中美桥梁快速修复方法比较

张伟，白勇，梅良伟，王亚敏

(1.华中科技大学，湖北武汉 430074;2.North Dakota State University，Fargo，USA，58108)

中美桥梁快速修复方法比较

张伟1，白勇2，梅良伟1，王亚敏1

(1.华中科技大学，湖北武汉 430074;2.North Dakota State University，Fargo，USA，58108)

桥梁是国家交通体系的关键节点，但也是交通体系中最脆弱的环节。人为或自然灾害都可能导致桥梁受损甚至坍塌。在意外事件发生后，如何快速修复桥梁使整个交通体系恢复畅通成为一个重要命题。中美两国学者都对此做了一些研究，本文结合具体案例，从交通绕行、拆除、设计、发包和修复施工五个方面分别归纳了桥梁修复的过程和做法。经比较发现，我国交通主管部门、设计单位和施工单位特别关注修复施工技术、材料和工艺，美国相关单位则在事故后快速反应、制定交通绕行方案、尽快在原图纸上启动设计、灵活快速发包选定承包商、设定有效的合同激励条款等方面有更好的经验。我国相关单位可借鉴美方的做法，提高桥梁快速修复的组织和管理水平。

桥梁;快速修复;中国;美国;比较

桥梁是一个国家交通体系的关键节点，它的重要性主要体现在三个方面:(1)桥梁控制交通系统的容量;(2)桥梁在交通系统中单位造价最高;(3)桥梁坍塌则交通体系瘫痪［1］。但同时桥梁也是交通体系中最脆弱的环节，人为或自然灾害，如爆炸、火灾、洪水、地震等都可能对桥梁造成毁灭性的损害。2001年“9.11”恐怖袭击后，美国联邦和各州政府对于交通系统响应极端事件、受损后快速修复给予了更高的关注。美国国家公路和运输协会(AASHTO)组织编写《公路对恐怖袭击应急响应计划指南》［2］，德克萨斯、佐治亚、伊利诺伊等州交通厅也立项进行“桥梁快速修复技术”研究。近十年来，我国桥梁事故也频频发生，如2007年6月325国道九江大桥桥墩受驳船撞击而导致局部坍塌，2007年8月凤凰堤溪沱江大桥因工程质量差而坍塌，2012年8月24日哈尔滨阳明滩因车辆超载导致匝道倾覆。

桥梁事故发生后，必须尽快修复以确保交通体系畅通，对此，中美两国学者都做了较多研究。从文献所述内容来看，美国桥梁修复的经验更为丰富，在施工管理方面已积累了一套较为快捷、规范的模式［3，4］，中国桥梁修复经验总结相对薄弱一些，对施工技术、材料的研究多，而对施工管理方法探索比较少［5～8］。本文采用案例分析和比较方法，在对中美桥梁修复总体状况概述的基础上，分别选取三个典型桥梁案例，分析和比较各自快速修复的做法，以便吸收美国桥梁快速修复的经验，提高我国桥梁修复施工和管理水平。

1 美国桥梁快速修复方法

1.1 美国桥梁修复概况

为了解美国桥梁修复方法，作者通过文献调研，选取了I-40俄州韦伯瀑布桥、I-95宾州切斯特湾大桥和I-87纽约高速公路桥为例分析和比较。三座桥梁的结构、损坏事件、修复任务和修复时间如表1所示。

表1 美国典型桥梁修复案例

1.2 案例详述

美国桥梁修复工程的主要参与单位有州交通厅、设计公司、承包商、材料和设备供应商，从修复开始到完成的主要任务和决策如图1所示。本文依据该过程图，依次分析交通绕行、拆除、设计、发包和修复施工五项任务的具体做法。

图1 美国桥梁修复过程

1.2.1 交通绕行

桥梁损伤、不能正常通行后，制定交通绕行方案是州交通厅首先执行的任务。通常有三种绕行方案:(1)使用未损坏的桥面作为绕行线路的一部分，尽管车辆通行速度会严重减慢，但车辆不用绕远，前提是未损坏的桥面足够使用;(2)重新规划和利用周边地区现有道路，建立绕行线路，将会给周边其他路线交通带来较大压力，且车辆需要绕远;(3)安装临时预制桥梁，待主桥修复完成后即可拆除，对桥梁所在及周边路线的交通影响较小，但投入费用高、经济代价大。三种方案各有利弊，具体采用哪一种取决于事故现场条件，但不管采用哪一种，这一阶段的关键因素是尽快重新测算交通流量、建立和实施可行的交通绕行方案。

