磨刀门大桥台风后抢险加固关键技术

吴伟豪

摘 要：受超强台风“天鸽”影响，磨刀门特大桥部分墩柱受到多艘满载物品船只的猛烈撞击，主桥过渡墩受损弯曲倾斜，引起桥面下沉，结构处于失稳临界状态。从进场抢险加固，受损桥墩拆除重建，至顶升梁体全面恢复交通，仅耗时6个月，创造了类似工程进度纪录。本文主要整理了抢险加固过程中的关键技术，为类似工程快速安全抢险修复提供参考。

关键词：磨刀门大桥 台风“天鸽” 船舶撞击 抢险加固

1.工程概况

磨刀门大桥位于西部沿海高速公路珠海～阳江段，双向四车道。桥梁全长为3320m，桥跨组合为：16×25m （小箱）+11×40m（T梁）+（1×70+2×120+1×70）m（连续刚构）+38×50m（T梁）+8×25m（小箱梁）。

2017年8月23日，超强台风“天鸽”正面从珠海登陆，最强风力达到14级。受台风影响，磨刀门特大桥部分墩柱受到多艘满载物品船只的猛烈撞击，致使部分墩柱受损，其中过渡墩L31#墩柱受损最为严重。

L31#墩柱弯曲倾斜，局部出现塑性铰，表面破损开裂，左幅盖梁横桥向发生最大146cm位移，倚靠在右幅蓋梁上；顺桥向墩顶往50mT梁侧发生最大58.5cm位移。L31#墩上部结构梁体滑落至盖梁上，主桥箱梁下沉25cm；引桥50mT梁下沉约27cm。31#墩整体处于结构失稳的临界状态，须立即对主桥连续刚构和引桥50mT梁支撑加固，拆除31#墩下构，防止桥墩倒塌造成二次事故。

2.加固关键技术

针对磨刀门大桥受撞后的危险状态，根据原设计图纸及现场勘查情况，考虑作业人员必须在磨刀大桥危险禁入区域外作业等安全因素，选择采用临时墩托梁施工方案。施工时，临时墩及托梁加工、组拼等均在危险禁入区域外施工，待临时墩施工完毕，采用2台浮吊在桥跨两侧抬吊托梁两端至临时墩墩顶就位，将预先设置好的支垫装置侧推入两侧梁底，安装千斤顶分别同步顶升T梁和箱梁，让梁跨自重充分转 移到托梁上。临时墩托梁总体结构布置图如图2。

本抢险工程主要施工步骤有稳定加固、旧墩拆除、桥墩重建施工、桥面局部修补，恢复交通；其中，对现有结构进行稳定加固和下构拆除为本工程的关键。

2.1受损墩位稳固施工

步骤一：设定禁航区域，上下游各设置1台警示船，在禁航区域边角设置航标灯和警示灯。

步骤二：施打临时墩钢管桩，顶部抄平后安装钢管平联和桩顶分配梁。

临时墩钢管桩基础采用Φ1200钢管，单根长35m，入土深度20.15m，纵横间距均为2.4m，共48根。钢管定制成35m一根，船运至施工点，利用打桩船插打。钢管桩平面偏差不大于30cm，钢管桩打入深度按贯入度控制，最后1分钟贯入量不大于5cm。

钢管桩基础施打顺序为：首先施工右幅侧管桩，且从靠近桥梁方向往远离方向施工，然后施工左幅侧管桩，同样从靠近桥梁方向往远离方向施工。同时，监测右幅管桩振设对桥梁的影响，以指导左幅管桩的振设保障安全。

步骤三：安装上层支撑架，平联加固及分配梁、承重梁。

上层支撑架采用Φ1600钢管，单根长15.27m，共16根，在厂家定制。设置3道横联，横联采用Φ630mm钢管，斜联采用[20a槽钢。为加快施工进度，支撑架提前在平驳上组拼，4根一组，共4组，用浮吊整体吊装。

步骤四：安装托梁限位架。

限位架主要为保证托梁吊装过程中不碰撞桥梁结构，并在后期固定托梁，提高整体受力性能。托梁限位架采用2HN800型钢制作，共2个。在平驳上预拼，浮吊整体吊装。

步骤五：安装托梁。

托梁受力要求及结构设计：磨刀门大桥桥宽全宽26m，为满足桥梁两侧安全距离14m要求，考虑支点长度，托梁长度设计为49m，采用双拼移动模架主梁及C型模架主梁，移动模架主梁截面尺寸为1.9*3.5mm（宽*高），C型模架主梁截面尺寸为1.5*1.94m。其中，T梁侧托梁采用双拼移动模架主梁，箱梁侧托梁采用称动模架主梁+上下叠合的双拼C型模架主梁。

钢箱托梁吊装是整个支架施工过程中最危险环节，长度长（49m），重量重（单条重196t）。托梁提前在加工厂进行组拼焊接，平驳运至31#墩桥跨15m外附近，采用两台350t浮吊抬吊，浮吊分布于上下游。抬吊时依次将托梁提升到限位架横梁下方，平移就位后将托梁放到承重梁上，焊接固定。然后安装托梁平联，平联采用2I45b工字钢。

