勐拉大桥受采砂船撞击应急检测及评估分析

纪云涛， 李雄， 雷真， 符徳省

（1.云南省公路科学技术研究院，昆明 650001；2.云南大学建筑与规划学院，昆明 610091）

在役桥梁日常运营过程中会受到各种不利因素的影响，包括洪水、船舶撞击、地震、滑坡，这些因素往往会造成桥梁的损害.根据《公路桥涵养护规范》（JTG H11—2004）[1]的有关规定，应对桥梁进行应急检查，并根据桥梁的损伤情况及性质，采用仪器设备进行现场检查、辅助试验及荷载试验[2-6]，针对桥梁现状进行检算分析，形成最终鉴定结论[7].截至2016年底，全国公路桥梁已超80万座，已成为名副其实的桥梁强国.许多桥梁都是横跨江河，由于通航的需要及上游不确定因素的影响，船舶撞击桥梁的事故时有发生，但是目前并没有形成比较统一的检测手段及评价标准.

文中以勐拉大桥受采砂船撞击为例，对桥梁的受损情况进行应急检测鉴定，对其损伤进行评估分析，并提出相关的评估结论及建议.

1 工程概况

勐拉大桥位于云南省某二级公路K601+402处，于1989年4月建成通车，桥梁全长204m，该桥建成时是云南省同类型桥梁中跨径最大的桥梁.桥面总宽8.5m，车行道宽 7m.上部结构为（2×20m+1×21m）+（1×21m+3×20m）+（3×20m）钢筋混凝土连续 T 梁，板式橡胶支座，下部结构为钢筋混凝土双柱桥墩，桩柱式轻型桥台，钢筋混凝土桩基础，桥面为钢筋混凝土桥面，共设4道异型钢伸缩缝.设计荷载等级为：汽车-15级、挂车-80级.该桥于2009年进行简支变连续加固处治，于2015年对所有T梁腹板竖向裂缝进行注胶封闭处理，对部分墩柱桩基进行加固防护处治，对全部盖梁增设了防震边挡块及橡胶垫块.

2017年7 以来，受台风影响云南省多地突降暴雨，勐拉河水位也急剧上升.7月10日，因上游一艘采砂船未采取有效固定措施，在洪水冲击作用下带动采砂船首先撞击勐拉大桥4#跨上游侧栏杆及4-5#T梁，撞击点距2#伸缩缝6.15m处，采砂船另一侧顺水流再次撞击3#跨及3#桥墩，最后采砂船滞留在3-2#柱处，造成桥梁多处损害.处于安全考虑管理养护部门禁止任何车辆及行人通过该桥，按照有关规定应对桥梁进行应急检查.采砂船最终停留位置见图1.

图1 采砂船滞留位置

2 桥梁撞击应急检查

2.1 应急检查的主要内容

本次桥梁检查的主要内容，要根据采砂船撞击的特点及桥梁受损严重程度进行确定，具体包括以下三个方面.

1）有关资料的收集.包括桥梁的设计、施工、加固、维修、养护管理、定期检测资料，桥涵水文，气候，地理等资料.

2）桥梁受损及现状检测.根据采砂船的撞击特点，有针对性的对桥面系、上部结构、下部结构进行仔细检查，查清桥梁结构构件的破损情况、混凝土结构开裂情况以及桥梁结构构件的位移情况.

3）桥梁结构材料及设计参数的检查.包括结构构件混凝土的碳化、钢筋锈蚀情况、墩柱受流水冲刷情况、结构构件尺寸量测等，这些检测都是为后续桥梁评估提供实测依据.

2.2 采砂船撞击桥梁特点

桥梁检查的目的是为了查清事故发生的情况及桥梁损伤情况，从而进一步为桥梁承载能力评定及维修加固措施提供参考[8].

勐拉大桥在受采砂船撞击时的特点包括三个方面：一是桥梁结构构件直接受到损伤[9]，如构件混凝土断裂、混凝土破损、混凝土出现结构性受力裂缝；二是受到撞击作用桥梁结构构件产生结构异常变位，如T梁的纵向、横向移位，墩柱的偏移、倾斜变形等；三是采砂船滞留在墩柱处，受到洪水冲刷作用较大，对墩柱可能会造成较大的安全隐患.

