一、海洋橋梁工程的技術發(fā)展現狀

　　橋梁是交通基礎設施的咽喉要道和關鍵節(jié)點，海洋橋梁工程對推動國家海洋強國、交通強國戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議發(fā)展以及促進經濟社會進步具有舉足輕重的作用[1,2]。在過去20 年中，中國的海洋橋梁工程建設取得了巨大的技術進步和成就，建成了多座跨海長橋，譜寫了世界建橋史上一個又一個奇跡。目前，我國橋梁工程不斷從內陸向近海延伸，東海大橋、杭州灣大橋、港珠澳大橋等跨海大橋相繼建成，平潭海峽公鐵大橋正在建設中，近海橋梁建造技術取得了舉世矚目的成就[3]。隨著國家海洋強國戰(zhàn)略與“一帶一路”倡議的不斷推進，我國正規(guī)劃研究瓊州海峽、渤海灣和中國臺灣海峽等跨海通道，“一帶一路”沿線國家也在規(guī)劃建設如巽達（印度尼西亞）、里海（俄羅斯至伊朗）等深水海洋橋梁。

　?。ㄒ唬┪覈Ｑ髽蛄汗こ碳夹g成就

　　1. 大規(guī)模工廠化預制、運輸吊裝技術及相關裝備研制得以發(fā)展

　　東海大橋和杭州灣大橋的非通航孔橋采用跨度50~70 m 的預應力混凝土箱梁；港珠澳大橋非通航孔橋采用跨度110 m 的鋼箱梁橋或跨度85 m 的鋼–混凝土結合梁橋，墩身、承臺預制拼裝建造技術；平潭海峽大橋采用整孔全焊、整孔架設鋼桁梁。其全部在陸地建設工廠整孔預制，采用整孔或大節(jié)段運輸、架設安裝技術。相應地，研制了載重噸位達2500~3000 t 的運架一體的起重船“小天鵝”號和“天一”號、起吊重量3600 t 大型浮吊，以及在已架設梁上運輸整孔預制梁的大型臺車。

　　2. 橋梁長壽命耐久性技術得以推廣

　　大規(guī)模推廣采用高性能混凝土及其防裂技術，鋼管樁犧牲陽極保護陰極技術及重防腐涂層技術，耐久性鑄鋼球形支座，東海大橋全橋采用混凝土橋面結構以避免鋼橋面疲勞開裂，其主航道橋采用跨度420 m 的鋼箱結合梁斜拉橋。平潭海峽大橋鋼桁梁的鐵路橋面采用預制預應力混凝土槽形梁。

　　3. 海域施工GPS 動態(tài)定位技術得以實現

　　跨海大橋建立了連續(xù)運行的GPS 工程參考站系統(tǒng)，實現實時平面定位精度3~5 cm，實時高程定位精度5~10 cm 的精度要求，為海上鋼管樁和鋼護筒施工提供服務；同時建立大橋工程獨立的施工坐標系，避免投影誤差，確保施工放樣準確。

　　4. 大范圍風屏障技術得以采用

　　平潭海峽大橋在全橋范圍內的鐵路、公路橋面兩側，均采用了多孔形式金屬障條的風屏障，公路橋面與鐵路橋面的風屏障整體透風率分別為50%和 36.5%。

　　5. 快速高效維養(yǎng)技術得以運用

　　港珠澳大橋在主梁梁內和梁底設置電動檢查車，梁底設置快速檢修通道，實現了可維可達、可修可更換的設計理念。

　　6. 大直徑鋼管樁、鉆孔樁技術及裝備研制取得進展

　　杭州灣大橋采用?1.5 m 和?1.6 m 的大直徑鋼管樁，樁長71~89 m，施工采用當時國內最先進的多功能全旋轉式起重打樁船，船體配備S-280 雙作用液壓錘；平潭海峽大橋首次采用?4.5 m 一次成孔鉆孔樁，研制了具有多瓣式組合鉆頭的KTY5000型鉆機。

　　（二）我國海洋橋梁工程技術存在的不足

　　近20 年來，我國的海洋橋梁工程建設取得了巨大進步，但應清醒地認識到，在橋梁工程技術方面，我國在20 世紀80 年代“學習追趕”和20 世紀90 年代“提高”兩個時期中主要是學習和引進國外在第二次世界大戰(zhàn)后建設高潮中所創(chuàng)造的新材料、新技術和新工藝，通過實踐和應用取得進步，其中也包含一些局部的改進和創(chuàng)新，但原創(chuàng)性的科技成果仍然不多[4]。

　　現行海洋橋梁工程部分設計、施工、維修與加固等橋梁規(guī)范落后于歐美橋梁標準，眾多規(guī)范參考國外規(guī)范的現成成果，缺乏對國內外設計、施工等最新科技成果的借鑒，目前尚未有針對海洋橋梁工程的專門規(guī)范。我國雖然在建設規(guī)模和尺度上有所超越，但真正意義上的突破性技術成果不多，上升至工程理論的科學成果更是鳳毛麟角。