步骤六：安装纵向分配梁，横向垫梁及砼钢管。

精确测量T梁、箱梁与托梁之间的间距，安装砼钢管顶紧T梁和箱梁底部。塞紧砼钢管、托梁与桥梁结构之间的空隙，避免顶升时受力不均。

2.2受损下部构造拆除施工

受损墩柱虽已受损，仍承担两侧梁跨大部分的自重，且由于31#墩两侧桥面连续对桥墩水平方向的牵制，31#墩处于临界平衡状态。梁体顶升时，梁体对墩身的牵制力突然缺失，以及31#墩自身倾斜导致的重心偏移，可能出现桥墩倒塌的意外险情，需对31#墩进行支撑加固，避免出现瞬间冲击对平衡的破坏。为最大可能保证施工结构安全，磨刀门大桥受损桥跨拆除总体原则：需在保持原有平衡状态下，由上而下逐步进行卸载拆除，避免出现瞬间冲击对平衡结构的破坏。

2.2.1顶升施工

受损墩位稳固完毕后，开始顶升施工。顶升顺序：先顶升T梁侧再顶升箱梁侧。T梁侧采用4台250T千斤顶同时顶升，，箱梁侧采用2台500T千斤顶同时顶升，使T梁（箱梁）与盖梁分开，保持2-5cm间隙，然后用砼钢管和钢板及时支垫。千斤顶下部均采用垫钢分配荷载，上部采用横梁加强整体性，以便梁体荷载均匀受力。同时，在横梁与梁底面间设置四氟乙烯滑块，以释放顶升或温差变化时梁体的水平推力。顶升过程中，加强对桥梁和临时支墩的监测。

2.2.2下部构造拆除

本次抢险工程梁体无需拆除，利用临時墩+托梁稳固住桥梁上部结构后，下构分为两部分，采用金刚石绳锯法切割盖立柱、桩基础，1000t浮吊吊装拆除的方法施工，两次吊装的重量均约为360t。

因T梁和连续梁之间缝隙仅约40cm，不便于钢丝绳对盖梁进行整体环绑，采用了地质钻探机在盖梁上打设4个竖向并排的φ10cm双通孔，再采用2根φ64mm的钢丝绳分别穿过2个双通孔挂到大浮吊上。用绳锯切割时，采用墨斗弹线定位，确定切割控制线，并使切割面与水平面夹角大于30°，方向为内高外低，便于1#块向外滑动吊出。

3.主要临时结构分析

3.1荷载组合

临时墩及托梁施工计算主要考虑以下最不利工况：

T梁和箱梁顶升后，其作用在31#墩上的荷载转移到托梁上，同时考虑水流力及百年一遇风荷载（考虑加固阶段仍在台风期）。

3.2荷载取值

（1）T梁顶升力：31#～32#跨为50m简支T梁，单幅5片T梁，上结荷载总计为1161.4t，托梁距T梁端部为6m，加载在托梁上的荷载为659.9t；

（2）箱梁顶升力：托梁距箱梁端部为6m，采用Midas建出主桥模型后可知，若要将箱梁顶升至原桥面标高，千斤顶处加载吨位为523t，由于末考虑桥面铺装厚度变化、实际梁体弹模、预应力损失等因素的影响，实际加载值较理论值稍大，考虑1.25倍的安全系数，千斤顶总加载值按654t进行验算；

（3）风荷载：百年一遇大风风速为32.6/m，荷载为1.19 KN/m2；

（4）水流力：考虑冲刷深度3m，水流速度1.5m/s，单根钢管水流荷载为5.4KN。

3.3建模及计算结果

支架计算采用有限元分析软件Midas Civil整体建模计算。各构件均采用“梁单元”模拟，钢管底部固结，各层之间节点采用弹性连结。支架重量通过软件自动加载，上部结构、水流力采用节点荷载加载，风荷载通过梁单元荷载加载。建立整体计算模型及结果如图5。

计算结果显示，托梁的应力最大为212.6Mpa，挠度为109.5mm，支架在荷载作用下的一阶失稳系数为22.3。计算结果与施工监控数据相符，支架在最不利工况下，其整体强度、刚度、稳定性满足使用要求。

4.结语

磨刀门大桥抢险加固工程是一项施工难度大、技术要求高、工期紧、影响大的抢险工程，通过前期详细的勘探和准确的计算，采用大跨度托梁临时支撑、拉锚器平衡受损墩倾斜力、滑块释放箱梁水平力、大吨位浮吊大块拆除下构等技术措施，在各单位的密切配合下，经项目部严密的施工组织，提前实现了春节前通车的目标，圆满完成了磨刀门大桥抢险救灾任务，对类似工程实现快速安全抢险加固具有借鉴参考意义！

参考文献：

[1]陈烁钊，张俊平.东莞万江大桥被撞加固工程案例思考[J].工程技术，2008（02）：20-22.

[2]许慧.船桥碰撞某桥梁桥墩病害研究及临时支架计算分析[J].广东建材，2018（04）：51-54.