磨刀門大橋臺風(fēng)后搶險加固關(guān)鍵技術(shù)

吳偉豪

摘 要：受超強臺風(fēng)“天鴿”影響，磨刀門特大橋部分墩柱受到多艘滿載物品船只的猛烈撞擊，主橋過渡墩受損彎曲傾斜，引起橋面下沉，結(jié)構(gòu)處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)。從進場搶險加固，受損橋墩拆除重建，至頂升梁體全面恢復(fù)交通，僅耗時6個月，創(chuàng)造了類似工程進度紀(jì)錄。本文主要整理了搶險加固過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程快速安全搶險修復(fù)提供參考。

關(guān)鍵詞：磨刀門大橋 臺風(fēng)“天鴿” 船舶撞擊 搶險加固

1.工程概況

磨刀門大橋位于西部沿海高速公路珠海～陽江段，雙向四車道。橋梁全長為3320m，橋跨組合為：16×25m （小箱）+11×40m（T梁）+（1×70+2×120+1×70）m（連續(xù)剛構(gòu)）+38×50m（T梁）+8×25m（小箱梁）。

2017年8月23日，超強臺風(fēng)“天鴿”正面從珠海登陸，最強風(fēng)力達到14級。受臺風(fēng)影響，磨刀門特大橋部分墩柱受到多艘滿載物品船只的猛烈撞擊，致使部分墩柱受損，其中過渡墩L31#墩柱受損最為嚴(yán)重。

L31#墩柱彎曲傾斜，局部出現(xiàn)塑性鉸，表面破損開裂，左幅蓋梁橫橋向發(fā)生最大146cm位移，倚靠在右幅蓋梁上；順橋向墩頂往50mT梁側(cè)發(fā)生最大58.5cm位移。L31#墩上部結(jié)構(gòu)梁體滑落至蓋梁上，主橋箱梁下沉25cm；引橋50mT梁下沉約27cm。31#墩整體處于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界狀態(tài)，須立即對主橋連續(xù)剛構(gòu)和引橋50mT梁支撐加固，拆除31#墩下構(gòu)，防止橋墩倒塌造成二次事故。

2.加固關(guān)鍵技術(shù)

針對磨刀門大橋受撞后的危險狀態(tài)，根據(jù)原設(shè)計圖紙及現(xiàn)場勘查情況，考慮作業(yè)人員必須在磨刀大橋危險禁入?yún)^(qū)域外作業(yè)等安全因素，選擇采用臨時墩托梁施工方案。施工時，臨時墩及托梁加工、組拼等均在危險禁入?yún)^(qū)域外施工，待臨時墩施工完畢，采用2臺浮吊在橋跨兩側(cè)抬吊托梁兩端至臨時墩墩頂就位，將預(yù)先設(shè)置好的支墊裝置側(cè)推入兩側(cè)梁底，安裝千斤頂分別同步頂升T梁和箱梁，讓梁跨自重充分轉(zhuǎn) 移到托梁上。臨時墩托梁總體結(jié)構(gòu)布置圖如圖2。

本搶險工程主要施工步驟有穩(wěn)定加固、舊墩拆除、橋墩重建施工、橋面局部修補，恢復(fù)交通；其中，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定加固和下構(gòu)拆除為本工程的關(guān)鍵。

2.1受損墩位穩(wěn)固施工

步驟一：設(shè)定禁航區(qū)域，上下游各設(shè)置1臺警示船，在禁航區(qū)域邊角設(shè)置航標(biāo)燈和警示燈。

步驟二：施打臨時墩鋼管樁，頂部抄平后安裝鋼管平聯(lián)和樁頂分配梁。

臨時墩鋼管樁基礎(chǔ)采用Φ1200鋼管，單根長35m，入土深度20.15m，縱橫間距均為2.4m，共48根。鋼管定制成35m一根，船運至施工點，利用打樁船插打。鋼管樁平面偏差不大于30cm，鋼管樁打入深度按貫入度控制，最后1分鐘貫入量不大于5cm。