　　二、海洋橋梁工程面臨的技術挑戰(zhàn)

　　隨著國家海洋強國戰(zhàn)略與“一帶一路”倡議的不斷推進，我國海洋橋梁建設發(fā)展的一個基本趨勢就是從近海走向深水，進而產生新的需求與挑戰(zhàn)。與近海橋梁相比，深水海洋橋梁工程的環(huán)境和建設需求特點主要表現為四個方面：①復雜嚴酷的環(huán)境作用，如強風、巨浪、急流、強震、海嘯等，具有強度大、隨機性強和耦合性顯著的特點；②長期處在高溫、高濕、鹽害、凍融及海霧等強腐蝕自然環(huán)境下，結構性能退化更早、更快、更嚴重，結構耐久性問題突出；③最大水深將可能突破100 m，面臨的水文和地質條件更加復雜[5]；④需滿足公鐵合建、全天候通車、高速鐵路交通等多功能要求，且跨度將突破2000 m。海洋橋梁工程環(huán)境惡劣（水深、流急、浪大），環(huán)境荷載作用（強風、地震力、侵蝕、波浪力）與內陸橋梁差別大，現行橋梁工程設計理論及橋型結構難以滿足海洋環(huán)境作用下橋梁工程的設計要求[6]，建設海洋橋梁工程需要面對的技術挑戰(zhàn)主要體現在五個方面。

　?。ㄒ唬┖Ｑ髽蛄汗こ套饔眉捌浣M合尚無專門規(guī)范

　　海洋橋梁工程作用及其組合理論是工程設計的基礎，是貫徹“安全、耐久、適用、經濟和美觀”設計原則的重要前提。目前，基于彈塑性力學的發(fā)展，橋梁工程設計理論已完成由容許應力法到極限狀態(tài)法的轉變?；诳煽慷壤碚摰臉O限狀態(tài)法的應用，大大推動了橋梁工程設計由定值法、半概率法到近似概率法的發(fā)展。

　　目前，海洋橋梁工程皆借鑒港口工程等行業(yè)規(guī)范來進行波浪力的計算，但與海洋橋梁工程離岸遠、尺度大不同，港口工程的規(guī)模及結構尺度通常較小，地理位置均位于海岸。海洋環(huán)境作用的基本特點是強度大、變化幅度大、變化速度快，具有明顯的隨機性和強耦合性，例如臺風出現時，往往伴有急流和大浪；地震發(fā)生時，往往伴有海嘯等。確定遠離海岸的橋梁工程所承受的波浪力、確定多場荷載耦合作用（風– 浪– 流耦合作用、地震– 海嘯作用等）的組合方式及其組合系數、將研究成果歸納提煉形成符合海洋橋梁特點的橋梁設計規(guī)范，以及探究波浪力與水深、結構尺度、氣象條件、洋流狀況的相關性，都需開展大量的理論及試驗研究，且存在研究的依托工程樣本較少的難題。

　　（二）海洋橋梁工程結構耐久性定量化設計有待研究

　　結構耐久性是指結構抵抗大氣影響、化學侵蝕和其他劣化過程而長期維持其性能的能力。海洋橋梁工程耐久性設計是工程設計中最為關注的課題之一，它不僅涉及工程長期安全、耐久的重大問題，還關系到資源、環(huán)境、國計民生等一系列重大經濟與社會問題，因此結構耐久性問題的研究對于體現公共安全、節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展等方面均具有重要的現實意義。

　　海洋橋梁工程主要建筑材料包括混凝土和鋼材兩大類，在海洋高鹽、高濕、高溫等環(huán)境條件作用下，海洋橋梁工程混凝土結構和鋼結構耐久性受到嚴峻挑戰(zhàn)。海洋混凝土結構因混凝土碳化、氯離子滲透、鋼筋銹脹導致功能退化。鋼結構和海洋高鹽環(huán)境下的氯離子之間產生化學相互作用導致性質變化及功能損傷。目前，結構耐久性尚存在性能與壽命之間的關系不明確、基于性能的耐久性設計理念和定量化設計方法尚未完全建立、不同行業(yè)技術標準的差異性較大等難題。需要重點突破混凝土結構損傷機理、抗力衰減與預測模型、損傷檢測與評估方法、鋼結構重防腐涂料與涂裝工藝、基于腐蝕的健康監(jiān)測和檢測、防腐蝕全壽命設計、高性能耐腐蝕鋼種等關鍵技術瓶頸。

