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荣誉奖中跨组获奖项目 阿灵顿纪念大桥 华盛顿特区/阿灵顿县，弗吉尼亚州 
桥梁数据： 跨越：波托马克河，乔治·华盛顿纪念大道，俄亥俄大道西南段 跨度/总长度：224ft.（68.28m） 跨度：主要跨度31ft., 11.25in.，216.ft.，31ft, 11.25in.（9.73m，65.84m，9.73m） 总的结构长度：2,162ft.（658.98m，包括混凝土引桥跨） 平均结构宽度：94ft.（28.65m） 单位面积用钢量：0.048t/ft.2（0.517t/㎡，仅考虑钢跨） 总用钢量：1,258t 大约造价：2.27亿美元（约合人民币15.84亿元） 涂层/防护：三道涂层系统 
对于华盛顿特区的这座服役达90年之久的阿灵顿纪念大桥的结构修复工作是美国国家公园管理局（NPS）历史上最大的交通项目之一，其目标是在尊重其特征、历史和国家重要性的同时，为这座首都的正式入口赋予新生。阿灵顿纪念大桥长2,216ft.（675.44m）、宽94ft.（28.65m），是美国内战后南北统一的纪念碑，周围国家级地标性建筑林立。大桥在华盛顿特区的结构布局中占有独特的地位，更是区域交通网络的重要组成部分。大桥横跨波托马克河（Potomac River），连接了弗吉尼亚州北部和华盛顿特区，每日交通量超过6.5万辆车次。 在美国国防部总部五角大楼西北部有一片占地624英亩（约2.53平方公里）的巨大墓地，这里便是著名的阿灵顿国家公墓（Arlington National Cemetery）。阿灵顿国家公墓安葬着南北战争以来40多万阵亡将士及其家属的遗体遗骸，是美国最大的国家公墓，公墓内有大片的草地、参天的百年大树、繁花似锦的花园，慰藉着安息于此的军人的英灵。公墓每年举行3,000多场仪式和安葬服务，一年365天全年向公众开放，是华盛顿地区最吸引人的景点之一。阿灵顿国家公墓所在的这片土地在成为公墓以前，原本是南北战争时，南军名将李将军罗伯特·李（Robert E. Lee）与夫人玛丽·安娜·李（Mary Anna（Custis）Lee）的家园，他们在此结婚，生儿育女生活了30年。玛丽的父亲是乔治·华盛顿·卡斯蒂斯（George Washington Parke Custis），他的祖母是美国建国之父乔治·华盛顿的妻子玛莎·华盛顿（Martha Washington），玛莎·华盛顿在第一任丈夫去世后，改嫁给乔治·华盛顿，当时玛莎已有自己的子女，玛莎与华盛顿结婚后没有生育，乔治·华盛顿将玛莎的子女视为己出，尤其喜爱玛莎的孙子卡斯蒂斯，将他当儿子看待，卡斯蒂斯也成为华盛顿的侍卫及顾问。卡斯蒂斯后来在阿灵顿地区购买了大片土地并花费将近20年的时间在现在的阿灵顿国家公墓区域建造了一栋豪宅作为自己的寓所。当卡斯蒂斯的女儿玛丽与罗伯特?李在1831年结婚时，卡斯蒂斯将这栋豪宅让给女儿、女婿居住，成为罗伯特?李夫妇的产业。这栋豪宅现在依然在阿灵顿国家公墓内，被称为“阿灵顿之家暨罗伯特·李纪念馆”（Arlington House, The Robert E. Lee Memorial），那里可以俯瞰波托马克河和首都广场。
为了维护桥梁安全，延长使用寿命，需要对这座服役达87年之久的大桥进行重大修缮。但修复过程所面临的困难与桥梁本身的结构设计一样独特。大桥由美国国家公园管理局（NPS）和联邦公路管理局（FHWA）共同管理和维护，并制定了“千日计划”来完成该项目。这是大桥第一次经历重大修缮，也是NPS迄今为止最大的项目之一。其目标是恢复桥梁的结构完整性并保留其历史特征和背景，同时，尽量减少对游客的干扰。为了满足美国国家公园管理局（NPS）和联邦公路管理局（FHWA）的要求，项目团队对材料选择、施工技术和创新性等方面经过仔细考量，于2020年12月4日完成了修复工作，使阿灵顿纪念大桥重焕新生。 