1.2.2 拆除

拆除阶段主要面临两个挑战，一是在拆除部分已受损的桥时，确保不要对桥梁其余结构造成进一步的损害，以免引发二次事故，二是在水下进行拆除作业。I-40大桥同时面临这两个挑战，施工承包商的作业十分谨慎。工人首先拆除受损桥墩，随后开始拆除在桥跨上的混凝土桥面，再使用精细爆破的方式击落第1、2跨桥梁，移除现场的碎渣。第3跨完全掉落河中，水下拆除能见度低，十分危险，拆除人员对水下拆除还缺乏很好的办法，只能谨慎潜水作业。第4跨拆除最难，因为该跨一端搭在撞击桥墩的驳船上，另一端仍连接着未损坏的桥梁。为防止二次破坏，在拆除期间通过高频率的监测确保驳船是稳定的。拆除的残骸暂时堆积在河岸空地上，随后及时运走。总之拆除阶段的重心是谨慎作业，通过各种措施确保安全。

1.2.3 设计

桥梁修复设计与新建工程设计的最大区别在于，应尽可能利用原有结构和图纸，万不得已才会设计新的结构，从头建造。其次，应尽可能采用预制构件以节省工期。在I-87桥修复中，纽约州交通厅和承包商就采用了组合式预应力桥梁构件，每个构件下部为工字钢支撑，上部位混凝土桥面。12个构件预制后运至施工现场快速安装，速度快且受天气因素影响小。此外还可采用下列措施加快设计进度:(1)对提前完成设计给予奖励;(2)立即提供原始图纸;(3)州交通厅的工程师随时待命，迅速回答设计工程师的疑问;(4)州交通厅简化对修复设计图纸的审批程序，即时批复。

1.2.4 发包

选择有足够经验和能力的承包商，并设定适当的激励合同条款，可促使承包商快速、高质量地完成修复工作。I-95桥事故发生后仅1小时，宾州州长即宣布这是一次突发事件造成的损害，允许宾州交通厅快速处理事故，无需遵守常规的工程建设程序。宾州交通厅未经过招标，直接与一家有类似桥梁修复经验的承包商协商签订了桥梁修复承包合同。工程款支付以时间-材料为基础，在宾州交通厅PU408规范基础上，另加上8%的费用加成。所有加班工资均按宾州交通厅标准，另加40%加成。I-40桥事故发生后，俄州交通厅2002年6月8日进行招标，6月12日即与中标承包商签订了桥梁修复合同。合同总价1090万美元，工期57天，附有重奖重罚的条款。如提前完工，承包商可获得6000美元/小时的奖励;反之，承包商将遭受6000美元/小时的罚款。最终承包商用时46天16小时，提前10天8小时完成了桥梁修复，得到了148.8万美元的奖金。如按正常程序进行，该桥梁修复需要6个月。可见，美国各州交通厅对桥梁修复建设程序的处理很灵活，给予的激励措施也十分有力。

1.2.5 修复施工

在施工阶段，为加快修复进度并尽量减少对周围居民的干扰，承包商主要采用了4项措施。

(1)施工进度计划编排。桥梁修复施工不能再拘泥于常规的从早8:00至晚5:00的施工计划，还应考虑另外三种计划。如对修复工期要求较为宽松，可采用仅夜间施工安排;如工期要求紧，应采用12小时施工甚至24小时施工的安排。采用24小时施工，对照明、质量控制、疲劳施工、材料交付和安全等问题都提出了更高的要求。具体如何选择需要综合考虑各方面因素。

(2)阶段施工。I-87桥修复时，先将受损桥面去除，用两座临时预制安装的桥梁分担车流，待一部分桥梁修复完毕通行时，拆除一座临时桥梁，待全部桥梁修复完毕通行时，再拆去另一座临时桥梁。如此一来便加快了进度。

