引桥排架船舶撞击损伤检测与加固设计★

陈灿明 董 腾 孟星宇 苏晓栋 何建新

(1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029； 2.水利部水科学与水工程重点实验室，江苏 南京 210029)

长江下游船舶交通流量大，通航船舶类型多，沿江两侧码头林立，通航环境相对复杂，水上交通事故时有发生。2019年某货轮在长江下游水道右岸的内港池装载货物后驶离码头时失控偏离航道进入相邻码头内档港池，与引桥发生碰擦造成排架横梁和桩基不同程度损伤，为确保引桥安全运行，需查清引桥的损伤位置和程度，提出加固修复方案及时修复。

1 船舶碰撞事故相关情况

某货轮船长43.05 m，型宽8.21 m，型深3.25 m，事故时满载，排水量793.774 t，吃水2.60 m。2019年6月在内港池装货后拟进入长江时，与同一航道通行船舶碰撞失控受潮流影响向相邻码头引桥漂移，最终与引桥Y7排架发生碰擦。

受损引桥排架间距10.0 m，宽度12.75 m，高桩梁板式结构；排架设3根φ800 PHC桩，长28.0 m；横梁为高1.20 m、宽1.40 m钢筋混凝土矩形梁；面板为厚0.45 m预制钢筋混凝土空心板，现浇层厚0.15 m。

2 损伤检查与检测

与引桥PHC桩基碰擦处位于船体左侧舷，该处船体钢板局部5 mm～8 mm凹陷。

Y7排架上游侧PHC桩距桩顶1.30 m，有高0.45 m、宽0.50 m破损洞，3根纵向主筋和6根横向箍筋外露，见图1；破损处至桩顶1.30 m范围内有3条斜向裂缝，长0.35 m～1.30 m，最大缝宽0.50 mm～0.70 mm，见图2；横梁与桩基连接处有0.23 m×0.05 m表面混凝土破损。

对受损排架基桩进行低应变动力检测，结果表明桩身水下部分无明显损伤。

3 排架损伤的加固设计

3.1 损伤对安全的影响分析

根据船损事故中受损构件特点，损伤的类型、位置和程度等因素，结合引桥的荷载作用下的受力特点，分析其对引桥运行安全的影响[1]：

引桥排架仅上游侧PHC桩与横梁有损伤，横梁与桩基联接处表层混凝土破损为船舶击引起的弯曲应力过大所致；PHC桩为预应力高强度混凝土管桩，混凝土局部破损和钢筋外露，破损处会出现明显的预应力释放，损伤区域应力变化剧烈，承载时也会出现应力集中现象[2]；桩基裂缝最大宽度达0.70 mm，PHC桩整体性、承载能力和耐久性能严重下降；桩基和横梁损伤后承载，不仅对受损构件有影响，同时排架结构应力也会重新分布。鉴于引桥排架损伤对引桥安全性和耐久性有严重影响，应禁止车辆通行，尽快修复。

3.2 加固方案设计考虑因素

根据船舶撞击损伤特点和现场条件，加固方案设计时应考虑以下因素：

码头平台布置3个泊位，由3座引桥与后方堆场联系，受损引桥禁止车辆通行后，码头整体运行效率下降，运行成本增加，应尽可能减小加固施工工期；加固作业时间受长江潮位影响大，可施工时间短，加固施工效率低；桩基损伤位于潮位变动区，要考虑潮湿环境对加固效果的影响；修复工程工序多，单项工作量小，辅助工作占比大；修复技术应成熟可靠，修复后安全性和耐久性与原主体结构不降低；经济合理。

4 加固方案设计

对结构物损伤处理可直接将损伤结构整体拆除重建，也可选择合适的方法进行加固。目前常用的加固方法主要有加大截面加固法、置换混凝土加固法、预应力加固法、增加支承加固法、粘结外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维增强塑料加固法和绕丝法等，修补加固中涉及裂缝灌浆、嵌缝封堵技术、植筋技术、电化学防护技术、混凝土表面处理技术等，结构加固主要有加大截面法、置换混凝土法、预应力法、增加支承法、外包型钢法、粘贴钢板法、粘贴纤维法等，修补加固时还涉及裂缝灌浆、嵌缝封堵、植筋、电化学防护、混凝土表面处理等技术等[3]。

