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细看洋山科技闪光点

2020-03-03 00:23:15

  绿色环保建材桥身百年不朽

  东海大桥设计基准期要达到100年,这在我国桥梁建设史上是首次提出。这一标准对大桥结构的防腐和耐久性,提出了更高的要求。一种以炼铁废渣为主要材料的绿色建材,承担了重任。

  海水中含有大量的阴离子和阳离子,这些离子通过混凝土孔隙进入混凝土内部,与混凝土组分或钢筋组分发生化学或者电化学反应,引起混凝土结构的腐蚀。

  在华东沿海地区,对混凝土最主要的破坏原因是Cl-,它不仅存在于海水中,空气中也大量存在,这就对混凝土材料提出了很高的要求。为此,上海建科院和上海宝田新型建材有限公司合作,以炼铁废渣为主要原料,开发了一种针对东海大桥工程的绿色建材———高性能海工混凝土掺合料。它不仅等量替代了60%的水泥,直接节约材料成本2000万元,而且因为其较高的细度,达到了填空混凝土获取致密性的目标,有效提高了抗氯离子渗透性能及抗碳化、抗渗、抗冻、抗硫酸盐、抑制碱骨料反应等耐久性能。经建科院“海工混凝土使用寿命预测系统”测算,加入这种掺合料的混凝土结构,完全可以使东海大桥达到100年的使用寿命。

  智能化系统监测大桥“健康”

  东海大桥作为上海国际航运中心洋山深水港区重要的配套工程,不仅是洋山深水港集装箱陆路集疏通道,也是港区水、电、通讯供应的生命线,及与上海市区紧密相连的惟一通道。为保证东海大桥交通畅通,加强对桥梁的维护管理极为重要。

  桥梁在建成后,在长期的静载和活载作用下,以及气候、腐蚀、老化等因素的影响,相应的强度和刚度会随时间的推移而降低。这不仅会影响行车安全,亦会缩短桥梁的使用寿命。

  随着大跨径桥梁的轻柔化及形式与功能的复杂化,桥梁健康监测系统目前已成为国内外学术界、工程界的研究热点。许多国家都在一些已建和在建的大跨径桥梁上进行了有益的尝试。

  桥梁健康监测系统,是一个以桥梁结构为平台,应用现代传感、通信和网络技术,优化组合结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理各功能子系统为一体的综合监测系统,它实时监测桥梁在各种环境、荷载等因素作用下的结构响应,并能有效地提供桥梁养护管理的科学依据,显著提高桥梁的整体管理水平,从而能够最大限度地确保桥梁安全运营、预诊断桥梁病害和延长桥梁使用寿命。可以说,它是一位智能化的桥梁“体检专家”。而传统的通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量的方法,根本无法有效地应用于大型桥梁的监测。

  在市建委和市科委的大力支持下,上海同盛大桥有限公司、同济大学桥梁系、铁道部大桥局东南检测中心和巨一科技发展有限公司的科研人员联合攻关,开发了“东海大桥健康监测系统”。系统由分布在大桥各处的传感器、工作站和环状拓扑结构的光纤传输网络组成,具有自检、校正、控制、网络重构、可更换和升级功能,这一系统的成功建设和运营,将极大地减少大桥管理的现场工作量和养护管理费用,在帮助管理者及时了解桥梁的运营状态、病害和外部事件从而科学地制定对策方面,将长期发挥重要作用。

  声纳技术开道扫除“漏网”暗礁

  洋山深水港的建设,离不开“扫海”先锋的贡献。要想开辟水上航线,首先要对海底来个“清场”,请挡道的暗礁出局,才能确保航道和港口的安全。

  使用高分辨率多波束扫测仪及侧扫声纳技术,能够获得高分辨率、全覆盖的海底地形和地貌。

  对洋山海域的海底地貌,以前只作过一次粗略的探测,精度远远达不到建设深水港的要求。上海海事局海测大队在接到监测洋山海底的任务后,在洋山海域驻扎了一个多月,用声纳技术对整个海域进行来回拉网式清扫。装在船只底部的各种声纳探测装置发出声波,碰到非水物质就会反射,由此可知海底深度。他们根据海底深度,每隔50~100米,平行设定一条探测线,再由线到面,将声纳探测网布满整个洋山海域。