(3)改变常规作业程序。I-40桥梁修复过程中，俄州交通厅的桥梁设计工程师一周七天、一天24小时保持通讯畅通，随时回答设计公司的疑问，又组建了一个专门的检查组，负责预制构件监造和现场施工质量、安全检查，部分检察人员为退休工程师。

(4)获得社区和相关部门的配合。I-40桥修复过程中，桥梁周围土地的拥有者切诺基族不仅提供交通便利，还提供了一些人力帮助。联邦公路局也批准了300万美元的联邦紧急救援基金帮助修复工作尽快开始。社区和相关部门的支持是桥梁快速修复成功的重要因素。

2 中国桥梁快速修复方法

2.1 中国桥梁修复概况

为了解我国桥梁修复方法，作者选取了广岳铁路支线红白场至木瓜坪段燕子岩大桥、广东某高速公路桥和325国道(简称G325)九江大桥为例分析和比较。三座桥梁的结构形式、损坏事件、事故时间和修复任务如表2所示。

表2 中国典型桥梁修复案例

2.2 案例详述

我国桥梁修复过程与美国并无二致，本文也从交通绕行、拆除、设计、发包和修复施工五个方面进行阐述。

2.2.1 交通绕行

我国桥梁事故发生后，地方交通主管部门也及时制定交通绕行方案。例如，2007年6月15日G325九江大桥发生运砂船撞击桥墩事故，桥梁通行彻底中断，地方交通主管部门只能重新规划和利用周边地区现有道路建立绕行线路。6月18日，广东省交通厅和公安厅交通管理局联合出台了G325九江大桥区段分流方案，包括大区域绕行高速公路方案(含3条线路)和小区域交通疏导方案(含4条线路)，并从当日起实施。尽快制定交通绕行方案有效保障了区域交通体系的畅通。

2.2.2 拆除

桥梁损坏部位拆除环节危险性较大，易发生二次破坏，需要先做好必要的支撑加固措施。M高速公路桥的一个桥墩突然出现大幅下沉和偏斜，桥梁面临局部失稳垮塌的危险，需要尽快拆除偏斜桥墩及其上部结构，再予以重建。负责修复的承包商制定了抢修施工方案，其中的拆除步骤十分谨慎:(1)将相邻两跨桥下场地进行平整，浇筑钢筋混凝土扩大基础;(2)在扩大基础上搭设满堂支架，临时支撑偏斜桥墩两侧的T形梁;(3)分段切割和拆除偏斜桥墩两侧的T梁和桥面; (4)拆除偏斜的桥墩;(5)重建桥墩、T梁、桥面［5］。G325九江大桥三座桥墩被撞垮塌，拆除作业在江面进行，难度极大，需考虑以下因素:(1)受损桥体箱梁需切割拆除，需先确定箱梁处理分段位置，保证分段箱梁结构稳定;(2)拆除垮塌梁体后，释放的水平力不会导致其余10跨桥体失稳，导致二次坍塌;(3)26号墩处断桥梁体插入河床，拆除过程中可能发生偏转坍塌;(4)26号墩承台和桩的连接已破坏，处于临界失稳状态，如受到一定扰动，随时可能坍塌。G325九江大桥坍塌断梁情况如图2所示。

为确保安全，承包商制定了加固、解联和拆除三步走的拆除方案。首先是加固，将26～28号墩箱梁通过临时支撑形成一个整体，以确保分段箱梁的稳定，在28号墩两侧搭设稳定墩，在27和28号墩之间搭设满堂支架，以克服拆除垮塌梁体后释放的水平力影响。其次是解联，选取27和28号墩之间某点采用碟式切割、链式切割相结合的方法，对箱梁桥面进行切割。最后是垮塌桥面、26和27号墩及其上桥面拆除。整个拆除过程中在斜梁、平梁及26号墩位置布置了观测点，严格进行沉降、水平位移监测，以确保施工安全［6］。

图2 九江大桥坍塌断梁情况

2.2.3 设计

为快速修复受损桥梁，采用何种设计方案，是设计单位需考虑的问题。G325九江大桥局部垮塌事故发生后，设计单位重点论证了三种修复方案，即“100 m+100 m跨独塔组合梁斜拉桥”、“100 m+100 m跨变截面钢箱梁”和“100 m+100 m+50m跨等高钢箱梁”，其中第1个方案施工方便、工期短、与原结构协调性好、防撞能力强，最终被采纳［7］。可见G325九江大桥的修复，也尽可能在原结构基础上来设计和实施。

