船撞桥梁后的全面检测技术研究

童 飞 施 洋 王春晖

(苏交科集团股份有限公司,江苏 南京 211106)

1 概述

我国城市化进程加速发展，基础设施建设投入不断加大。截止到2017年年底，我国公路桥梁数量已经突破83万座，这么巨大数量的桥梁工程每天将可能遇到地震、台风、火灾以及船撞等不确定因素的影响[1-3]。

刘元亮等[4]以具体工程案例为研究对象，采用静力荷载试验研究桥梁结构安全承载能力，为桥梁结构安全运营提供经验。王对强等[5]提出了一种新的桥梁检测管理系统，采用报警、智能显示以及WiFi等技术进行耦合设计，实现了对桥梁的超重检测以及智能控制技术。杨扬等[6]全方位分析了无人机桥梁检测技术的发展趋势，以及图像采集技术在无人机检测当中发挥的作用，并且预测了无人检测技术的发展方向。以如海运河大桥某次船撞事故为工程案例，采用外观检测和无损检测技术，对梁体、墩柱等外观进行检查，了解桥梁受撞击后受损区域的范围，掌握墩柱及梁体受损程度，采用声呐技术对水下受损桩基进行检测，了解水下结构受损范围、大小及程度，为后期的撞击计算分析提供数据资料。

2 工程背景

如海运河大桥位于南通市G40沪陕高速上，该桥横跨如海运河，桥上部结构采用两联先简支后连续预应力混凝土T梁结构，桥跨布置为(6×25+7×25)m；下部结构1号～4号墩为柱式墩，5号～12号墩为柱式墩桩基础，0号台为肋式台桩基础，13号台为座板式桥台桩基础。

由于某次货船撞桥体事故，急需对桥梁进行全面检测。为了了解桥梁受撞击后受损区域的范围；水下结构受损范围、大小及程度；桥梁附近水位变化及受冲刷程度；受损桥跨主体结构在试验荷载作用下的实际受力状态，检验桥跨结构的强度和刚度是否满足设计和规范要求；考察试验荷载下受损桥墩的变位情况，验证受损桥墩实际工作状况。需要针对该事故对本桥的影响进行全面的检测。

3 检测方案及其评价

3.1 外观检测

针对本工程案例对桥梁结构、墩台、板式支座外观质量以及桥面系及附属设施进行全面且详细的检查。评定采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对桥面系、上部结构和下部结构分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定。

本工程案例中受损联跨评定为2类。露筋锈蚀1.8 m，破损面积1.08 m2。在本次检查中发现的主要问题为：1)桥面系中发现伸缩缝橡胶条破损、泄水孔堵塞、伸缩缝垃圾填塞；2)上部结构中发现T梁腹板、翼板混凝土剥落、露筋锈蚀，部分支座环向开裂、上缘部分脱空；3)下部结构中发现桥墩立柱擦伤。依据JTG/T H21—2011公路桥梁技术状况评定标准，本次检测结果发现，除部分立柱表面有新增的擦伤破损病害及水下基础原有的露骨露筋病害外，未发现新增其他病害。表1为桥面系检查汇总表，图1和图2分别为伸缩缝橡胶条破损及左幅部分泄水孔堵塞现场图。

表1 桥面系检查汇总表

3.2 无损检测

3.2.1 水下基础检测

桥梁基础水下外观检查采取水上、水下联合进行的方式完成。潜水员在水下进行探摸及目视检测，或利用水下摄像机把检测的内容显示到水上监视器，由技术员通过观察监视器图像并结合潜水员在水下电话述说的内容进行综合判断。图3为水下蛙人检测工作图。

本工程案例发现：表面局部受船舶碰撞剐蹭明显，但未发现有露筋现象。各桩身与梁连接处整体结构良好，未发现有混凝土开裂现象。桥梁桩基和立柱水下部分发现的病害均属于旧有病害，未发现有新的破损痕迹。

3.2.2 河床断面检测

河床断面检测基于水深检测，单波束测深仪是利用换能器(探头)发射超声波，穿透介质并在不同介质表面产生反射，测出发射波与回波之间的时间差来进行测量和计算水深。假设超声波在水中的传播速度为V，假设换能器(探头)发出的超声波到达水底，并由水底反射回到探头被接收，信号往返行程所经历的时间为t，则Z=V·t/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，结合GPS坐标和后处理软件，生成水深断面图(及河床断面图)，通过河床断面图反映河床的现势，进而分析河床的冲刷淤积情况。

原理示意图及工作图如图4,图5所示。

如海运河大桥河床断面共检测4个断面。结果表明：河床断面整体平顺，未见冲刷现象；个别桥墩周边区域存在部分淤积。大桥北侧边缘往下游70.0 m范围，以断面间隔7.0 m，共检测10个断面。结果表明：区域河床整体平顺，未见冲刷现象；西侧距航道中心线35.0 m～40.0 m处存在淤积现象。

3.2.3 侧扫声呐沉船扫测

侧扫声呐是一种半定量的以图象形态测绘水下地貌特征的仪器，由拖鱼、线缆和处理器三部分组成。本次检测目的主要是确定沉船具体位置，船只撞击部位及角度，为后续船只撞击计算模拟及打捞工作提供支撑。

侧扫声呐拖曳船航线位于如海运河大桥5号墩和6号墩之间，沿平行于航道轴线行驶，扫侧沉船位于行船方向右侧，通过侧扫声呐声学影像，可以清晰辨识沉船平面二维尺寸、轮廓形态和整体方位，如图6所示。

3.2.4 墩身竖直度检测

在结构物测试正面架设全站仪，利用全站仪免棱镜的测距功能，测量结构物测试范围内的上部表面到仪器的水平距离a1，和下部表面到仪器的水平距离a2，准确至1 mm。同时可用全站仪测量测试范围内结构物的高度H，准确至1 mm。

检测小组用全站仪对左幅4-1号、4-2号、5-1号、5-2号、6-1号和6-2号墩竖直度进行了检测，检测结果见表2，其中6-1号墩最大偏位为1.2 cm，竖直度检测均在0.3%以下，考虑施工误差可以认为桥墩自竣工投入使用后其未发生横向偏位，船体撞击未造成桥墩偏移病害。

表2 桥墩竖直度检测汇总表

4 结论

以如海运河大桥为工程背景，针对船撞事故进行桥梁的全面检测，得到如下结论：

1)桥体表面局部受船舶碰撞剐蹭明显，但未发现有露筋和新的破损现象。伸缩缝橡胶条破损及左幅部分泄水孔堵塞，但未发现新增其他病害。

2)河床断面整体平顺，未见冲刷现象。个别桥墩周边区域存在部分淤积，船体撞击未造成桥墩偏移病害。