高矮桥上的双重考验——西西雅图大桥和斯波坎街摇摆开启桥的修复工程

在美国华盛顿州的西雅图，并排横跨于杜瓦米什水道上的西西雅图大桥和斯波坎街摇摆开启桥，因相继检查出有严重的混凝土开裂问题，西雅图交通运输部(SDOT)决定立即对两座大桥展开修复工作。

西西雅图大桥于1984年完工，是一座三跨节段后张混凝土箱梁桥，长约1300英尺。因桥梁最高处的高度高出了杜瓦米什河140英尺，又被称为高桥。多年来，SDOT与国际工程公司WSP USA合作，通过数字设备和现场检查跟踪了该结构的开裂情况。但是，尽管进行了关键的维护工作，例如将环氧树脂注入裂缝，裂缝仍在继续增长。

最后，在2020年初春，发现了明显的新裂纹。SDOT证实了开裂已经迅速加速到别无选择的地步，只能立即关闭桥梁。

即使在高桥关闭后，该结构“仅在自身重量下继续开裂”，SDOT道路结构部门主任、美国交通部国家桥梁检查标准下的认证桥梁检查员Matthew Donahue指出，情况的严重性得到了证实。“即使在我们从桥上卸下车辆活载后，我们仍然每天看到与以前相同的裂缝扩展速度和数量。”他说道。

幸运的是，在高桥附近还有另一座桥，沿着东西向路线，可以承载一些以前使用但现已关闭的主要交叉口的交通。不幸的是，第二座桥——斯波坎街摇摆开启桥（因桥下净空仅有55英尺，被称为矮桥）自1990年以来也一直在经历混凝土的开裂。

然而，根据SDOT在2020年7月发布的一篇文章，矮桥的裂缝并没有扩大，也被认为不像高桥发生的情况那么严重。曾于1991年完工的矮桥也是一个后张混凝土箱梁结构，有两个7500吨的可移动半梁，可以摆动以允许船舶通过。

矮桥以前主要用于商业货运和应急车辆。Donahue指出，它的设计并不是为了承载高桥的全部交通量。因此，SDOT研究了交通数据，确定了矮桥的承载容量。

最终，SDOT也对矮桥实施了车辆通行限制。在此期间，只有指定的车辆才能通过矮桥。其中包括紧急货运车辆、公共交通和校车、班车，以及获得豁免的行人、骑行者和司机。这些限制首先由穿制服的警察执行，他们在司机接近桥梁时对其进行询问。但到2021年1月，SDOT开始使用自动摄像系统来读取车牌。

Donahue说，SDOT对待双重裂缝问题的做法主要集中于为了防止桥梁倒塌，需要确定是否修复或更换该结构。为了确定高桥的结构完整性，SDOT对高桥进行了各种无损检测，包括探地雷达、超声波断层扫描和冲击回波系统，并研究了十几个取芯样品和现有灌浆样品。Donahue认为，这两座桥梁都配备了大量仪器，因此 SDOT 可以密切关注任何变化，基本上每天以一分钟的间隔、全天候跟踪开裂情况。

在安装完整的监控系统之前，Donahue每天还带领技术团队前往桥梁现场，检查结构的某些关键部分，确保每天的安全运行。设备安装由来自科罗拉多州路易斯维尔的Bridge Diagnostics公司完成。这些监测装置包括用于测量关键伸缩缝处伸缩的移动传感器、用于测量桥梁垂直和横向移动的桥面监测器、安装在关键主梁上用于测量裂缝宽度和移动的振弦式裂缝计，以及用摄像头记录任何可见的、新增加的裂缝。Donahue补充说，在高桥的关键位置，尤其是15号和18号桥墩，安装拉线式位移计，以监测结构的伸缩情况。

高桥的稳定方案由SDOT和WSP开发,并由Kraemer负责实施。稳定工作涉及在桥梁箱室的空心部分内安装大约10英里长的新后张拉索和锚具。环氧树脂注射用于填充现有裂缝以保持桥梁的耐用性，高桥的关键部分也用碳纤维增强聚合物材料包裹，以加强关键位置的结构。

2020年11月，西雅图市长Jenny Durkan宣布决定修复现有的高桥。这促使SDOT启动了第二阶段工作。在第二阶段修复期间，采用与第一阶段相同的施工方法，包括在主跨中采用更多的环氧树脂填充裂缝、安装更多的后张拉预应力和碳纤维包裹，以及加固桥梁的边跨。

另外，SDOT还为矮桥制定了修复计划。矮桥的维修包括注入环氧树脂和缠绕碳纤维、升级控制系统，使桥梁能够打开和关闭，以及结构的液压系统的修整。

位于矮桥东西两侧的两个大型液压油缸承担着重型起重任务，使杜瓦米什水道上的船舶只能够通过大桥。可以把油缸想象成一个支点，在这个支点上，每个跨度都可以旋转，避开水道交通。没有油缸的提升，就不会有一座正常运转的摇摆桥。除了两个活动油缸外，大桥还有第三个备用油缸，以防其中一个活动油缸需要维修。2018年，拆除了西侧的油缸，换上了备用油缸。2023年，又在水道东侧安装了修复后的油缸。交换后，检查并翻新了拆下的油缸，更换密封件，并确定是否需要进行其他维修。

为了使未来的维护工作更有效率，减少对桥梁上的行人造成的影响，重新设计并制造了一个新的升降系统，用于从桥梁上拆卸油缸。这个新的升降系统将缩短未来此类工作的关闭时间。

尽管Donahue知道有一些人将高桥的问题归咎于维护问题，但他认为“这实际上是一个成功的维修案例”。Donahue解释说，正是SDOT的维护和检查计划“使我们能够在桥梁发生灾难性事故之前发现它”。

据2021年美国基础设施报告单中提到的，基础设施维护总体上资金严重不足。“我们没有足够的钱来更换所有东西，但如果我们在正确的时间将维护和修复资金投入到正确的地方，就可以扩展这些基础设施资产的寿命。但如果我们不这样做，要付出的代价就是越来越多的桥梁将被关闭。”Donahue提醒道。

当像高桥这样的大桥不得不关闭时，这不再只是一个桥梁问题，还涉及对现有交通的影响、结构健康和行车安全影响、种族和社会公正的影响，以及其他问题。

Donahue说，幸运的是，通过与社区工作小组、社区领导人和技术咨询小组密切合作，SDOT部门对所有潜在破坏性项目（即便是规模较小的项目）都遵循“一个非常稳健、深思熟虑、有意义的推广计划”。为了确保高桥附近人员和企业的安全，SDOT在桥的两侧设立了一个大约225英尺宽的“红色区域”，作为在最坏情况下结构似乎要倒塌时的疏散区域。SDOT与西雅图警方和消防部门、港务局、美国海岸警卫队和其他部门合作，准备在此类事件即将发生时撤离该地区。据Donahue说，SDOT甚至在深夜多次模拟紧急情况，通过电话通知所有关键利益相关者，桥址即将发生灾难。