采砂船撞击桥梁的具体过程为，首先采砂船以较快的速度撞击到桥面防护栏杆及人行道板，然后又撞击到T梁腹板，最后撞击到墩柱，最终采砂船停留在墩柱处.因此，最大撞击力发生在防护栏杆处，这也直接导致了防护栏杆受到的破坏程度最大，防护拉杆将撞击力传递到上部结构，再通过支座传递到墩柱，而撞击力传递的扩散作用与桥梁上部、下部结构及支座的刚度密切相关.因此，本次应急检查，应根据实际情况，全面、系统的对桥梁上部结构、下部结构、桥面系进行检测.

2.3 桥梁撞击检查组织

为能够充分了解采砂船撞击勐拉大桥所造成的损伤情况，需要精心组织及合理策划，才能够顺利对其进行全面检测.桥面系的受损情况可直接在桥面上检测；桥梁上部结构的受损检测可通过桥梁检测作业车进行检测；桥梁下部结构及墩柱的检测成为难题，因为恰逢多雨季节，桥下水位较高，所以要想办法能够对整个桥墩进行检测，由于该桥上游有一座大型水库，为桥墩检测提供便利条件.桥墩的安全性对于桥梁的安全至关重要，而本次应急检查得到多方的支持与配合，具体组织情况如下：

7月11日下午，在采砂船撞击勐拉大桥事故现场，对桥梁受采砂船撞击情况向相关部门进行了解，由于桥下水位较高，只对桥梁桥面系的受损情况进行了初步外观检查.

7月12日上午，在州、县公路局配合下，对勐拉大桥的设计资料、竣工图纸、桥梁定期检查报告、桥梁加固设计图纸等相关资料进行了充分收集.后在县公路分局会议室，检测组、州公路局及县公路分局有关人员进行了检测会议，会议通过了《州公路局关于“7.10”勐拉大桥受采砂船撞击需进行特殊检测的方案及有关事项》.7月12日下午，县人民政府、州公路局、县公路分局、县水务局、县交通局及检测组有关人员进行了会议，研究制定了《“7.10”勐拉大桥受采砂船撞击进行特殊检测的具体实施方案》，会后按照方案该桥上游水库开始开闸泄洪.

7月13日上午，该桥上游水库关闸蓄水，10多台挖掘机及装载机在距大桥上游30 m处进行围堰作业见图2，为下部检测提供条件，并对滞留采砂船进行切割，将其拖运至河岸.

图2 围堰作业

7月13日下午12点半，桥下水位已经降至2#～4#墩柱地系梁底面位置.检测组在州、县公路局相关人员的配合下，通过人字梯从河提下到河里围堰，通过围堰到达勐拉大桥2#～4#墩柱，主要对2#～4#墩柱竖直度进行测量，并对2#～4#墩柱外观进行详细检测，如图3、图4所示.

7月14日上午9点半至下午4点半，检测组在州、县公路局相关人员的配合下采用桥梁检测车对勐拉大桥桥梁上部结构、盖梁、墩柱进行了外观检测，其中对3#～4#跨进行重点检测，如图5、图6所示.

图3 通过围堰对墩柱进行检测

图4 墩柱竖直度检测

图5 桥检车上部检测

图6 上部T梁梁板检测

2.4 采砂船撞击力计算

通过现场调查及查阅有关资料，采砂船质量约为120 t，当时水流速度约为4 m/s，撞击时间取2 s.根据 《公路桥梁设计通用规范》（JTG D60—2015）[10]漂流物的撞击作用，其横桥向撞击力可按下式计算：

其中：W为漂流物重力（kN）;v为水流速度（m/s）;T为撞击时间（s）；g 为重力加速度（m/s2）.

计算结果与规范给出的内河航道等级为七级，船舶吨级100 t，横桥向撞击作用为250 kN，非常接近.

2.5 桥梁技术状况评定方法

本次应急检查详细检查了该桥的防护栏杆、人行道板、钢筋混凝土T梁、墩柱等构件具体受损及现状情况，据此采用公路工程行业推荐性标准《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）[11]，对该桥进行桥梁技术状况评定.

公路桥梁技术状况评定包括桥梁部件、构件，桥面系、上部结构、下部结构到全桥评定.公路桥梁技术状况评定应采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对桥面系、上部结构和下部结构各部位分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定.

3 勐拉大桥应急检测

3.1 桥面系检测

通过对桥面系进行检查，主要存在病害如下：

3#～4#跨全跨范围右侧护栏，受采砂船直接撞击，护栏折断、缺失、破损，如图7所示.

