引橋排架船舶撞擊損傷檢測與加固設計★

陳燦明 董 騰 孟星宇 蘇曉棟 何建新

(1.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029； 2.水利部水科學與水工程重點實驗室，江蘇 南京 210029)

長江下游船舶交通流量大，通航船舶類型多，沿江兩側碼頭林立，通航環境相對復雜，水上交通事故時有發生。2019年某貨輪在長江下游水道右岸的內港池裝載貨物后駛離碼頭時失控偏離航道進入相鄰碼頭內檔港池，與引橋發生碰擦造成排架橫梁和樁基不同程度損傷，為確保引橋安全運行，需查清引橋的損傷位置和程度，提出加固修復方案及時修復。

1 船舶碰撞事故相關情況

某貨輪船長43.05 m，型寬8.21 m，型深3.25 m，事故時滿載，排水量793.774 t，吃水2.60 m。2019年6月在內港池裝貨后擬進入長江時，與同一航道通行船舶碰撞失控受潮流影響向相鄰碼頭引橋漂移，最終與引橋Y7排架發生碰擦。

受損引橋排架間距10.0 m，寬度12.75 m，高樁梁板式結構；排架設3根φ800 PHC樁，長28.0 m；橫梁為高1.20 m、寬1.40 m鋼筋混凝土矩形梁；面板為厚0.45 m預制鋼筋混凝土空心板，現澆層厚0.15 m。

2 損傷檢查與檢測

與引橋PHC樁基碰擦處位于船體左側舷，該處船體鋼板局部5 mm～8 mm凹陷。

Y7排架上游側PHC樁距樁頂1.30 m，有高0.45 m、寬0.50 m破損洞，3根縱向主筋和6根橫向箍筋外露，見圖1；破損處至樁頂1.30 m范圍內有3條斜向裂縫，長0.35 m～1.30 m，最大縫寬0.50 mm～0.70 mm，見圖2；橫梁與樁基連接處有0.23 m×0.05 m表面混凝土破損。

對受損排架基樁進行低應變動力檢測，結果表明樁身水下部分無明顯損傷。

3 排架損傷的加固設計

3.1 損傷對安全的影響分析

根據船損事故中受損構件特點，損傷的類型、位置和程度等因素，結合引橋的荷載作用下的受力特點，分析其對引橋運行安全的影響[1]：

引橋排架僅上游側PHC樁與橫梁有損傷，橫梁與樁基聯接處表層混凝土破損為船舶擊引起的彎曲應力過大所致；PHC樁為預應力高強度混凝土管樁，混凝土局部破損和鋼筋外露，破損處會出現明顯的預應力釋放，損傷區域應力變化劇烈，承載時也會出現應力集中現象[2]；樁基裂縫最大寬度達0.70 mm，PHC樁整體性、承載能力和耐久性能嚴重下降；樁基和橫梁損傷后承載，不僅對受損構件有影響，同時排架結構應力也會重新分布。鑒于引橋排架損傷對引橋安全性和耐久性有嚴重影響，應禁止車輛通行，盡快修復。

3.2 加固方案設計考慮因素

根據船舶撞擊損傷特點和現場條件，加固方案設計時應考慮以下因素：

碼頭平臺布置3個泊位，由3座引橋與后方堆場聯系，受損引橋禁止車輛通行后，碼頭整體運行效率下降，運行成本增加，應盡可能減小加固施工工期；加固作業時間受長江潮位影響大，可施工時間短，加固施工效率低；樁基損傷位于潮位變動區，要考慮潮濕環境對加固效果的影響；修復工程工序多，單項工作量小，輔助工作占比大；修復技術應成熟可靠，修復后安全性和耐久性與原主體結構不降低；經濟合理。

4 加固方案設計

對結構物損傷處理可直接將損傷結構整體拆除重建，也可選擇合適的方法進行加固。目前常用的加固方法主要有加大截面加固法、置換混凝土加固法、預應力加固法、增加支承加固法、粘結外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強塑料加固法和繞絲法等，修補加固中涉及裂縫灌漿、嵌縫封堵技術、植筋技術、電化學防護技術、混凝土表面處理技術等，結構加固主要有加大截面法、置換混凝土法、預應力法、增加支承法、外包型鋼法、粘貼鋼板法、粘貼纖維法等，修補加固時還涉及裂縫灌漿、嵌縫封堵、植筋、電化學防護、混凝土表面處理等技術等[3]。

