磨刀門大橋臺風后搶險加固關鍵技術

吳偉豪

摘 要：受超強臺風“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，結構處于失穩臨界狀態。從進場搶險加固，受損橋墩拆除重建，至頂升梁體全面恢復交通，僅耗時6個月，創造了類似工程進度紀錄。本文主要整理了搶險加固過程中的關鍵技術，為類似工程快速安全搶險修復提供參考。

關鍵詞：磨刀門大橋 臺風“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?！柦?，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（連續剛構）+38×50m（T梁）+8×25m（小箱梁）。

2017年8月23日，超強臺風“天鴿”正面從珠海登陸，最強風力達到14級。受臺風影響，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#墩柱受損最為嚴重。

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

2.加固關鍵技術

針對磨刀門大橋受撞后的危險狀態，根據原設計圖紙及現場勘查情況，考慮作業人員必須在磨刀大橋危險禁入區域外作業等安全因素，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區域外施工，待臨時墩施工完畢，采用2臺浮吊在橋跨兩側抬吊托梁兩端至臨時墩墩頂就位，將預先設置好的支墊裝置側推入兩側梁底，安裝千斤頂分別同步頂升T梁和箱梁，讓梁跨自重充分轉 移到托梁上。臨時墩托梁總體結構布置圖如圖2。

本搶險工程主要施工步驟有穩定加固、舊墩拆除、橋墩重建施工、橋面局部修補，恢復交通；其中，對現有結構進行穩定加固和下構拆除為本工程的關鍵。

2.1受損墩位穩固施工

步驟一：設定禁航區域，上下游各設置1臺警示船，在禁航區域邊角設置航標燈和警示燈。

步驟二：施打臨時墩鋼管樁，頂部抄平后安裝鋼管平聯和樁頂分配梁。

臨時墩鋼管樁基礎采用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。

鋼管樁基礎施打順序為：首先施工右幅側管樁，且從靠近橋梁方向往遠離方向施工，然后施工左幅側管樁，同樣從靠近橋梁方向往遠離方向施工。同時，監測右幅管樁振設對橋梁的影響，以指導左幅管樁的振設保障安全。

步驟三：安裝上層支撐架，平聯加固及分配梁、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。設置3道橫聯，橫聯采用Φ630mm鋼管，斜聯采用[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構，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。在平駁上預拼，浮吊整體吊裝。

步驟五：安裝托梁。

托梁受力要求及結構設計：磨刀門大橋橋寬全寬26m，為滿足橋梁兩側安全距離14m要求，考慮支點長度，托梁長度設計為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梁側托梁采用雙拼移動模架主梁，箱梁側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節，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，平聯采用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、托梁與橋梁結構之間的空隙，避免頂升時受力不均。

2.2受損下部構造拆除施工

受損墩柱雖已受損，仍承擔兩側梁跨大部分的自重，且由于31#墩兩側橋面連續對橋墩水平方向的牽制，31#墩處于臨界平衡狀態。梁體頂升時，梁體對墩身的牽制力突然缺失，以及31#墩自身傾斜導致的重心偏移，可能出現橋墩倒塌的意外險情，需對31#墩進行支撐加固，避免出現瞬間沖擊對平衡的破壞。為最大可能保證施工結構安全，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下，由上而下逐步進行卸載拆除，避免出現瞬間沖擊對平衡結構的破壞。

2.2.1頂升施工

受損墩位穩固完畢后，開始頂升施工。頂升順序：先頂升T梁側再頂升箱梁側。T梁側采用4臺250T千斤頂同時頂升，，箱梁側采用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測。

2.2.2下部構造拆除

本次搶險工程梁體無需拆除，利用臨時墩+托梁穩固住橋梁上部結構后，下構分為兩部分，采用金剛石繩鋸法切割蓋立柱、樁基礎，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梁和連續梁之間縫隙僅約40cm，不便于鋼絲繩對蓋梁進行整體環綁，采用了地質鉆探機在蓋梁上打設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°，方向為內高外低，便于1#塊向外滑動吊出。

3.主要臨時結構分析

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#墩上的荷載轉移到托梁上，同時考慮水流力及百年一遇風荷載（考慮加固階段仍在臺風期）。

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、預應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，千斤頂總加載值按654t進行驗算；

（3）風荷載：百年一遇大風風速為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建模及計算結果

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

計算結果顯示，托梁的應力最大為212.6Mpa，撓度為109.5mm，支架在荷載作用下的一階失穩系數為22.3。計算結果與施工監控數據相符，支架在最不利工況下，其整體強度、剛度、穩定性滿足使用要求。

4.結語

磨刀門大橋搶險加固工程是一項施工難度大、技術要求高、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等技術措施，在各單位的密切配合下，經項目部嚴密的施工組織，提前實現了春節前通車的目標，圓滿完成了磨刀門大橋搶險救災任務，對類似工程實現快速安全搶險加固具有借鑒參考意義！

參考文獻：

[1]陳爍釗，張俊平.東莞萬江大橋被撞加固工程案例思考[J].工程技術，2008（02）：20-22.

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