥补了国内外尚无再制造技术的空白。

图8 退役支座再制造技术

苏通大桥以“苏式养护”理念为指引，深入调研日本、欧洲等国内外长大桥梁的养护管理现状，融合了ISO9001质量管理体系与企业标准化管理体系的相关要求，完善和运行“一个使命、两项目标、四大支撑、三级管控”的“1243”长大桥梁运营养护质量管理体系，并面对一线的养护操作，分别编制了61项成套体系文件、组织体系文件、技术体系文件、质量手册与程序文件等。 

在体系形成的过程中，也遇到诸多困难与挑战。首先，由于体系建设属于养护管理类范畴，具有创新探索的性质，从好用实用的角度出发，许多工作内容需要在研究过程中不断调整，以适应最新管理需求；其次，为确保所建立的养护管理体系得以实施，在为期两年的试运行阶段，充分与一线养护人员互动交流，不断收集他们的反馈意见，并进行多次完善。最终，历经4年充满艰辛的磨合，体系由最初ISO国际标准化版本，升级为融合企业标准化与项目管理的相关管理理念的4.0版本。

图9 养护质量管理体系

基于PCDA循环，大桥公司明确养护组织关键过程和支持过程，将养护项目启动、规划、执行、监控、收尾等阶段实施闭环管理。为提高供应商的主动质控意识，公司制作了典型养护工程过程管控清单，针对大桥重点构件养护工作，累计编制各类质量管控卡20余项，实现“构件级”精细化管理，并形成以履约考核为基础，以过程质量为重点的供应商多维评价方法，以期达到评价指标化、过程标准化的目标，精准提升管理水平。

公司积极开展内外审活动，培养了多名内审员，该体系于2021年通过ISO质量管理体系认证，正式接轨国际标准，并于2022年通过体系监督评审。他们还开展一系列质量培训、宣贯等活动，依托质量月文化活动，规范体系运行，完善公司管理制度和流程。

在新的形势下，苏通大桥的管养工作仍然面临诸多挑战，主要涉及以下三个方面：一是数字化程度不足，在服役状态感知能力、检监测信息利用率、养护决策智能化程度、养护管理信息化程度等方面均有待提高；二是专业养护水平有限，面临斜拉索换索、上锚头处置、易损件更换、钢箱梁裂纹标准化处置等诸多养护难题，亟需设法解决；三是标准体系有待完善，以百年管养为目标，需建立病害识别诊断、分级评定及处置验收标准，及制定中长期养护规划，达到构件可达、可检、可视、可控、可换，满足桥梁安全性、适用性、耐久性要求。

针对上述问题，苏通大桥未来工作重点主要集中在以下3个方面：

第一，围绕数字化管理、精益化养护，着力建立检测监测数据融合分析体系，构建全结构可视化监测预警平台，打造数字大桥样板工程，实现建、管、养、运深度融合，迈进智慧桥梁新时代。

第二，以“科研创新为引导-检测评估为基础-合理的养护工作为落脚点”作为主线，加快实现决策科学化、体系标准化、工程精准化、养护规范化以及人才队伍专业化，扩大市场化、专业化养护的有效供给，促进形成引领行业桥梁养护发展的体制机制和发展模式。

第三，基于目前构建的“建管养”一体化反馈评估机制，依托大桥公司投资的海太过江隧道等重大工程，将养护过程中遇到痛难点问题及对策，及时反馈给新建项目，在建设阶段就考虑今后的管养需求，从项目全寿命周期的角度进行质量、安全、效率和成本的管控。