根據受損構件特點和損傷類型、位置、程度和現場條件，提出補樁和粘結外包型鋼綜合加固兩個方案進行技術經濟比較。

4.1 補樁方案

拆除Y6～Y8排架上游側3塊引橋面板和相關設施；受損樁基兩側3.0 m處各設一根φ1.0 m、長28.0 m鉆孔灌注樁；樁頂和受損PHC樁上部設置高1.50 m、寬1.20 m，長7.6 m橫梁，底高程低于原橫梁1.0 m，橫梁上部0.5 m與原橫梁相接范圍設錨栓與上部鋼筋聯接，鉆孔灌注樁伸入橫梁內0.15 m，受損樁PHC樁上部澆筑在加固橫梁內，使修復后新老橫梁整體受力。吊裝引橋面板，澆筑面層混凝土，恢復上部設施。

4.2 粘結外包型鋼綜合加固方案

粘結外包型鋼為主的綜合加固方案主要工作內容為：受損樁裂縫處理、破損空洞處理、橫梁底部破損及裂縫處理、外包型鋼制作、安裝、型鋼內灌漿及表面防腐處理等。

對寬度不小于0.20 mm的裂縫進行壓力灌漿加固，其他裂縫剔鑿周邊疏松混凝土后用高強度聚合物砂漿修復；破損洞在剔鑿周邊破損疏松混凝土、外露鋼筋除銹、噴涂阻銹劑后用鋼板條放入樁內腔焊接形成內模板，M6對拉螺栓固定，高強度聚合物砂漿修復至原截面；鑿除橫梁破損區松散混凝土，高強度聚合物砂漿分層抹平壓實至原截面，達到強度后在樁頂橫梁底及樁身外包12 mm厚鋼板，下部超出破損區1.0 m，橫梁和樁身加固鋼板間焊接并設加勁肋，M20化學錨栓與橫梁固定，鋼板與樁間預留5 mm～8 mm間隙，間隙內由下而上從鋼板預留梅花形灌縫孔灌結構膠，鋼板表面防腐處理，見圖3。

4.3 方案比選

根據兩個加固方案優缺點對比分析(見表1)，推薦粘結外包型鋼為主的綜合加固方案。

表1 加固方案優缺點分析對照表

4.4 加固方案的技術要點

1)裂縫的封閉及表面破損的處理[4]。

破損處表層松散混凝土需鑿除，裸露鋼筋應除銹，聚合物砂漿修補前基面應清潔，并保持一定濕度。先涂刷一層聚合物凈漿打底，漿液未硬化前進行丙乳砂漿抹面，及時養護；裂縫灌漿流程依次為埋設灌漿嘴、封縫、密封檢查、配置漿液、灌漿、封口結束和灌漿質量檢查，應選擇適宜的灌漿嘴數量、漿液凝固時間、灌漿壓力；裂縫灌封的改性環氧樹脂膠應滿足抗拉、抗壓、抗彎強度不小于20 MPa，50 MPa，30 MPa。

2)外粘型鋼加固。

加固范圍內混凝土表面處理至完好面，構件截面棱角打磨成半徑不小于7 mm圓角；按實際測量尺寸制作型鋼構件，安裝焊接一次完成；化學螺桿錨固部位混凝土無缺陷且避開原結構主筋；加固使用Q235B鋼材、E43系列焊條；粘貼型鋼、鋼板配套用粘結材料應選用A級膠，膠體抗拉、抗彎和抗壓強度不小于40 MPa，50 MPa，70 MPa，受拉彈性模量不小于2.5×103MPa、伸長率不小于1.5%。注膠應在外粘型鋼全部安裝完成后進行，膠縫厚度控制在3 mm～5 mm，注漿完成后型鋼表面應進行防腐處理。

5 結語

針對某失控船舶撞擊碼頭引橋事故，開展船損事故調查與現場檢測，根據引橋排架的損傷類型和損傷程度，分析其對安全的影響。綜合考慮受損構件受力特點、現場環境條件，結合國內現有施工水平技術，在確保受損構件加固后不降低其安全性、使用性和耐久性的前提下，通過技術經濟比較，推薦粘結外包型鋼為主的綜合加固方案，實施后經一年多運行檢驗效果良好，證明船舶撞擊事故中樁與橫梁聯接處附近區域出現的損傷，采用裂縫和破損處理再外包型鋼加固的綜合加固方案是技術可行、經濟合理的。