鋼管樁基礎(chǔ)施打順序為：首先施工右幅側(cè)管樁，且從靠近橋梁方向往遠離方向施工，然后施工左幅側(cè)管樁，同樣從靠近橋梁方向往遠離方向施工。同時，監(jiān)測右幅管樁振設(shè)對橋梁的影響，以指導(dǎo)左幅管樁的振設(shè)保障安全。

步驟三：安裝上層支撐架，平聯(lián)加固及分配梁、承重梁。

上層支撐架采用Φ1600鋼管，單根長15.27m，共16根，在廠家定制。設(shè)置3道橫聯(lián)，橫聯(lián)采用Φ630mm鋼管，斜聯(lián)采用[20a槽鋼。為加快施工進度，支撐架提前在平駁上組拼，4根一組，共4組，用浮吊整體吊裝。

步驟四：安裝托梁限位架。

限位架主要為保證托梁吊裝過程中不碰撞橋梁結(jié)構(gòu)，并在后期固定托梁，提高整體受力性能。托梁限位架采用2HN800型鋼制作，共2個。在平駁上預(yù)拼，浮吊整體吊裝。

步驟五：安裝托梁。

托梁受力要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計：磨刀門大橋橋?qū)捜珜?6m，為滿足橋梁兩側(cè)安全距離14m要求，考慮支點長度，托梁長度設(shè)計為49m，采用雙拼移動模架主梁及C型模架主梁，移動模架主梁截面尺寸為1.9*3.5mm（寬*高），C型模架主梁截面尺寸為1.5*1.94m。其中，T梁側(cè)托梁采用雙拼移動模架主梁，箱梁側(cè)托梁采用稱動模架主梁+上下疊合的雙拼C型模架主梁。

鋼箱托梁吊裝是整個支架施工過程中最危險環(huán)節(jié)，長度長（49m），重量重（單條重196t）。托梁提前在加工廠進行組拼焊接，平駁運至31#墩橋跨15m外附近，采用兩臺350t浮吊抬吊，浮吊分布于上下游。抬吊時依次將托梁提升到限位架橫梁下方，平移就位后將托梁放到承重梁上，焊接固定。然后安裝托梁平聯(lián)，平聯(lián)采用2I45b工字鋼。

步驟六：安裝縱向分配梁，橫向墊梁及砼鋼管。

精確測量T梁、箱梁與托梁之間的間距，安裝砼鋼管頂緊T梁和箱梁底部。塞緊砼鋼管、托梁與橋梁結(jié)構(gòu)之間的空隙，避免頂升時受力不均。

2.2受損下部構(gòu)造拆除施工

受損墩柱雖已受損，仍承擔(dān)兩側(cè)梁跨大部分的自重，且由于31#墩兩側(cè)橋面連續(xù)對橋墩水平方向的牽制，31#墩處于臨界平衡狀態(tài)。梁體頂升時，梁體對墩身的牽制力突然缺失，以及31#墩自身傾斜導(dǎo)致的重心偏移，可能出現(xiàn)橋墩倒塌的意外險情，需對31#墩進行支撐加固，避免出現(xiàn)瞬間沖擊對平衡的破壞。為最大可能保證施工結(jié)構(gòu)安全，磨刀門大橋受損橋跨拆除總體原則：需在保持原有平衡狀態(tài)下，由上而下逐步進行卸載拆除，避免出現(xiàn)瞬間沖擊對平衡結(jié)構(gòu)的破壞。

2.2.1頂升施工

受損墩位穩(wěn)固完畢后，開始頂升施工。頂升順序：先頂升T梁側(cè)再頂升箱梁側(cè)。T梁側(cè)采用4臺250T千斤頂同時頂升，，箱梁側(cè)采用2臺500T千斤頂同時頂升，使T梁（箱梁）與蓋梁分開，保持2-5cm間隙，然后用砼鋼管和鋼板及時支墊。千斤頂下部均采用墊鋼分配荷載，上部采用橫梁加強整體性，以便梁體荷載均勻受力。同時，在橫梁與梁底面間設(shè)置四氟乙烯滑塊，以釋放頂升或溫差變化時梁體的水平推力。頂升過程中，加強對橋梁和臨時支墩的監(jiān)測。

