裕溪路高架橋檢測過程及安全評估實例分析

陳東生 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 裕溪路高架橋工程概況

高架橋作為城市交通基礎設施的重要組成部分，其安全可靠性成為關系國計民生的一件大事。建筑本身不是作為一個獨立的因素存在，全面了解施工過程中的工程總體施工情況，有利于結合具體的項目環境，針對不同工況做出相匹配的過程方案[2]。黃峰[3]在城市既有箱梁橋審核的階段使用了實時監測與安全評估方法。金鵬[4]綜述了通過有限元法分析地鐵深基坑開挖對周邊建筑的影響。

1.1 工程概述

2019 年建成的合肥市裕溪路高架橋工程跨鐘油坊路段橋，位于裕溪路高架橋工程在軌道交通6 號線沿線周邊影響的輻射范圍內，該段橋采用40 m +60 m +40 m 單幅三跨一聯變截面鋼箱混凝土組合梁，橋梁全長140 m，設計荷載為城—A 級；設計行車速度在80 km/h；橋梁橫斷面布置為0.5 m（護欄）+12 m（機動車道）+0.5 m（護欄）+12 m（機動車道）+0.5 m（護欄），全寬25.5 m；主橋主跨凈高5 m。

1.2 橋梁結構設計概況

橋梁結構設計的一切基礎都是以安全性和耐久度為設計前提，在此基礎上，部分工程還對設計師在美觀度、適用性和經濟性上提出了更高要求。橋梁是設計師的靈魂也是城市的名片。隨著橋梁工程可持續發展的理念興起，在設計過程中也應考慮施工過程中的環保性和社會性，積極使用工業和建筑廢料、減少不可再生資源的消耗、低碳節能以及全生命周期經濟性[5]。

裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）為單幅40 m +60 m +40 m 三跨一聯變截面鋼箱-混凝土組合梁。上部結構鋼主梁采用Q345D 槽形鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。結構斷面由混凝土橋面板及整體成槽形的鋼梁組成，槽形鋼梁整體上由頂板、腹板、底板、空腹式橫梁、實腹式橫梁、腹板加勁肋、底板加勁肋組成。主梁混凝土強度等級為C50。

下部結構采用雙柱式橋墩，為現澆結構。縱橋向橋墩柱寬為1.8 m，橫橋向柱寬1.5 m，雙柱中心間距5.7 m，頂部設高度1.2 m 的系梁。基礎采用現澆承臺接群樁基礎。其中承臺厚度為2.5 m，樁基為雙排共4根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁，樁尖持力層為中風化泥巖。系梁、承臺混凝土強度等級為C30。

1.3 軌道交通區間工程概況

高架橋梁和城市軌道交通的初衷都是為了交通便利，因此兩者之間在設計上有較強的交互性[6]。考慮兩者在工程與安全上的相互影響作用，需要對兩者工況進行深入分析。隧道洞身主要穿越（3-1-2）黏土層、（5-1-1）全風化泥巖、（5-1-2）強風化泥巖。鐘油坊路站～大眾路站區間隧道由南向北沿鐘油坊路敷設，穿越裕溪路高架橋后線路右拐進入和平路，沿規劃和平路路敷設。區間采用盾構法施工，線間距14.0～19.7 m，隧道頂部埋深為8.76～30.83 m。鐘油坊路站～大眾路站區間設計范圍為CK32+710.338～CK34+222.052，右線全長1511.714 m。

1.4 橋梁與區間工程相對位置概況

根據詳細勘察報告，了解土工程、橋梁和周邊環境情況及區間隧道與橋梁、橋樁的相對位置關系等[7]。使用工程類比等方法，根據現場實地情況，制定基礎的設計原則，并進行可行性分析和判斷。準確分析工程影響分區，認定風險工程分級，最后提出評估橋梁現狀的要求。