图7 3#、4#跨护栏折断

4#跨B端11m范围，左侧护栏，由于受到采砂船撞击，护栏混凝土破损，如图8所示.

4#跨距A端5m处，受到采砂船撞击，右侧人行道板外侧面及底面混凝土破损、露筋，S=50×20 cm2，如图9所示.

1#～4#异型钢伸缩缝防水胶条缺失、破损，伸缩缝内被泥沙填塞.

3.2 上部结构检测

图8 4#跨护栏混凝土破损

图9 4#跨右侧人行道板混凝土破损露筋

通过对上部结构1#～10#跨T梁梁板均进行了检查，重点对3#～4#跨进行了详细的检查，通过检测及查阅相关资料，每片T梁均不同程度存在多条竖向裂缝，这里仅对两片T梁裂缝及上部结构典型病害进行举例描述，主要存在病害如下：

4-4#T梁距A端2～19 m范围，腹板左、右侧各有36条自底向上的竖向裂缝 （部分两侧对称），部分裂缝横向贯通底面，H=30～115 cm，δmax=0.10～0.28 mm；且该范围内腹板左、右侧各有31条竖向条状修补胶封缝处理痕迹，大部分可见反射裂缝，如图10所示；其中距A端8.9 m处，腹板左、右侧各有1条自底向上的对称竖向贯通裂缝，裂缝贯通底面，腹板左侧竖向裂缝已封缝处理，H=115 cm，δmax=0.28mm.

图10 4-4#～4-5#T梁腹板竖向裂缝

4-5#T梁距A端2～19 m范围，腹板左、右侧各有30条自底向上的对称竖向裂缝，部分裂缝横向贯通底面，H=30～90 cm，δmax=0.10～0.20mm；且该范围内腹板左、右侧各有26条竖向条状修补胶封缝处理痕迹，大部分可见反射裂缝.

T梁竖向裂缝成因分析：

1）对于钢筋混凝土T梁结构，结构本身正弯矩区允许竖向裂缝存在，允许最大缝宽0.25mm.

2）结合2014年定期检查报告及历次维修资料，通过各T梁裂缝状况的对比，目前T梁裂缝数量及宽度明显增加，原来修补的裂缝表面存在反射现象，其中裂缝最严重的是4-4#T梁及6-3#T梁，裂缝宽度超过规范限值0.25 mm.

3）结合桥梁受撞击点位置、缺损状况及船舶重量、撞击时速度，桥梁受撞后产生横向振动，可能促进原有裂缝的发展.

3-4#T梁距A端7.5 m处，腹板右侧及梁底受采砂船撞击，混凝土掉角、破损，S=10×5 cm2.

4-5#T梁距A端4.5m处，腹板右侧为采砂船第1个撞击点， 表面有刮痕，S=60×50 cm2，d=5mm，底部棱角磨损，如图11所示.

图11 4-5#T梁腹板有刮痕底部棱角磨损

2#墩顶上方1#～5#T梁间现浇连续段A面受采砂船撞击震动，下部混凝土掉角、破损，S=15×15～40×10 cm2，如图 12 所示.

图12 2#墩顶现浇连续段混凝土掉角破损

上部结构检测情况总结：2015年对所有盖梁均增设了边挡块，且边挡块与T梁间设置了20 cm厚的橡胶缓冲垫块，由于橡胶缓冲垫块使得采砂船撞击T梁板的力得以缓冲，检测未发现T梁与挡块抵死的情况，也未发现边挡块出现破损的情况，也未发现上部结构T梁产生明显的横向位移；由于采砂船的撞击，4#跨T梁竖向裂缝数量与以往检测资料对比明显增多且部分裂缝宽度有所扩展.

3.3 下部结构检测

本次检测，发现1#～9#墩柱及地系梁受流水冲刷，地系梁以上1.2m高度范围墩柱混凝土粗骨料外露，未发现3-2#柱受到采砂船撞击产生的明显病害.