2.2.2下部構(gòu)造拆除

本次搶險工程梁體無需拆除，利用臨時墩+托梁穩(wěn)固住橋梁上部結(jié)構(gòu)后，下構(gòu)分為兩部分，采用金剛石繩鋸法切割蓋立柱、樁基礎(chǔ)，1000t浮吊吊裝拆除的方法施工，兩次吊裝的重量均約為360t。

因T梁和連續(xù)梁之間縫隙僅約40cm，不便于鋼絲繩對蓋梁進行整體環(huán)綁，采用了地質(zhì)鉆探機在蓋梁上打設(shè)4個豎向并排的φ10cm雙通孔，再采用2根φ64mm的鋼絲繩分別穿過2個雙通孔掛到大浮吊上。用繩鋸切割時，采用墨斗彈線定位，確定切割控制線，并使切割面與水平面夾角大于30°，方向為內(nèi)高外低，便于1#塊向外滑動吊出。

3.主要臨時結(jié)構(gòu)分析

3.1荷載組合

臨時墩及托梁施工計算主要考慮以下最不利工況：

T梁和箱梁頂升后，其作用在31#墩上的荷載轉(zhuǎn)移到托梁上，同時考慮水流力及百年一遇風(fēng)荷載（考慮加固階段仍在臺風(fēng)期）。

3.2荷載取值

（1）T梁頂升力：31#～32#跨為50m簡支T梁，單幅5片T梁，上結(jié)荷載總計為1161.4t，托梁距T梁端部為6m，加載在托梁上的荷載為659.9t；

（2）箱梁頂升力：托梁距箱梁端部為6m，采用Midas建出主橋模型后可知，若要將箱梁頂升至原橋面標(biāo)高，千斤頂處加載噸位為523t，由于末考慮橋面鋪裝厚度變化、實際梁體彈模、預(yù)應(yīng)力損失等因素的影響，實際加載值較理論值稍大，考慮1.25倍的安全系數(shù)，千斤頂總加載值按654t進行驗算；

（3）風(fēng)荷載：百年一遇大風(fēng)風(fēng)速為32.6/m，荷載為1.19 KN/m2；

（4）水流力：考慮沖刷深度3m，水流速度1.5m/s，單根鋼管水流荷載為5.4KN。

3.3建模及計算結(jié)果

支架計算采用有限元分析軟件Midas Civil整體建模計算。各構(gòu)件均采用“梁單元”模擬，鋼管底部固結(jié)，各層之間節(jié)點采用彈性連結(jié)。支架重量通過軟件自動加載，上部結(jié)構(gòu)、水流力采用節(jié)點荷載加載，風(fēng)荷載通過梁單元荷載加載。建立整體計算模型及結(jié)果如圖5。

計算結(jié)果顯示，托梁的應(yīng)力最大為212.6Mpa，撓度為109.5mm，支架在荷載作用下的一階失穩(wěn)系數(shù)為22.3。計算結(jié)果與施工監(jiān)控數(shù)據(jù)相符，支架在最不利工況下，其整體強度、剛度、穩(wěn)定性滿足使用要求。

4.結(jié)語

磨刀門大橋搶險加固工程是一項施工難度大、技術(shù)要求高、工期緊、影響大的搶險工程，通過前期詳細的勘探和準(zhǔn)確的計算，采用大跨度托梁臨時支撐、拉錨器平衡受損墩傾斜力、滑塊釋放箱梁水平力、大噸位浮吊大塊拆除下構(gòu)等技術(shù)措施，在各單位的密切配合下，經(jīng)項目部嚴(yán)密的施工組織，提前實現(xiàn)了春節(jié)前通車的目標(biāo)，圓滿完成了磨刀門大橋搶險救災(zāi)任務(wù)，對類似工程實現(xiàn)快速安全搶險加固具有借鑒參考意義！

參考文獻：

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