軌道線隧道側穿橋梁基礎，橋梁主墩采用柱下鉆孔灌注樁基礎，主橋基礎灌注樁距隧道（右線）邊緣最近距離約為1.58 m。

2 裕溪路高架橋檢測過程

高架橋梁的檢測較城市橋梁的檢測更加嚴格，對檢測的科學性要求也更高，檢測過程不僅需要針對橋梁的結構穩定性等指標進行評估，更需要為后續橋梁病害處理提供理論和數據指導意義[8]。

2.1 檢測依據和目的

該高架橋梁的檢測標準執行國家和行業現行法規、政策以及標準。通過現狀調查、實地檢測、鑒定橋梁現狀使用情況、結構安全性計算分析等對既有橋梁現狀做出評估；針對既有橋梁的剩余結構變形能力進行分析預測；通過施工影響后的結構狀態與結構的剩余抗變形能力進行對比分析，分析既有橋梁結構的安全性。

2.2 檢測方法

基于對委托方和項目方提供的高架橋梁工程資料調查，對橋梁歷史和現狀進行深入了解，通過工程地質概況分析巖土成因、性質和特征，并結合當地水文水利條件進行綜合考察。對橋梁上部橋面、下部橋墩等主體構筑物進行外觀檢測，尤其是針對主梁進行既有差異沉降檢測。

2.3 檢測結果

該工程自建成以來，一直作為城市快速路使用，未發生功能改變也未遭受自然和人為毀壞。設計圖紙資料齊全，使用狀況良好且設計使用功能與現場調查情況基本一致。裕溪路高架橋梁位于南淝河二級階地，鐘油坊路站（CK32+710.338）至大眾路站（CK34+222.052）線路地勢平坦，地面高程12～16 m。

3 裕溪路高架橋的安全評估

3.1 基于有限元模型的既有橋梁基礎允許變形能力評估

采用Midas Civil有限元軟件對全橋進行建模分析，其中主梁采用桿單元模擬（圖1），共劃分主梁單元92，節點101。模型計算主要考慮了結構荷載、移動荷載、整體升降溫以及溫度梯度等方面對結構承載能力的影響，并通過計算不同支座沉降量下上部結構的正截面內力、裂縫等方面來判斷施工過程中樁基的控制沉降值，各種荷載標準值均參照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）進行選取，驗算工況選最不利工況。

圖1 主梁節點劃分示意圖

①沉降5mm

沉降5mm時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設計強度為270 MPa，主梁最大拉應力217.85 MPa＜270.00 MPa，最大壓應力179.00 MPa＜270.00 MPa，主梁正應力滿足規范要求。

沉降5 mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：C50 混凝土名義拉應力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應力為6.9 MPa，滿足規范要求。

沉降5 mm 時，全橋抗彎承載力、橋面板裂縫寬度均能滿足要求。

②沉降7mm

沉降7 mm 時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設計強度為270 MPa，由圖3、圖4計算可知，主梁最大拉應力217.79 MPa＜270.00 MPa，最大壓應力179.70 MPa＜270.00 MPa，主梁正應力滿足規范要求。

沉降7 mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：C50 混凝土名義拉應力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應力為7.1 MPa，滿足規范要求。

沉降7 mm 時，全橋抗彎承載力、橋面板裂縫寬度均能滿足要求。

③沉降10mm

沉降10 mm 時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設計強度為270 MPa，由圖2 計算可知，主梁最大拉應力217.85 MPa＜270.00 MPa，最大壓應力180.20 MPa＜270.00 MPa，主梁正應力滿足規范要求。

圖2 基本組合下鋼梁應力（單位：MPa）

沉降10mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：由圖3 可知，C50 混凝土名義拉應力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應力為7.5 MPa，支點處不滿足規范要求。