阿灵顿纪念大桥原有的结构较为复杂，由10个钢筋混凝土拱跨和位于通航航道上的中央双叶钢开合桥组成。芝加哥风格的开合桥跨的新颖设计将开合设备、机械以及平衡物都隐藏在桥面之下，每一叶都隐蔽在具有装饰性的压型金属面板中，这些压型金属面板经过精心设计得以融入整个结构的美学之中。这个开合桥跨在1932~1961年间被频繁使用，然后就因为缺乏海上交通而在1965年被永久地关闭在固定位置了。2018~2020年，美国国家公园管理局（NPS）和联邦公路管理局（FHWA）对这座桥梁进行了彻底的修复，将其使用寿命又延长了75年。该项目包括替换具有历史意义的开合跨，设计团队为了致敬原有结构，将新桥跨设计成酷似原桥跨的样子。首先在环境评估中建立了一个效果图，选择了这个新设计，用来平衡历史保护目标和工程的可建造性、易维护性和成本等因素。 引桥为混凝土桥，桥面置于由混凝土拱肋支撑的混凝土横墙上。桥面、横墙与钢筋混凝土拱肩相连，拱肩上还有花岗岩饰带。大桥有4个桥台和6个混凝土桥墩，每个桥墩都有混凝土框架和横向连接梁，用于支撑道路桥面。框架置于桥台和桥墩基础上，最终将荷载转移到基层岩上。在重建过程中，桥梁的大部分构件都需要进行修复、重建或保护。在最初建造时，现浇混凝土桥面板是按照当时的标准进行浇筑的。但在这次修复过程中，团队使用了预制混凝土桥面板取代原有的现浇混凝土桥面板。在拆除原有桥面的同时，完成预制混凝土桥面的制作安装，从而加快了施工进度。这也是能在较短时间内完成修复工作的一个关键因素。预制混凝土桥面厚10in.（254mm），由强度为6,000psi（约41.4MPa）的高性能混凝土（HPC）和不锈钢钢筋构成，与之前由强度为3,000psi（约20.7MPa）的混凝土和无涂层钢筋构成的旧桥面相比，其渗透性更低，耐用性更高。 由于夜间交通量小，因此桥面的安装工作多在夜间完成。预制混凝土桥面被一块块地纵向铺设在横墙之间。而在中跨处的开合桥，钢梁为纵向架设，因此桥面板要横向铺设在钢梁上，桥面板与钢梁一上一下，十字交叉。预制混凝土桥面还需要铺设2in.（50.8mm）厚的乳胶改性混凝土覆盖层，以便让行驶路面更加平整，为桥面提供额外的保护。两侧宽14ft.（4.27m）的人行道、引桥板、横墙、预制混凝土梁、墩帽、立柱和预制混凝土桥面，使用的是具有28天抗压强度的高性能混凝土，抗压强度范围为4,500～6,000psi（约31～42MPa）。因为所用材料要达到项目要求的强度和耐久性，选择超高性能混凝土（UHPC）和高性能混凝土（HPC）是此次修复工程的关键。 当桥面安装完成后，层层叠叠的U形不锈钢钢筋穿插其中，将桥面与横墙、主梁牢固地连接在一起。之后，用高强度、高密度的超高性能混凝土填充接缝。由于超高性能混凝土中掺杂有随机排列的钢纤维，能够降低水、氯化物和其他有害物质的渗透性。该修复项目中使用的超高性能混凝土，28天抗压强度最低为21,000psi（约144.8MPa），4天抗压强度最低为15,000psi（约103.4MPa），能够很好地满足桥面的耐久性要求。 为了缩短整个施工周期，尽量减少对公众和旅客的影响，团队使用了快速桥梁施工法。将项目分为六个施工阶段。在两个主要施工阶段，暂时将6条10ft.（3.048m）宽的车道缩减为3条9ft.（2.74m）宽的车道，中间车道为可变车道（即潮汐车道），可根据城市早晚交通流量调控行车方向。如此一来，大桥只需关闭一半，另一半保持开放，即可保障正常交通。大桥首先关闭了南侧通道，北侧正常通行；待南侧修复完成恢复交通之后再修复北侧。施工期间，一条14ft.（4.27m）宽的公用道路一直保持开放，公众可正常通行。 在夜间交通量较低时进行预制混凝土桥面的施工可减少运输时的交通拥堵和延误。即使在傍晚，当一块桥面板被吊起并旋转到位时，大桥通常也只会短暂地关闭约15min。预制混凝土桥面板从拱肩侧墙一直延伸到横截面中间，在桥梁纵向形成了一条接缝。待桥面铺设完成后，这些接缝也被填充了超高性能混凝土。 
