船撞橋梁后的全面檢測技術(shù)研究

童 飛 施 洋 王春暉

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇 南京 211106)

1 概述

我國城市化進程加速發(fā)展，基礎設施建設投入不斷加大。截止到2017年年底，我國公路橋梁數(shù)量已經(jīng)突破83萬座，這么巨大數(shù)量的橋梁工程每天將可能遇到地震、臺風、火災以及船撞等不確定因素的影響[1-3]。

劉元亮等[4]以具體工程案例為研究對象，采用靜力荷載試驗研究橋梁結(jié)構(gòu)安全承載能力，為橋梁結(jié)構(gòu)安全運營提供經(jīng)驗。王對強等[5]提出了一種新的橋梁檢測管理系統(tǒng)，采用報警、智能顯示以及WiFi等技術(shù)進行耦合設計，實現(xiàn)了對橋梁的超重檢測以及智能控制技術(shù)。楊揚等[6]全方位分析了無人機橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及圖像采集技術(shù)在無人機檢測當中發(fā)揮的作用，并且預測了無人檢測技術(shù)的發(fā)展方向。以如海運河大橋某次船撞事故為工程案例，采用外觀檢測和無損檢測技術(shù)，對梁體、墩柱等外觀進行檢查，了解橋梁受撞擊后受損區(qū)域的范圍，掌握墩柱及梁體受損程度，采用聲吶技術(shù)對水下受損樁基進行檢測，了解水下結(jié)構(gòu)受損范圍、大小及程度，為后期的撞擊計算分析提供數(shù)據(jù)資料。

2 工程背景

如海運河大橋位于南通市G40滬陜高速上，該橋橫跨如海運河，橋上部結(jié)構(gòu)采用兩聯(lián)先簡支后連續(xù)預應力混凝土T梁結(jié)構(gòu)，橋跨布置為(6×25+7×25)m；下部結(jié)構(gòu)1號～4號墩為柱式墩，5號～12號墩為柱式墩樁基礎，0號臺為肋式臺樁基礎，13號臺為座板式橋臺樁基礎。

由于某次貨船撞橋體事故，急需對橋梁進行全面檢測。為了了解橋梁受撞擊后受損區(qū)域的范圍；水下結(jié)構(gòu)受損范圍、大小及程度；橋梁附近水位變化及受沖刷程度；受損橋跨主體結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際受力狀態(tài)，檢驗橋跨結(jié)構(gòu)的強度和剛度是否滿足設計和規(guī)范要求；考察試驗荷載下受損橋墩的變位情況，驗證受損橋墩實際工作狀況。需要針對該事故對本橋的影響進行全面的檢測。

3 檢測方案及其評價

3.1 外觀檢測

針對本工程案例對橋梁結(jié)構(gòu)、墩臺、板式支座外觀質(zhì)量以及橋面系及附屬設施進行全面且詳細的檢查。評定采用分層綜合評定與5類橋梁單項控制指標相結(jié)合的方法，先對橋梁各構(gòu)件進行評定，然后對橋梁各部件進行評定，再對橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分別進行評定，最后進行橋梁總體技術(shù)狀況的評定。

本工程案例中受損聯(lián)跨評定為2類。露筋銹蝕1.8 m，破損面積1.08 m2。在本次檢查中發(fā)現(xiàn)的主要問題為：1)橋面系中發(fā)現(xiàn)伸縮縫橡膠條破損、泄水孔堵塞、伸縮縫垃圾填塞；2)上部結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)T梁腹板、翼板混凝土剝落、露筋銹蝕，部分支座環(huán)向開裂、上緣部分脫空；3)下部結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)橋墩立柱擦傷。依據(jù)JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標準，本次檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除部分立柱表面有新增的擦傷破損病害及水下基礎原有的露骨露筋病害外，未發(fā)現(xiàn)新增其他病害。表1為橋面系檢查匯總表，圖1和圖2分別為伸縮縫橡膠條破損及左幅部分泄水孔堵塞現(xiàn)場圖。

表1 橋面系檢查匯總表

3.2 無損檢測

3.2.1 水下基礎檢測

橋梁基礎水下外觀檢查采取水上、水下聯(lián)合進行的方式完成。潛水員在水下進行探摸及目視檢測，或利用水下攝像機把檢測的內(nèi)容顯示到水上監(jiān)視器，由技術(shù)員通過觀察監(jiān)視器圖像并結(jié)合潛水員在水下電話述說的內(nèi)容進行綜合判斷。圖3為水下蛙人檢測工作圖。

