宋裕謀

(廣東省公路建設(shè)有限公司，廣州 510623)

0 引言

橋梁作為道路的重要組成部分，是交通生命線的關(guān)鍵性樞紐工程，其建設(shè)成本高，在交通發(fā)展中起著非常重要的作用，也是國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1]。但既有航道橋和在建航道橋都長期面臨撞擊的問題，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅發(fā)生在我國長江、珠江、黑龍江三大水系干流上的船撞橋事件就達(dá)到300起以上[2]。船撞事故容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損壞，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而影響橋上行車安全及舒適性[3-4]。因此，船撞事故發(fā)生后快速搶通顯得尤為重要。

目前，國內(nèi)外大量學(xué)者、科技人員對(duì)船撞事故進(jìn)行了分析總結(jié)[5-6]，提出了相關(guān)改進(jìn)措施。本文通過某航道橋船撞事故，介紹了本次事故中快速搶修與加固的措施，為類似搶險(xiǎn)項(xiàng)目提供相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程背景

該高速公路位于廣東省西部，是國家重點(diǎn)公路太原至澳門公路的支線工程。該航道橋全長3 220m，連接中山神灣、珠海斗門，是廣西、海南、粵西地區(qū)通往珠海、深圳等地的一條重要通道。橋梁整幅寬為26m，橋面總寬為2×12.9m，雙向四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h。

橋梁立面(事件聯(lián))和標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1和圖2所示。

圖1 橋梁立面(事件聯(lián))

圖2 橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

2020年8月19日，臺(tái)風(fēng)“海高斯”正面從珠海登陸，白天6：52值班人員發(fā)現(xiàn)該航道橋被2艘浮吊船碰撞。被撞橋跨發(fā)生在該航道橋左幅62#跨(該橋設(shè)計(jì)通航孔為62#和63#孔，通航高度8m，實(shí)際通航孔為63#孔，通航凈高10m)。被撞橋跨及受損T梁情況如圖3～圖4所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)橋梁立面(事件聯(lián))

圖4 受損梁體現(xiàn)場(chǎng)照片

事故發(fā)生后，大橋管理方立即啟動(dòng)I級(jí)響應(yīng)和開展相關(guān)的應(yīng)急處置工作，同時(shí)通知海事、航道、交警等屬地相關(guān)部門，并組織人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，L62-5#梁被碰撞腹板距62#墩12.5～24.5m范圍砼破碎、開裂嚴(yán)重，最嚴(yán)重處位于距62#墩18.5m處，腹板砼有明顯的凹凸變形。L62-5#梁5#～6#橫隔板間馬蹄底部存在明顯的橫向變形，且存在網(wǎng)裂、局部破損等現(xiàn)象，其它梁段未見異常病害。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果對(duì)受損橋跨安全現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，決定先采取封閉受損橋跨路段的路肩及慢車道，保留超車道臨時(shí)通行。為避免L62-5#梁的損害進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)受損的L62-5#梁進(jìn)行臨時(shí)加固。最后對(duì)受損橋跨被撞的L62-5#梁進(jìn)行更換，以恢復(fù)橋梁正常營運(yùn)狀態(tài)。

該搶險(xiǎn)工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)：(1)時(shí)間緊、任務(wù)重，水上作業(yè)不確定因素多。大橋被撞梁段受損嚴(yán)重，必須更換。船撞事故時(shí)間緊鄰國慶，為保障國慶期間橋梁正常營運(yùn)，在不長時(shí)間中斷交通的情況下，受損梁段需要拆除更換新梁。(2)需配合的部門較多，如海事、航道、交警、路政等，組織協(xié)調(diào)難度大。

2 橋梁搶修與加固措施

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析評(píng)估及專家組意見，確定對(duì)該航道橋L62-5#預(yù)制T梁進(jìn)行更換處治。結(jié)合該梁所處位置及周邊環(huán)境，采取分階段交通維護(hù)、舊梁臨時(shí)加固、舊梁拆除、新梁預(yù)制和吊裝，并恢復(fù)原高速公路通車現(xiàn)狀。