  功夫不负有心人,在原先圈定的洋山港引航待泊检疫锚地,他们居然“扫”出了一座高7米、在以前相关海域记录中从未被提及的暗礁,。因为这片暗礁在水里的深度仅为16.8米,低于22米的要求,一旦遗漏,将会对即将停泊的十万吨级以上的巨轮带来灾难的打击。

  此外,在洋山港建设过程中,由于多次遭遇台风侵袭,施工水域沉船不断,对过往船舶及工程施工都构成极大威胁。数年间,海测大队在东海大桥及洋山港施工作业区水域,扫获了10数艘沉船,保证了深水港和跨海大桥的施工安全。

  自主创新LED照明节能技术世界领先

  我国首座跨海大桥会采用什么样的照明技术?当然是最先进的第四代照明技术———LED。什么是LED?在东海大桥上的LED灯又散发着怎样的迷人光芒呢?

  LED灯,是利用半导体发光二极管作为光源的一种固态照明。它可以在通电条件下,让移动的电子“掉进”量子阱,产生一定波长的光。其技术关键是:“铺设”的量子阱越多,电子“掉进去”的可能越大,能量利用率就越高。

  据中国工程院院士陈良惠介绍,LED照明可大大达到节电目的,预计2010年我国用电量将达到2.7万亿度,照明用电量超过3000亿度。由于同样亮度下,LED灯的耗电仅为普通白炽灯的1/10,所以,只要有1/3的白炽灯被LED灯取代,每年就能节省近1000亿度电,相当于一个三峡工程的年发电量。

  东海大桥的照明系统原由美国通用公司总承包,灯具都由他们提供。在上海市科委的支持下,上海蓝宝光电材料有限公司与中科院上海技术物理所合作,自主研发并掌握了多层量子阱结构技术,“铺设”的量子阱达到了四层,目前国际上只有美国和日本掌握同类技术。现在,由我国自己开发的LED灯已经取代通用公司的灯具,在东海大桥上熠熠生辉,闪耀着科技自主创新的光芒。

  生态改良盐碱地污泥大显身手

  临港新城是洋山港的重要城市依托和集疏运基地,它以5平方公里的“芦潮湖”为圆心向四周扩散,形成总面积为90平方公里的滨海城市。但是,临港新城外围的沿海地带是一片新近由人工吹泥而成的陆地,含盐量很高。如何对这块盐碱地带进行改造,使它成为生态健康的碧水绿洲呢?

  据上海市园林科研所高级工程师崔心红博士介绍,目前园林与水利专家正通力合作,运用排管、隔离、抬高地形这三大工程措施以及一系列生态辅助措施,对盐碱地进行改良。

  专家想出了一套有利于环保的工程对策,为土壤安置一些排盐管,将大量盐分释放到特定的地下河网,其功能类似于汽车的尾气排放;用建筑垃圾等材料在土壤底部铺一道“隔离层”,阻隔盐分自下往上流动的通道,让地表径流和雨水向下渗透,稀释土壤的含盐量;或者干脆来个“大搬家”,抬高新成陆地的地形,让“虎视眈眈”的盐水没有可趁之机。

  其他一些生态措施也能起到不错的辅助效果,比如给贫瘠的盐碱地土壤“增肥”:充分利用城市水厂污泥,先发酵腐熟后,去除其中的重金属和病原微生物,再按严格要求施入盐渍土中。这样,不但能增加土壤的有机质,使其层次更丰富以达到种植要求,也能将多余污泥变废为宝,可以说,是为发展循环经济添了一臂之力。