墩柱的倾斜情况是桥墩及其基础受到损伤的最直接反映[12-14].由于采砂船撞击勐拉大桥3#～4#跨，且最后采砂船停留在3-2#柱处，通过外观检查，未发现2#～4#墩有明显受损情况，并专门对2#～4#墩柱的竖直度进行了检测，2#～4#墩地系梁顶面距盖梁底面柱高度为3.8 m，通过竖直度检测数据表明，2#～4#墩柱纵向偏差方向没有规律性，2#～4#墩柱横向偏差均向左偏位（下游方向），其中2-1#、3-1#、4-1# 柱（均为下游侧）左侧及右侧竖直度大部分在正常范围，2-2#、3-2#、4-2# 柱（均为上游侧）左侧及右侧竖直度均超过规范限值[15]（限值0.3%），且3-2#柱（采砂船撞击停留处）竖直度横向偏差较2-2#、4-2#柱竖直度横向偏差值更大，表明3-2#竖直度横向偏位数值较大与采砂船撞击有直接关系.结合墩柱高度考虑目前对结构稳定性影响有限，竖直度检测数据见表1.

表1 勐拉大桥2#～4#墩柱竖直度

4 勐拉大桥技术状况评定

4.1 上部结构技术状况评定

上部结构技术状况评定，主要包括承重构件、一般构件、支座评分.因为1#～10#跨T梁均存在不同程度的竖向裂缝，所以绝大部分T梁扣分标度为3（扣45分），但4-4#、6-3#T梁T梁存在部分竖向裂缝缝宽超过限制0.25mm，所以其扣分标度为4（扣60分），4-5#T梁存在受采砂船撞击后病害，将导致4-5#T梁扣分增加，实际得分降低，这也最终使得承重构件评分为32.93分，上部结构综合评分为51.06分，根据桥梁技术状况分类界限[11]，技术状况评分为[40,60)，技术状况等级应评为4类，技术状况评定等级见表2.

表2 上部结构技术状况评定表

4.2 下部结构技术状况评定

下部结构技术状况评定，主要包括锥坡、桥墩、桥台、墩台基础、河床评分.桥墩基础评分中，扣分最多是因1#～9#墩柱局部有冲蚀现象；桥墩评分中，扣分较多是因1#～9#墩柱混凝土粗骨料外露.下部结构综合评分为66.96分，根据桥梁技术状况分类界限，技术状况等级应评为3类，技术状况评定等级见表3.

表3 下部结构技术状况评定表

4.3 桥面系技术状况评定

桥面系技术状况评定，主要包括桥面铺装、伸缩缝、人行道、护栏、防排水、标志.伸缩缝扣分最多，是因全桥4道伸缩缝防水胶条缺失、破损；人行道扣分，是因人行道板受采砂船撞击破损；栏杆护栏扣分，是因受采砂船撞击护栏折断、破损；防排水扣分，是因全桥所有泄水管均被泥沙杂物堵塞.桥面系综合评分为63.60分，根据桥梁技术状况分类界限，技术状况等级应评为3类，技术状况评定等级见表4.4.4 桥梁技术状况综合评定

表4 桥面系技术状况评定表

根据各部件的评定结果，对桥梁技术状况进行总体评定，总体评分为59.93分，依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）表4.1.5桥梁技术状况分类界限表中的规定，该桥总体技术状况等级评定为4类，总体评定结果见表5.根据有关规定，4类桥梁需进行大修或改造，及时进行交通管制，如限载、限速通过，当缺损较严重时应关闭交通.

5 结 论

1）受采砂船直接撞击，该桥 3#～4#跨两侧防护栏杆折断损伤严重，且4#跨人行道板破损严重，影响行人安全通行.

2）受采砂船撞击后桥梁产生横向振动，会促进原有T梁竖向裂缝的发展，对比以往检测数据，该桥4#跨T梁的竖向裂缝数量明显增多，裂缝宽度明显增大，且最大缝宽为0.28 mm超过规范限值0.25mm，使桥梁整体承载能力有所降低，使得上部结构评分降低.

表5 桥梁总体技术状况评定表

3）对该桥2#～4#墩柱竖直度进行检测，通过2-2#、3-2#、4-2#柱竖直度对比分析，表明由于受采砂船的撞击，3-2#竖直度横向偏位增大，但结合墩柱高度考虑目前其对桥梁结构稳定性影响有限.

4）通过应急检测，基本查清了该桥受采砂船的撞击损伤情况，未发现T梁与挡块抵死及边挡块破损的情况，未发现上部结构T梁产生明显的横向位移，也未发现墩柱有明显的撞击病害.

5）对该桥进行桥梁技术状况评定，受撞击后T梁部分竖向裂缝宽度超过限值，使得上部结构技术状况评定等级评为4类，导致该桥总体技术状况等级评定为4类.需对该桥进行大修或改造，为了确定该桥的实际承载能力，建议对其进行荷载试验，最终确定处治或加固方案.