2.1 快速搶通臨時(shí)加固措施

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析評(píng)估及專家組意見，確定對(duì)該航道橋L62-5#預(yù)制T梁進(jìn)行更換處治。為保證通行安全，驗(yàn)算封閉慢車道及緊急停車帶的情況下結(jié)構(gòu)的受力安全，計(jì)算單車道通行階段橫向分布系數(shù)，見表1。

表1 單車道通行階段橫向分布系數(shù)

2.1.1 邊梁承載能力極限狀態(tài)

彎矩和剪力包絡(luò)圖如圖5～圖6所示。

圖5 持久狀況承載能力極限狀態(tài)彎矩包絡(luò)圖

圖6 持久狀況承載能力極限狀態(tài)剪力包絡(luò)圖

根據(jù)表2可知，50mT梁邊梁各控制截面的抗彎和抗剪承載能力均能滿足原設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

表2 單車道通行階段抗彎/抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果

2.1.2 邊梁應(yīng)力驗(yàn)算

截面應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果見表3。

表3 截面應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)表3可知，50mT梁邊梁各荷載組合下的應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果均能滿足原設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

根據(jù)驗(yàn)算，封閉慢車道及緊急停車帶的情況下，單車道通行結(jié)構(gòu)受力安全。在對(duì)受損的L62-5#梁進(jìn)行替換前，為避免受損T梁進(jìn)一步損壞危及臨近T梁，對(duì)受損T梁進(jìn)行外包混凝土加固后并解聯(lián)，即舊梁頂橋面鋪裝層鑿除、50m防撞墻切割運(yùn)離、濕接縫切割鑿除、橫隔板切割鑿除。具體步驟為先清除受損梁體表面松散的混凝土塊，然后注漿、植筋以及增加鋼筋網(wǎng)，最后對(duì)受損范圍內(nèi)的腹板外包混凝土，加強(qiáng)整體性。

封閉慢車道及緊急停車帶的情況下，采用外包混凝土進(jìn)行臨時(shí)加固并解聯(lián)后，根據(jù)單超車道實(shí)際營運(yùn)及檢測(cè)結(jié)果顯示，橋梁各向指標(biāo)滿足規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)了公路的快速搶通。

圖7 舊梁臨時(shí)加固

2.2 受損橋梁的拆除和吊裝

L62-5#梁被碰撞最嚴(yán)重處位于距62#墩18.5m處，腹板砼有明顯的凹凸變形。由于撞擊點(diǎn)受損嚴(yán)重，為避免吊裝時(shí)撞擊點(diǎn)彎折，造成較大的安全隱患，考慮在受損舊梁橋面布置起吊移動(dòng)模架主梁，在受損舊梁前后跨的移動(dòng)模架主梁兩端下方各墊不少于3m長范圍的H588型鋼，然后每處橫隔梁處設(shè)1個(gè)吊點(diǎn)，共計(jì)9個(gè)吊點(diǎn)，如圖8所示。

圖8 舊梁拆除側(cè)面和立面

在受損梁跨(L61#-L62#墩)側(cè)河道上布置1臺(tái)350t浮吊和1臺(tái)450t浮吊，將移動(dòng)模架主梁和舊梁緩慢同步抬吊起，如圖9所示，然后同步向后退方向移動(dòng)，停靠在L60#-L61#跨的1 200t運(yùn)輸平駁向L61#-L62#跨移動(dòng)，然后落梁并約束梁體，駛至臨近碼頭，在駁船分塊切割后吊上碼頭，鑿除外運(yùn)處理。

圖9 受損梁段的拆除和吊裝現(xiàn)場(chǎng)

為保證安全，對(duì)舊梁拆除分兩個(gè)工況進(jìn)行受力分析。

工況一：移動(dòng)模架主梁臨時(shí)放置在兩墩之間，采用型鋼支承，等待受損T梁與其連接。

工況二：兩臺(tái)浮吊采用移動(dòng)模架主梁，抬吊受損T梁。

圖10 移動(dòng)模架主梁有限元模型

2.2.1 工況一

(1)剛度驗(yàn)算。主梁跨中變形最大為33.9mm<(26 400×2)/400=132mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