尽管桥面板、混凝土框架和部分横墙需要更换，但测试表明，原来的混凝土拱肋和大部分横向连接墙结构完好。因此，设计团队专门开发了一种阴极保护系统（Cathodic Protection System）用来保护并延长原有混凝土构件的使用寿命。该系统使用牺牲电阳极嵌入混凝土以保护周围钢筋免受进一步腐蚀。 美国国家公园管理局（NPS）和联邦公路管理局（FHWA）需要这样一个设计，从该项目的各方面来保护和增强桥梁的历史原貌。替换原有的开合跨是不必要的，因为在阿灵顿纪念大桥之下的其他固定式桥梁是无法让向着波托马克河上游航行的高大船只通过的。美国国家公园管理局（NPS）和结构工程师以及建筑师共同协作采用了一个下桁架结构设计了一座看起来和原来的开合桥类似的固定式钢结构新桥。新桥的美学特征体现在采用建筑钢构件加强的固定式主跨钢板梁来模仿原有开合桥设计中的支撑部分。除了新的上部结构之外，通过保留和再利用桥梁原有的压型金属面板进一步保留了桥梁的原貌。 桥梁的新上部结构采用了变截面高度的钢板梁，216ft.（65.84m）长的主跨布置了12道钢梁，在腹板和下翼缘中部采用了曲线形设计，和桥跨的拱形造型相匹配。主跨的钢梁两端连接到跨越原来的平衡配重区域的31ft., 11.25in.（9.73m）长的轧制钢梁（W27×84）平衡跨上，主跨钢梁都加工成三段的形式，然后在一个附近的堆放区的驳船上进行现场组装并安装就位。 桥梁上部结构组合使用了AASHTO M270（ASTM A709）50级钢材以及AASHTO M270（ASTM A709）HPS70W钢材。HPS70W钢材是一种高性能桥梁用钢，具有良好的热影响区硬度和焊缝低冷裂纹敏感性以及良好的焊接性能和低温韧性。在该项目中，由于主跨降低了梁高，HPS70W钢材被用于中部现场连接段的下翼缘（3in.×28in.约合76.2mm×711.2mm）处。钢材采用了三道涂层防护系统，其涂层颜色的选择是和桥梁的花岗岩相匹配的。在完成钢结构的安装之后，将下桁架结构铰接到钢梁的下翼缘上，然后再将修复再利用的压型金属面板用带有高强螺栓的钢构件固定在新上部结构的纵梁上。变截面高度的下桁架结构是为了要实现和原有的桁架梁开合桥相似的造型，新的上部结构，连同重新安装的压型金属面板，既向老桥表达了敬意，也使得新的桥跨得以融入周边的混凝土拱桥跨中。 开合桥跨替换工程的安装工作是在波托马克河上的驳船上完成的，一个重大的挑战就是要在施工过程中保持半个桥面的3个车道的交通畅通。因为原有的开合跨设计包括边桁架梁和横向桥面梁，而这些横向桥面梁需要在中心切割线处被支承起来。项目团队采用了一个水上支护体系，连同平衡配重下方的支承体系，一起完成了所需的支承工作。 整个支承体系包括支承在一系列周边管桩上的连锁的驳船，还有一系列支架支承着每根桥面梁。管桩配有一系列高强螺纹杆/岩石锚杆以及千斤顶，可以将驳船顶升到吃水线的高度，这样来自开合桥跨的荷载就被从支架上转移到管桩上。在施工过程中，这个临时支护体系一直保持在位约12个月之久，不仅支承着原有开合桥跨的重量，也负担着桥面上方的交通活荷载。 修复一座桥梁并不简单，而修复历史地标性建筑则更为复杂。阿灵顿纪念大桥的修复在结合原有桥梁结构复杂性的基础上，既保护了其历史意义，又创新地采用了新技术，谨慎地选择了混凝土材料，在美国国家公园管理局（NPS）、联邦公路管理局（FHWA）和Kiewit-AECOM联合体的共同努力下展示了团队自始至终紧密无间的协作精神。大桥的成功修复不仅确保了整个地区的交通安全，也让这座纪念美国南北战争中战士们英勇战斗和牺牲精神的丰碑重新焕发生机，作为集体历史记忆的象征，阿灵顿纪念大桥将永远留存在美国人民的心中。 
注：部分内容来自《大桥养护与运营》杂志，2022年第1期。 |
