某高速公路航道桥船撞事故后的抢修及加固

宋裕谋

(广东省公路建设有限公司，广州 510623)

0 引言

桥梁作为道路的重要组成部分，是交通生命线的关键性枢纽工程，其建设成本高，在交通发展中起着非常重要的作用，也是国家经济和社会发展的重要基础设施[1]。但既有航道桥和在建航道桥都长期面临撞击的问题，据不完全统计，仅发生在我国长江、珠江、黑龙江三大水系干流上的船撞桥事件就达到300起以上[2]。船撞事故容易导致桥梁结构损坏，影响桥梁结构安全，进而影响桥上行车安全及舒适性[3-4]。因此，船撞事故发生后快速抢通显得尤为重要。

目前，国内外大量学者、科技人员对船撞事故进行了分析总结[5-6]，提出了相关改进措施。本文通过某航道桥船撞事故，介绍了本次事故中快速抢修与加固的措施，为类似抢险项目提供相关的实践经验。

1 工程背景

该高速公路位于广东省西部，是国家重点公路太原至澳门公路的支线工程。该航道桥全长3 220m，连接中山神湾、珠海斗门，是广西、海南、粤西地区通往珠海、深圳等地的一条重要通道。桥梁整幅宽为26m，桥面总宽为2×12.9m，双向四车道设计，设计时速为100km/h。

桥梁立面(事件联)和标准横断面如图1和图2所示。

图1 桥梁立面(事件联)

图2 桥梁标准横断面

2020年8月19日，台风“海高斯”正面从珠海登陆，白天6：52值班人员发现该航道桥被2艘浮吊船碰撞。被撞桥跨发生在该航道桥左幅62#跨(该桥设计通航孔为62#和63#孔，通航高度8m，实际通航孔为63#孔，通航净高10m)。被撞桥跨及受损T梁情况如图3～图4所示。

图3 现场桥梁立面(事件联)

图4 受损梁体现场照片

事故发生后，大桥管理方立即启动I级响应和开展相关的应急处置工作，同时通知海事、航道、交警等属地相关部门，并组织人员进行现场勘察。经现场勘察发现，L62-5#梁被碰撞腹板距62#墩12.5～24.5m范围砼破碎、开裂严重，最严重处位于距62#墩18.5m处，腹板砼有明显的凹凸变形。L62-5#梁5#～6#横隔板间马蹄底部存在明显的横向变形，且存在网裂、局部破损等现象，其它梁段未见异常病害。结合检测结果对受损桥跨安全现状进行评估，决定先采取封闭受损桥跨路段的路肩及慢车道，保留超车道临时通行。为避免L62-5#梁的损害进一步扩大，对受损的L62-5#梁进行临时加固。最后对受损桥跨被撞的L62-5#梁进行更换，以恢复桥梁正常营运状态。

该抢险工程的重点和难点：(1)时间紧、任务重，水上作业不确定因素多。大桥被撞梁段受损严重，必须更换。船撞事故时间紧邻国庆，为保障国庆期间桥梁正常营运，在不长时间中断交通的情况下，受损梁段需要拆除更换新梁。(2)需配合的部门较多，如海事、航道、交警、路政等，组织协调难度大。

2 桥梁抢修与加固措施

根据检测结果分析评估及专家组意见，确定对该航道桥L62-5#预制T梁进行更换处治。结合该梁所处位置及周边环境，采取分阶段交通维护、旧梁临时加固、旧梁拆除、新梁预制和吊装，并恢复原高速公路通车现状。

2.1 快速抢通临时加固措施

根据检测结果分析评估及专家组意见，确定对该航道桥L62-5#预制T梁进行更换处治。为保证通行安全，验算封闭慢车道及紧急停车带的情况下结构的受力安全，计算单车道通行阶段横向分布系数，见表1。

表1 单车道通行阶段横向分布系数

2.1.1 边梁承载能力极限状态

弯矩和剪力包络图如图5～图6所示。

图5 持久状况承载能力极限状态弯矩包络图

图6 持久状况承载能力极限状态剪力包络图

根据表2可知，50mT梁边梁各控制截面的抗弯和抗剪承载能力均能满足原设计规范要求。

表2 单车道通行阶段抗弯/抗剪承载能力验算结果

2.1.2 边梁应力验算

截面应力验算结果见表3。

表3 截面应力验算结果

根据表3可知，50mT梁边梁各荷载组合下的应力验算结果均能满足原设计规范要求。

根据验算，封闭慢车道及紧急停车带的情况下，单车道通行结构受力安全。在对受损的L62-5#梁进行替换前，为避免受损T梁进一步损坏危及临近T梁，对受损T梁进行外包混凝土加固后并解联，即旧梁顶桥面铺装层凿除、50m防撞墙切割运离、湿接缝切割凿除、横隔板切割凿除。具体步骤为先清除受损梁体表面松散的混凝土块，然后注浆、植筋以及增加钢筋网，最后对受损范围内的腹板外包混凝土，加强整体性。