圖11 移動(dòng)模架主梁位移等值線云圖(單位：mm)

(2)強(qiáng)度驗(yàn)算。主梁組合應(yīng)力和剪應(yīng)力均滿足結(jié)構(gòu)要求。

圖12 移動(dòng)模架主梁組合應(yīng)力等值線云圖(單位：MPa)

圖13 移動(dòng)模架主梁剪應(yīng)力等值線云圖(單位：MPa)

2.2.2 工況二

(1)剛度驗(yàn)算。主梁跨中變形最大為5.165mm<13790/200=68.95mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

圖14 移動(dòng)模架主梁位移等值線云圖(單位：mm)

(2)強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)圖15和圖16可知，主梁組合應(yīng)力和剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

圖15 移動(dòng)模架主梁組合應(yīng)力等值線云圖(單位：MPa)

圖16 移動(dòng)模架主梁剪應(yīng)力等值線云圖(單位：MPa)

(3)移動(dòng)模架主梁局部強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)主梁吊點(diǎn)局部驗(yàn)算采用Midas FEA建立有限元模型，選取9.6m長的主梁建立實(shí)體模型，并根據(jù)實(shí)際情況施加上吊點(diǎn)和下吊點(diǎn)力，實(shí)體模型如圖17所示。

圖17 移動(dòng)模架主梁局部實(shí)體模型

由圖18和圖19可知，移動(dòng)模架主梁Mises應(yīng)力174.20MPa<295MPa，移動(dòng)模架主梁剪應(yīng)力93.85MPa<170MPa，主梁等效應(yīng)力和剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

圖18 移動(dòng)模架主梁等效Mises應(yīng)力云圖

圖19 移動(dòng)模架主梁剪應(yīng)力云圖

2.3 船撞梁位更換新梁

新梁就近預(yù)制，采用2臺(tái)400t汽車吊在預(yù)制場(chǎng)新梁兩端就位，緩慢同步抬吊至預(yù)制場(chǎng)上方橋面空運(yùn)梁車上。如圖20所示，新梁裝車約束穩(wěn)固后就地等候，待受損舊梁拆除完畢并駛出受損跨后方可就位L60#-L61#跨處；然后采用2臺(tái)浮吊，將新梁從運(yùn)梁車緩慢同步抬吊，同步向受損梁跨(L61#-L62#墩)移動(dòng)，落梁至安裝區(qū)，并與原橋結(jié)構(gòu)臨時(shí)固定。最后進(jìn)行相關(guān)的附屬設(shè)施施工。

圖20 預(yù)制新梁調(diào)運(yùn)

3 結(jié)語

受臺(tái)風(fēng)“海高斯”影響，該航道橋被船舶撞擊。船舶碰撞事件發(fā)生后，為確保通行安全，大橋管理方立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案I級(jí)響應(yīng)。隨即大橋管理方組織檢測(cè)單位對(duì)受損橋段進(jìn)行檢測(cè)，初步檢測(cè)結(jié)果顯示，該航道橋左幅輔航道橋(東行)因船舶撞擊L62-5#梁受損嚴(yán)重，須立即開展相關(guān)的檢測(cè)搶修工作。經(jīng)連夜現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)算，受損梁體需更換，其他梁體結(jié)構(gòu)安全。為保障通行，對(duì)受損梁體采用臨時(shí)加固措施并解聯(lián)，同時(shí)封閉慢車道和路肩，保持一車道通行。在海事、航道、交警、路政等部門的密切配合下，大橋管理方組織人員對(duì)該路段封閉慢車道和路肩進(jìn)行搶修施工。經(jīng)工程參與各方連續(xù)奮戰(zhàn)十幾個(gè)小時(shí)，順利完成受損橋梁L62-5#梁整體拆除和新梁吊裝工作，完成了搶險(xiǎn)工程中最重要的一環(huán)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，橋梁采取的臨時(shí)加固措施以及受損梁段更換方案能夠滿足大橋營運(yùn)安全，表明采取的應(yīng)急搶修、加固修復(fù)、更換梁段等措施達(dá)到了預(yù)期目的，為同類橋梁船撞事故快速搶通和加固修復(fù)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。