2.2.4 发包

从查阅的文献来看，我国桥梁修复中拆除、设计和施工技术、材料、管理等方面都有较多的经验总结，但在工程发包和合同激励方面，没有相关介绍，反映这方面的重视程度和经验都是不足的。在桥梁修复过程中，美国的州交通厅能简化建设程序，灵活安排发包问题，在承包合同中约定重奖重罚的激励措施，值得我国交通主管部门借鉴。

2.2.5 修复施工

我国承包商在桥梁修复施工管理方面总结的经验主要有以下几点。

(1)将安全保障视为第一要务，制定施工方案谨慎细致，先加固稳定桥梁再拆除、施工。M高速公路桥施工过程中安排测量人员24 h全程观测，发现异常情况立即将工人撤离桥底。施工现场设好警示标志，夜间施工设置足够灯光，确保安全。

(2)通过合理的施工进度编排，节约工期。广岳铁路支线桥在地震中损坏后，施工承包商安排了3班工人，24 h施工抢修。

(3)大量采用预制构件。M高速公路桥和G325九江大桥局部拆除后，重建均采用预制拼装的方法，加快施工进度。

(4)施工工艺精细，确保质量和安全。广岳铁路支线燕子岩桥5号墩损坏严重，需用钢筋混凝土外包加固。先凿出破坏松动的混凝土，钢筋复位后，对损坏的桥梁用C50细石混凝土(或环氧树脂砂浆)进行修补，然后在腹板粘贴钢板、下翼缘粘贴碳纤维布进行加固［8］。

3 比较与启示

从上述案例来看，两国桥梁修复做法有以下相同点。

(1)尽快做出响应。在桥梁损伤事件发生后，地方交通主管部门都尽快做出响应，首先是根据桥梁损伤程度和周边交通路线情况，制定合理的交通绕行方案。

(2)拆除过程都十分谨慎，先将受损和临近的部位进行支撑和加固，其次将受损桥梁与其他部分进行解联，再逐段拆除受损和需要修复的部位，工序控制十分严格。

(3)在拆除过程中都对受损桥体、碰撞部位和保留结构进行了高频率的监测，确保桥梁的稳定，避免发生二次坍塌事故。

(4)无论对于中美两国施工承包商来说，水下拆除都是一个艰巨的任务，能见度低、工作面窄、危险性大，如何加快水下拆除的速度和确保安全，是有待工程界研究的问题。

(5)为加快设计进度，设计单位都会优先考虑继续利用原有的结构，如果局部需要拆除重建，将会尽量在原有的设计图纸上进行修复工程设计。

(6)为加快施工进度，设计单位和承包商会尽可能采用预制构件生产、拼装的方案，以便缩短施工现场作业时间，减少天气、交通不便等外部条件的不利影响。

(7)在修复施工阶段，施工单位的班组安排需要作出调整。为加快进度，可能采用12 h甚至24 h连续施工，两到三班工人连续作业。为避免对日间交通的影响，也可集中在夜间施工。技术人员也需要改变常规的工作时间安排，24 h待命解决技术问题。无论哪一种，避免疲劳、做好安全保障都是首要问题。

(8)为加快进度，也可采用阶段施工，即将修复工程划分为多个工作面，同时或有搭接地组织施工，避免人员和机械等待或窝工。

经过比较，也可发现两国桥梁修复方法的侧重点有如下差异，从中可提炼出可供我国管理部门、设计单位和施工承包商借鉴的经验:

(1)就桥梁损害事件发生后的响应速度来看，美国州交通厅的速度更快一些。例如，I-95桥事故发生后仅1 h，宾州州长即宣布这是一次突发事件造成的损害。而我国G325国道九江大桥发生坍塌后3 d，交通主管部门才出台分流方案。可见，我国交通主管部门还需要加快桥梁损害事件发生后的响应速度和效率。

(2)美国州交通厅的桥梁设计图纸保存很好，损害事件一旦发生马上就可提供原图纸。从文献中未见我国这方面做法的介绍，我国也有完善的建设工程档案管理法规，一旦发生事故也应马上查阅和提供图纸。