　?。ㄈ┖Ｑ髽蛄汗こ探Y構疲勞的耦合作用問題有待探究

　　結構疲勞是在重復荷載（小于靜載屈服強度）作用下由局部損傷最終導致的結構永久破壞。海洋橋梁工程的公路（或鐵路）運輸荷載轉自遠洋航運，荷載特征和內陸橋梁存在顯著的差異性，不僅面臨和內陸同樣的運營車輛作用產生的疲勞作用，還會面臨嚴酷的海洋風和洋流產生的長期疲勞作用，包括極值和常遇值的大循環(huán)次數作用。目前橋梁工程抗疲勞設計還存在疲勞作用類型及疲勞荷載譜研究等技術挑戰(zhàn)，需要重點突破疲勞壽命評估方法、疲勞荷載譜、車輛與海洋環(huán)境耦合作用、疲勞與腐蝕相互作用等關鍵技術。

　?。ㄋ模┖Ｑ髽蛄汗こ倘珘勖O計有待突破

　　和其他建筑工程一樣，橋梁工程實現從規(guī)劃設計、施工建造、運營管養(yǎng)、拆除或回收再利用的全壽命周期內總體性能（功能、成本、人文、環(huán)境等）最優(yōu)的設計，即全壽命期設計，是近年才發(fā)展起來的，還很不完善。海洋橋梁工程更是如此，需要重點突破周期成本計算模型與標準、風險評估體系與實用方法等關鍵技術。

　?。ㄎ澹┖Ｑ髽蛄汗こ踢m用橋式和結構面臨新難題

　　海洋橋梁工程面臨海水深度大、自然環(huán)境（大風、大浪、急流、高鹽、高濕、高溫等）嚴酷、與大陸距離遠等困難條件，施工難度更大、風險更高，因此，需要研究適應海洋環(huán)境的橋型方案和主要結構形式。

　　常用的大跨度橋型方案主要有斜拉橋、懸索橋、斜拉– 懸吊協(xié)作體系橋，此外，建設海洋深水長橋，多塔長聯(lián)纜索承重橋梁應是一種具有顯著技術經濟優(yōu)勢的橋型，它可以提供連續(xù)多個較大的跨度，方便通航，減小對海洋環(huán)境的影響。目前，世界上僅我國在長江上建成了三座大跨度三塔懸索橋，泰州大橋和馬鞍山大橋的主跨均為2 × 1080 m，鸚鵡洲大橋的兩個主跨為2 × 850 m。國內外還建成了多座多塔斜拉橋，最大跨度已超過600 m。多塔纜索承重橋梁應用于海洋還需進一步研究提高每一孔的跨度、擴展連續(xù)孔數，解決橋梁剛度和主纜抗滑移等技術難題，以及相應的高性能材料、防災減災、結構體系、施工控制和健康監(jiān)測、全壽命管理維護等技術。

　　深水基礎結構形式包括大直徑樁與管柱、大型沉井、大型設置基礎及大型水下施工裝備等，快速施工的結構形式主要包括主梁梁大節(jié)段預制拼裝結構、鋼主塔預制吊裝結構以及下部結構預制安裝結構等。應重點突破新結構體系、高性能材料、深水地基處理、大型自動化施工及智能化檢測裝備等關鍵技術。

　　三、促進海洋橋梁工程技術發(fā)展的政策建議

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　　建立國家級海洋橋梁工程技術研究中心或技術創(chuàng)新基地，引領相關科研單位開展研究工作, 對全行業(yè)的國家級、省部級重點實驗室進行資源整合，形成若干特色研究領域，避免低水平重復研究，努力提高科技創(chuàng)新的水平、效率和效益。建議開展如下研究工作：①針對海洋橋梁全壽命規(guī)劃、抗災害設計、工業(yè)化建造和智能化管養(yǎng)開展系統(tǒng)研究；②設立國家海洋橋梁科技重大專項；③開展瓊州海峽、中國臺灣海峽等海洋橋梁工程技術研究，為海洋強國和交通強國戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議提供技術儲備；④改革我國海洋信息數據開放和觀測機制，針對特定海域建立氣象、海況和工程的聯(lián)合觀測體系，搭建共享數據平臺，為科學研究提供技術支撐。

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　　政府和行業(yè)主管部門在項目審批等過程中，引導相關企業(yè)加大科技投入，采用新技術、新材料、新工藝，增強企業(yè)科技創(chuàng)新的主體地位；建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系。

　?。ㄈ﹦?chuàng)新海洋橋梁工程技術人才培養(yǎng)與科技獎勵機制

　　選擇有一定基礎的高校，開設相關特色專業(yè)，培養(yǎng)復合型人才，定期開展學術交流活動，促進海洋橋梁工程技術的可持續(xù)發(fā)展。采用單項重獎、科技股份、技術轉讓提成等多種方式，鼓勵科技人員的技術創(chuàng)新與成果產業(yè)化，要用市場經濟的機制建立獎勵基金，對行業(yè)、企業(yè)技術進步做出突出貢獻的人員進行獎勵，并成為創(chuàng)新機制的重要組成部分。