封闭慢车道及紧急停车带的情况下，采用外包混凝土进行临时加固并解联后，根据单超车道实际营运及检测结果显示，桥梁各向指标满足规范要求，实现了公路的快速抢通。

图7 旧梁临时加固

2.2 受损桥梁的拆除和吊装

L62-5#梁被碰撞最严重处位于距62#墩18.5m处，腹板砼有明显的凹凸变形。由于撞击点受损严重，为避免吊装时撞击点弯折，造成较大的安全隐患，考虑在受损旧梁桥面布置起吊移动模架主梁，在受损旧梁前后跨的移动模架主梁两端下方各垫不少于3m长范围的H588型钢，然后每处横隔梁处设1个吊点，共计9个吊点，如图8所示。

图8 旧梁拆除侧面和立面

在受损梁跨(L61#-L62#墩)侧河道上布置1台350t浮吊和1台450t浮吊，将移动模架主梁和旧梁缓慢同步抬吊起，如图9所示，然后同步向后退方向移动，停靠在L60#-L61#跨的1 200t运输平驳向L61#-L62#跨移动，然后落梁并约束梁体，驶至临近码头，在驳船分块切割后吊上码头，凿除外运处理。

图9 受损梁段的拆除和吊装现场

为保证安全，对旧梁拆除分两个工况进行受力分析。

工况一：移动模架主梁临时放置在两墩之间，采用型钢支承，等待受损T梁与其连接。

工况二：两台浮吊采用移动模架主梁，抬吊受损T梁。

图10 移动模架主梁有限元模型

2.2.1 工况一

(1)刚度验算。主梁跨中变形最大为33.9mm<(26 400×2)/400=132mm，结构刚度满足规范要求。

图11 移动模架主梁位移等值线云图(单位：mm)

(2)强度验算。主梁组合应力和剪应力均满足结构要求。

图12 移动模架主梁组合应力等值线云图(单位：MPa)

图13 移动模架主梁剪应力等值线云图(单位：MPa)

2.2.2 工况二

(1)刚度验算。主梁跨中变形最大为5.165mm<13790/200=68.95mm，结构刚度满足规范要求。

图14 移动模架主梁位移等值线云图(单位：mm)

(2)强度验算。根据图15和图16可知，主梁组合应力和剪应力均满足规范要求。

图15 移动模架主梁组合应力等值线云图(单位：MPa)

图16 移动模架主梁剪应力等值线云图(单位：MPa)

(3)移动模架主梁局部强度验算。对主梁吊点局部验算采用Midas FEA建立有限元模型，选取9.6m长的主梁建立实体模型，并根据实际情况施加上吊点和下吊点力，实体模型如图17所示。

图17 移动模架主梁局部实体模型

由图18和图19可知，移动模架主梁Mises应力174.20MPa<295MPa，移动模架主梁剪应力93.85MPa<170MPa，主梁等效应力和剪应力均满足规范要求。

图18 移动模架主梁等效Mises应力云图

图19 移动模架主梁剪应力云图

2.3 船撞梁位更换新梁

新梁就近预制，采用2台400t汽车吊在预制场新梁两端就位，缓慢同步抬吊至预制场上方桥面空运梁车上。如图20所示，新梁装车约束稳固后就地等候，待受损旧梁拆除完毕并驶出受损跨后方可就位L60#-L61#跨处；然后采用2台浮吊，将新梁从运梁车缓慢同步抬吊，同步向受损梁跨(L61#-L62#墩)移动，落梁至安装区，并与原桥结构临时固定。最后进行相关的附属设施施工。

图20 预制新梁调运

3 结语

受台风“海高斯”影响，该航道桥被船舶撞击。船舶碰撞事件发生后，为确保通行安全，大桥管理方立即启动应急预案I级响应。随即大桥管理方组织检测单位对受损桥段进行检测，初步检测结果显示，该航道桥左幅辅航道桥(东行)因船舶撞击L62-5#梁受损严重，须立即开展相关的检测抢修工作。经连夜现场检测验算，受损梁体需更换，其他梁体结构安全。为保障通行，对受损梁体采用临时加固措施并解联，同时封闭慢车道和路肩，保持一车道通行。在海事、航道、交警、路政等部门的密切配合下，大桥管理方组织人员对该路段封闭慢车道和路肩进行抢修施工。经工程参与各方连续奋战十几个小时，顺利完成受损桥梁L62-5#梁整体拆除和新梁吊装工作，完成了抢险工程中最重要的一环。

根据监测结果，桥梁采取的临时加固措施以及受损梁段更换方案能够满足大桥营运安全，表明采取的应急抢修、加固修复、更换梁段等措施达到了预期目的，为同类桥梁船撞事故快速抢通和加固修复提供了实践经验。