(3)快速选取有能力和经验的施工承包商是快速修复的关键环节。美国有直接发包的做法，也有通过招标选定承包商的做法，招标过程非常快，从发布招标文件到签订合同仅花费4 d。从文献中未见我国这方面做法的介绍，我国也应借鉴美国桥梁修复施工发包的灵活、快速的做法。

(4)为激励承包商加快进度、保证质量安全，美国州交通厅与承包商签订的合同设定了激励条款，“重奖重罚”的做法获得了显著效果。从文献中未见我国这方面做法的介绍，可侧面反映我国承包商在快速修复施工技术、材料、工艺等方面钻研较深，但在如何通过有效的组织和激励来提高管理效率方面，还比较薄弱。

(5)在修复施工过程中，美国社区和跨部门之间的配合很好，能够顺畅地利用周边的土地、设施甚至劳动力。而我国当前在基础设施建设过程中，征地拆迁等问题往往难以解决，成为工程进行的阻碍因素，在这方面还需要探索有效的管理方法。

4 结语

桥梁在国家交通体系中的重要性使得它们受损后的快速修复成为一个重要的课题。中美两国学者对此都做了大量研究，在明确了桥梁快速修复流程的基础上，针对具体的工程案例，主要从交通绕行、拆除、设计、发包和修复施工五个方面总结了做法和经验。两国的交通主管部门、设计单位和施工单位在这五个方面的做法既有相似点，也有差异，从中发现了一些可供我国相关单位学习的经验，尤其是工程发包、合同激励措施等方面，对我国桥梁快速修复方法的改进有很高的借鉴价值。

［1］Barker R M，Puckett JA.Design of Highway Bridges［M］.New York:Wiley，1997.

［2］Parsons B.A Guide to Updating Highway Emergency Response Plans for Terrorist Incidents［C］//Contractor’s Final Rep.Md:Rockville，2002.

［3］Bai Y，BurkettW R，Nash P T.Rapid bridge rep lacement under emergency situation:case study［J］.Bridge Engineering，2006，11(3):266-273.

［4］Bai Y，BurkettW R.Rapid bridge replacement:processes，techniques，and needs for improvements［J］.Construction Engineering，Management，2006，132 (11):1139-1147.

［5］王迎军，任国旭，张志.桥梁基础沉陷快速修复施工技术［J］.公路交通科技，2011，(10):133-134.

［6］毛志坚，刘志峰，贺文华.九江大桥解体拆除设计和施工［J］.公路交通科技，2010，(11):304-307.

［7］宋神友，郭文华，王景奇.国道G325九江大桥重建工程方案比选［J］.广东公路交通，2012，(4):1-4.

［8］李勤良.震后铁路桥梁工程病害及加固修复［J］.施工技术，2008，37(s1):269-271.

Com parison of Rapid Bridge Rep lacement Techniques between China and USA

ZHANGWei1，BAIYong2，MEILiang-wei1，WANG Ya-min1
(1.Huazhong University of Science and Technology，Wuhan，China，430074; 2.North Dakota State University，Fargo，USA，58108)

Bridges are key components，yet the weakest elements of the national transportation system.Both natural and man-made disasters can cause bridge damage or even collapse.Therefore，how to rapidly repair a damaged bridge after a disaster has become an important issue.Scholars in both China and the USA have conducted researches on rapid bridge replacement techniques.The authors of this paper utilized the case study method to compare the bridge replacement processesin in five aspects，namely，traffic detour，demolition，design，contracting，and construction in both China and the USA.Itwas revealed through comparison that Chinese transportation administrations，designers，and contractors were more concerned about replacement techniques，materials，and methods;while the US counterparts had better experience on quick responding after disasters，setting up traffic detour，designing the replacement based on the original drawings，flexibly selecting contractors，and implementing effective contract incentive clauses.The Chinese organizations should learn these good practices from the US counterparts to improve the overall bridge replacement operation in China.

bridge;rapid replacement;China;USA;comparison

U445.6

A

2095-0985(2015)02-0068-06

2015-01-30

2015-03-25

张伟(1980-)，男，湖北松滋人，副教授，博士，研究方向为工程项目管理、合同管理及风险管理(Email:zhang_wei98@126.com)

国家自然科学基金(51308240)