某高速公路航道橋船撞事故后的搶修及加固

宋裕謀

(廣東省公路建設有限公司，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)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設施[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，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到300起以上[2]。船撞事故容易導致橋梁結(jié)構(gòu)損壞，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，進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)外大量學者、科技人員對船撞事故進行了分析總結(jié)[5-6]，提出了相關(guān)改進措施。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，為類似搶險項目提供相關(guān)的實踐經(jīng)驗。

1 工程背景

該高速公路位于廣東省西部，是國家重點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，雙向四車道設計，設計時速為100km/h。

橋梁立面(事件聯(lián))和標準橫斷面如圖1和圖2所示。

圖1 橋梁立面(事件聯(lián))

圖2 橋梁標準橫斷面

2020年8月19日，臺風“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(該橋設計通航孔為62#和63#孔，通航高度8m，實際通航孔為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)場橋梁立面(事件聯(lián))

圖4 受損梁體現(xiàn)場照片

事故發(fā)生后，大橋管理方立即啟動I級響應和開展相關(guān)的應急處置工作，同時通知海事、航道、交警等屬地相關(guān)部門，并組織人員進行現(xiàn)場勘察。經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，L62-5#梁被碰撞腹板距62#墩12.5～24.5m范圍砼破碎、開裂嚴重，最嚴重處位于距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)合檢測結(jié)果對受損橋跨安全現(xiàn)狀進行評估，決定先采取封閉受損橋跨路段的路肩及慢車道，保留超車道臨時通行。為避免L62-5#梁的損害進一步擴大，對受損的L62-5#梁進行臨時加固。最后對受損橋跨被撞的L62-5#梁進行更換，以恢復橋梁正常營運狀態(tài)。

該搶險工程的重點和難點：(1)時間緊、任務重，水上作業(yè)不確定因素多。大橋被撞梁段受損嚴重，必須更換。船撞事故時間緊鄰國慶，為保障國慶期間橋梁正常營運，在不長時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)檢測結(jié)果分析評估及專家組意見，確定對該航道橋L62-5#預制T梁進行更換處治。結(jié)合該梁所處位置及周邊環(huán)境，采取分階段交通維護、舊梁臨時加固、舊梁拆除、新梁預制和吊裝，并恢復原高速公路通車現(xiàn)狀。

2.1 快速搶通臨時加固措施

根據(jù)檢測結(jié)果分析評估及專家組意見，確定對該航道橋L62-5#預制T梁進行更換處治。為保證通行安全，驗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)彎矩包絡圖

圖6 持久狀況承載能力極限狀態(tài)剪力包絡圖

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計規(guī)范要求。

表2 單車道通行階段抗彎/抗剪承載能力驗算結(jié)果

2.1.2 邊梁應力驗算

截面應力驗算結(jié)果見表3。

表3 截面應力驗算結(jié)果

根據(jù)表3可知，50mT梁邊梁各荷載組合下的應力驗算結(jié)果均能滿足原設計規(guī)范要求。

根據(jù)驗算，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。在對受損的L62-5#梁進行替換前，為避免受損T梁進一步損壞危及臨近T梁，對受損T梁進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)，最后對受損范圍內(nèi)的腹板外包混凝土，加強整體性。

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

圖7 舊梁臨時加固

2.2 受損橋梁的拆除和吊裝

L62-5#梁被碰撞最嚴重處位于距62#墩18.5m處，腹板砼有明顯的凹凸變形。由于撞擊點受損嚴重，為避免吊裝時撞擊點彎折，造成較大的安全隱患，考慮在受損舊梁橋面布置起吊移動模架主梁，在受損舊梁前后跨的移動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1個吊點，共計9個吊點，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350t浮吊和1臺450t浮吊，將移動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，?？吭贚60#-L61#跨的1 200t運輸平駁向L61#-L62#跨移動，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，鑿除外運處理。

圖9 受損梁段的拆除和吊裝現(xiàn)場

為保證安全，對舊梁拆除分兩個工況進行受力分析。

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

工況二：兩臺浮吊采用移動模架主梁，抬吊受損T梁。

圖10 移動模架主梁有限元模型

2.2.1 工況一

(1)剛度驗算。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 移動模架主梁位移等值線云圖(單位：mm)

(2)強度驗算。主梁組合應力和剪應力均滿足結(jié)構(gòu)要求。

圖12 移動模架主梁組合應力等值線云圖(單位：MPa)

圖13 移動模架主梁剪應力等值線云圖(單位：MPa)

2.2.2 工況二

(1)剛度驗算。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 移動模架主梁位移等值線云圖(單位：mm)

(2)強度驗算。根據(jù)圖15和圖16可知，主梁組合應力和剪應力均滿足規(guī)范要求。

圖15 移動模架主梁組合應力等值線云圖(單位：MPa)

圖16 移動模架主梁剪應力等值線云圖(單位：MPa)

(3)移動模架主梁局部強度驗算。對主梁吊點局部驗算采用Midas FEA建立有限元模型，選取9.6m長的主梁建立實體模型，并根據(jù)實際情況施加上吊點和下吊點力，實體模型如圖17所示。

圖17 移動模架主梁局部實體模型

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

圖18 移動模架主梁等效Mises應力云圖

圖19 移動模架主梁剪應力云圖

2.3 船撞梁位更換新梁

新梁就近預制，采用2臺400t汽車吊在預制場新梁兩端就位，緩慢同步抬吊至預制場上方橋面空運梁車上。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臺浮吊，將新梁從運梁車緩慢同步抬吊，同步向受損梁跨(L61#-L62#墩)移動，落梁至安裝區(qū)，并與原橋結(jié)構(gòu)臨時固定。最后進行相關(guān)的附屬設施施工。

圖20 預制新梁調(diào)運

3 結(jié)語

受臺風“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應急預案I級響應。隨即大橋管理方組織檢測單位對受損橋段進行檢測，初步檢測結(jié)果顯示，該航道橋左幅輔航道橋(東行)因船舶撞擊L62-5#梁受損嚴重，須立即開展相關(guān)的檢測搶修工作。經(jīng)連夜現(xiàn)場檢測驗算，受損梁體需更換，其他梁體結(jié)構(gòu)安全。為保障通行，對受損梁體采用臨時加固措施并解聯(lián)，同時封閉慢車道和路肩，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該路段封閉慢車道和路肩進行搶修施工。經(jīng)工程參與各方連續(xù)奮戰(zhàn)十幾個小時，順利完成受損橋梁L62-5#梁整體拆除和新梁吊裝工作，完成了搶險工程中最重要的一環(huán)。

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