圖3 使用階段短期組合應力圖（單位：kN）

沉降10 mm 時，全橋抗彎承載力滿足要求，但橋面板名義拉應力已經超規范要求。

綜上所述，當相對支座沉降7 mm時，各項指標均滿足規范要求；當相對支座沉降10 mm 時，橋面板頂面最大應力出現在支點處，已經超過名義拉應力，同時經分析可知沉降對鋼梁應力影響較小，因此分析控制沉降為7 mm。橋梁允許最大差異沉降率為2‰，則本橋允許不均勻沉降為60m×2‰=120 mm。綜合分析得允許差異沉降量為7 mm，相應差異沉降率為0.117‰。

3.2 隧道施工對裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）影響分析

本次數值模擬計算采用PLAXIS 3D軟件進行合肥地鐵6 號線鐘油坊路站～大眾路站區間隧道盾構施工對裕溪路高架橋工程的影響計算。模型長寬高為260 m×80 m×70 m，使結構到模型邊緣的距離大于25.0 m。采用15 節點三角形單元進行劃分，網格剖分如圖4、圖5所示。

圖4 有限元網格剖分

圖5 隱藏部分土體后的有限元網格剖分

圖6 盾構誘發地面的沉降曲線

由表2可知，合肥軌道交通6號線鐘油坊路站～大眾路站區間隧道盾構施工對裕溪路高架橋工程的影響歸納如下。

表2 雙線貫通時裕溪路高架橋工程相鄰承臺差異沉降匯總表

①左線穿越后，左線中心軸正上方地表產生最大豎向沉降為-3.29 mm；雙線貫通后，在雙線對稱軸正上方地表產生最大豎向沉降為-6.33 mm。

表1 不同工況下裕溪路高架橋工程承臺變形匯總表

②左線貫通后，盾構施工使裕溪路高架橋工程橋墩承臺產生的最大豎向沉降為-0.79 mm，位于C3 位置處。雙線貫通后，盾構施工使裕溪路高架橋工程橋墩承臺產生的最大豎向沉降為-2.67 mm，位于C3位置處。

③雙線貫通時，盾構施工使裕溪路高架橋相鄰承臺之間的最大差異沉降率為0.0315‰，相應差異沉降量為1.26 mm，位于C2承臺與C3承臺之間。

3.3 軌道交通穿越施工變形分析及控制指標

根據結構檢測、結構計算及軌道交通穿越施工變形預測，可得到如下結果，見表3。

表3 軌道交通穿越施工變形分析

通過表3 可看出，軌道交通穿越施工后，結構尚有一定變形儲備，表明隧道盾構施工可正常施工。

綜合結構檢測現狀等因素，最終確定結構變形控制差異沉降率見表4。

表4 穿越施工變形控制指標

由表4 可以看出，主橋邊跨控制差異沉降率為0.092‰，相應控制差異沉降量為3.6 mm；主橋中跨控制差異沉降率為0.100‰，相應差異沉降量為6.0 mm。

4 結論及建議

通過上述檢測、評估、分析，現階段裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）可滿足正常使用，合肥軌道交通6 號線穿越施工后，結構尚有一定變形儲備。但應對裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）進行實時監測，嚴格監控橋墩及上部承重構件的裂縫開展情況。該工程的風險等級為Ⅱ級，應實施風險防范與監測，制定風險處置措施。

綜上所述，筆者提出以下4點建議。

①在施工中嚴格控制頂推力、施工速度、注漿壓力、頂推行進方向等施工要素，同時采取加強同步注漿、徑向補償注漿及加快漿液硬化速度等措施控制基礎沉降。

②應對周圍地表位移等進行實時監測（包括地表沉降監測、地下水監測等），豎向位移監測點應布設在橋墩（或承臺）上（主要監測差異沉降率）；合理設定監測預警值并及時將監測數據反饋給委托方或相關單位，監測單位應加強與安全評估單位的銜接。

③盾構施工過程中應注意排水設施的設置與維護，避免地下水及地表水的滲入引發安全事故。

④施工前制定詳細的應急預警方案，建立應急搶險機制，根據現場監測數據及時調整施工進度和施工工藝，對存在安全隱患的區域應通過加固等措施予以排除。