本工程案例發(fā)現(xiàn)：表面局部受船舶碰撞剮蹭明顯，但未發(fā)現(xiàn)有露筋現(xiàn)象。各樁身與梁連接處整體結(jié)構(gòu)良好，未發(fā)現(xiàn)有混凝土開裂現(xiàn)象。橋梁樁基和立柱水下部分發(fā)現(xiàn)的病害均屬于舊有病害，未發(fā)現(xiàn)有新的破損痕跡。

3.2.2 河床斷面檢測

河床斷面檢測基于水深檢測，單波束測深儀是利用換能器(探頭)發(fā)射超聲波，穿透介質(zhì)并在不同介質(zhì)表面產(chǎn)生反射，測出發(fā)射波與回波之間的時間差來進行測量和計算水深。假設超聲波在水中的傳播速度為V，假設換能器(探頭)發(fā)出的超聲波到達水底，并由水底反射回到探頭被接收，信號往返行程所經(jīng)歷的時間為t，則Z=V·t/2；同時根據(jù)探頭上固定桿的刻度可獲知水面與探頭之間的距離，結(jié)合GPS坐標和后處理軟件，生成水深斷面圖(及河床斷面圖)，通過河床斷面圖反映河床的現(xiàn)勢，進而分析河床的沖刷淤積情況。

原理示意圖及工作圖如圖4,圖5所示。

如海運河大橋河床斷面共檢測4個斷面。結(jié)果表明：河床斷面整體平順，未見沖刷現(xiàn)象；個別橋墩周邊區(qū)域存在部分淤積。大橋北側(cè)邊緣往下游70.0 m范圍，以斷面間隔7.0 m，共檢測10個斷面。結(jié)果表明：區(qū)域河床整體平順，未見沖刷現(xiàn)象；西側(cè)距航道中心線35.0 m～40.0 m處存在淤積現(xiàn)象。

3.2.3 側(cè)掃聲吶沉船掃測

側(cè)掃聲吶是一種半定量的以圖象形態(tài)測繪水下地貌特征的儀器，由拖魚、線纜和處理器三部分組成。本次檢測目的主要是確定沉船具體位置，船只撞擊部位及角度，為后續(xù)船只撞擊計算模擬及打撈工作提供支撐。

側(cè)掃聲吶拖曳船航線位于如海運河大橋5號墩和6號墩之間，沿平行于航道軸線行駛，掃側(cè)沉船位于行船方向右側(cè)，通過側(cè)掃聲吶聲學影像，可以清晰辨識沉船平面二維尺寸、輪廓形態(tài)和整體方位，如圖6所示。

3.2.4 墩身豎直度檢測

在結(jié)構(gòu)物測試正面架設全站儀，利用全站儀免棱鏡的測距功能，測量結(jié)構(gòu)物測試范圍內(nèi)的上部表面到儀器的水平距離a1，和下部表面到儀器的水平距離a2，準確至1 mm。同時可用全站儀測量測試范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)物的高度H，準確至1 mm。

檢測小組用全站儀對左幅4-1號、4-2號、5-1號、5-2號、6-1號和6-2號墩豎直度進行了檢測，檢測結(jié)果見表2，其中6-1號墩最大偏位為1.2 cm，豎直度檢測均在0.3%以下，考慮施工誤差可以認為橋墩自竣工投入使用后其未發(fā)生橫向偏位，船體撞擊未造成橋墩偏移病害。

表2 橋墩豎直度檢測匯總表

4 結(jié)論

以如海運河大橋為工程背景，針對船撞事故進行橋梁的全面檢測，得到如下結(jié)論：

1)橋體表面局部受船舶碰撞剮蹭明顯，但未發(fā)現(xiàn)有露筋和新的破損現(xiàn)象。伸縮縫橡膠條破損及左幅部分泄水孔堵塞，但未發(fā)現(xiàn)新增其他病害。

2)河床斷面整體平順，未見沖刷現(xiàn)象。個別橋墩周邊區(qū)域存在部分淤積，船體撞擊未造成橋墩偏移病害。