根据受损构件特点和损伤类型、位置、程度和现场条件，提出补桩和粘结外包型钢综合加固两个方案进行技术经济比较。

4.1 补桩方案

拆除Y6～Y8排架上游侧3块引桥面板和相关设施；受损桩基两侧3.0 m处各设一根φ1.0 m、长28.0 m钻孔灌注桩；桩顶和受损PHC桩上部设置高1.50 m、宽1.20 m，长7.6 m横梁，底高程低于原横梁1.0 m，横梁上部0.5 m与原横梁相接范围设锚栓与上部钢筋联接，钻孔灌注桩伸入横梁内0.15 m，受损桩PHC桩上部浇筑在加固横梁内，使修复后新老横梁整体受力。吊装引桥面板，浇筑面层混凝土，恢复上部设施。

4.2 粘结外包型钢综合加固方案

粘结外包型钢为主的综合加固方案主要工作内容为：受损桩裂缝处理、破损空洞处理、横梁底部破损及裂缝处理、外包型钢制作、安装、型钢内灌浆及表面防腐处理等。

对宽度不小于0.20 mm的裂缝进行压力灌浆加固，其他裂缝剔凿周边疏松混凝土后用高强度聚合物砂浆修复；破损洞在剔凿周边破损疏松混凝土、外露钢筋除锈、喷涂阻锈剂后用钢板条放入桩内腔焊接形成内模板，M6对拉螺栓固定，高强度聚合物砂浆修复至原截面；凿除横梁破损区松散混凝土，高强度聚合物砂浆分层抹平压实至原截面，达到强度后在桩顶横梁底及桩身外包12 mm厚钢板，下部超出破损区1.0 m，横梁和桩身加固钢板间焊接并设加劲肋，M20化学锚栓与横梁固定，钢板与桩间预留5 mm～8 mm间隙，间隙内由下而上从钢板预留梅花形灌缝孔灌结构胶，钢板表面防腐处理，见图3。

4.3 方案比选

根据两个加固方案优缺点对比分析(见表1)，推荐粘结外包型钢为主的综合加固方案。

表1 加固方案优缺点分析对照表

4.4 加固方案的技术要点

1)裂缝的封闭及表面破损的处理[4]。

破损处表层松散混凝土需凿除，裸露钢筋应除锈，聚合物砂浆修补前基面应清洁，并保持一定湿度。先涂刷一层聚合物净浆打底，浆液未硬化前进行丙乳砂浆抹面，及时养护；裂缝灌浆流程依次为埋设灌浆嘴、封缝、密封检查、配置浆液、灌浆、封口结束和灌浆质量检查，应选择适宜的灌浆嘴数量、浆液凝固时间、灌浆压力；裂缝灌封的改性环氧树脂胶应满足抗拉、抗压、抗弯强度不小于20 MPa，50 MPa，30 MPa。

2)外粘型钢加固。

加固范围内混凝土表面处理至完好面，构件截面棱角打磨成半径不小于7 mm圆角；按实际测量尺寸制作型钢构件，安装焊接一次完成；化学螺杆锚固部位混凝土无缺陷且避开原结构主筋；加固使用Q235B钢材、E43系列焊条；粘贴型钢、钢板配套用粘结材料应选用A级胶，胶体抗拉、抗弯和抗压强度不小于40 MPa，50 MPa，70 MPa，受拉弹性模量不小于2.5×103MPa、伸长率不小于1.5%。注胶应在外粘型钢全部安装完成后进行，胶缝厚度控制在3 mm～5 mm，注浆完成后型钢表面应进行防腐处理。

5 结语

针对某失控船舶撞击码头引桥事故，开展船损事故调查与现场检测，根据引桥排架的损伤类型和损伤程度，分析其对安全的影响。综合考虑受损构件受力特点、现场环境条件，结合国内现有施工水平技术，在确保受损构件加固后不降低其安全性、使用性和耐久性的前提下，通过技术经济比较，推荐粘结外包型钢为主的综合加固方案，实施后经一年多运行检验效果良好，证明船舶撞击事故中桩与横梁联接处附近区域出现的损伤，采用裂缝和破损处理再外包型钢加固的综合加固方案是技术可行、经济合理的。