磨刀门大桥抢险加固关键技术应用

廖志源，刘伟民，廖赞先，尹海佳

(广东省公路建设有限公司珠海段分公司，广东 中山 528467)

1 工程概况

磨刀门大桥位于西部沿海高速公路珠海段主线，双向四车道，桥梁全长3 320m。上部结构为T型梁、连续刚构和预制箱梁，桥跨组合为：16×25m (小箱梁)+11×40m(T梁)+(70m+2×120m+70m)(连续刚构)+38×50m(T梁)+8×25m(小箱梁)；下部结构为肋板式桥台、薄壁墩和双柱式墩。辅航道桥为双幅分离式桥梁，上部结构为50m预应力砼简支T梁，单幅桥横桥向设置5片T梁，梁高2.6m。

图1 受损桥跨位置

2020年8月19日台风“海高斯”在珠海正面登陆，停泊在下游的2艘浮吊船受台风影响脱锚，在风的推动下撞击磨刀门大桥辅航道桥L62-5#梁，造成50m T梁腹板及马蹄部位混凝土破碎、开裂严重、受力钢筋外露，部分横隔板变形严重、网裂、局部破损。根据磨刀门大桥应急检测报告和专家评审意见，确定对受损较严重的磨刀门大桥辅航道桥L62-5#T梁按原结构形式进行更换。

图2 受损位置

2 结构验算

为了确定更换5#T梁后在正常行车情况下的受力情况，需要对换梁后的结构进行验算。

(1)新建T梁承载能力极限状态如图3和图4所示，关键截面验算结果见表1和表2。

图3 持久状况承载能力极限状态弯矩包络图

图4 持久状况承载能力极限状态剪力包络图

表1 更换T梁抗弯矩承载能力验算

表2 更换T梁抗剪承载能力验算

由表1和表2可知，更换后的50mT梁各控制截面的抗弯和抗剪承载能力均满足设计要求。

(2)新建T梁应力验算，验算结果见表3。由表3可知，更换后的50mT梁各荷载组合下的应力验算结果均满足设计要求。

表3 截面应力验算结果

3 方案对比

根据现场实际和T梁的损坏情况，设计了三个方案，见表4。

表4 方案对比

(续表4)

从施工的安全性、快捷性方面考虑，选择方案三为最终的抢险加固方案。

4 施工工序

4.1 旧梁临时加固

由于原L62-5#T梁损坏严重，混凝土已破碎，梁体的整体性较差，考虑到拆除旧梁时有断裂的风险，为避免对桥梁造成二次伤害，也为了保证在未更换T梁之前单车道通行时桥梁结构的受力安全，需对旧T梁进行临时加固。加固方案为在撞击点前后各8m范围内增设钢筋网并浇筑混凝土,加大T梁腹板截面尺寸，增强T梁的整体性，保证桥梁结构的受力安全。

图5 T梁临时加固

4.1.1 搭设施工作业平台

本项目施工作业平台结构形式包括施工挂篮和简易吊架组合作为施工平台，该施工平台主要由槽钢、螺纹钢筋、竹胶板、钢跳板等组成。挂篮采用槽钢焊接组合，通过防撞栏上的槽钢挂钩骨架，固定吊篮，防止吊篮晃动，同时在借助两两T型梁马蹄斜面位置横放受力分布梁，施工挂篮与横向分布梁焊接槽钢作为吊带，确保挂篮受力稳定。内侧施工平台采用槽钢横向支撑在T梁马蹄位置，纵向1.5m设置一条，槽钢与安装在T梁马蹄上的螺栓焊接固定，槽钢上铺设人工踏板。

4.1.2 施工工艺

裂缝处理：对于裂缝宽度δ<0.15mm 的混凝土表层微细独立裂缝或网状裂纹，采用表面封闭法；对于裂缝宽度δ≥0.15mm时，采用灌压浆封闭处理。

临时加固：凿除T梁表面剥落的混凝土，按照设计图纸要求的位置进行植筋和绑扎钢筋，安装模板，浇筑混凝土。

4.2 换梁施工

4.2.1 新梁制作

在磨刀门大桥一侧的空地上临时修建T梁预制厂，方便预制T梁的运输。

(1)基础处理：为了避免预制T梁发生因基础不均匀沉降而出现梁体断裂或质量事故，制作台座基础前，先对地基承载力进行触探检测，确定地基承载力达到要求后，再进行水泥混凝土硬化，浇筑扩大基础，否则应对地基进行处理。

(2)台座制作：施工台座分为两部分。一部分为基础长度5 200cm，宽度250cm，厚度35cm；第二部分是在基础正中间设置一个T梁台座，台座长4 890cm，宽为T梁底宽60cm，高度28cm，在台座中间设置向下反拱4cm。

(3)T梁制作：在台座表面铺设木模板作为底模，底模安装时要注意设置预拱度，定时测量复查反拱值及平顺情况，如果变形过大，需及时修正。应检查底模表面的平整度和拼装错台，防止底模变形导致梁线型不均匀，影响梁的外观质量。底模安装好之后按设计图纸要求进行绑扎钢筋、安装预应力波纹管、安装梁体模板、绑扎面板钢筋、浇筑梁体混凝土、模板拆除、T梁养生、预应力张拉、管道压浆等。

4.2.2 移动模架拼接

受损跨L62#-5梁长50m、高2.6m、自重161.72t，桥面系及其他自重62.78t，单跨自重为224.5t。50m移动模架单节主梁最大重量为39t，整条移动模架自重约为200t。此外，为满足受损梁吊装的要求，移动模架结构长度约为60m。移动模架母材采用Q345钢材，通过焊接的方式拼接而成。焊缝须饱和满焊，移动模架主梁的腹板及上底板采用焊透对接焊缝，另接头处焊加筋板采用角焊，腹板及上底板连接采用衬垫单面焊，开单边V型坡口，底面或侧面加钢衬垫，单面焊接双面成型焊接工艺，焊接方法采用半自动实心焊丝二氧化碳气体保护焊，加筋板采用半边开坡口的角焊缝。焊接完成后须对焊缝进行无损检测。

图6 移动模架主梁结构

4.2.3 旧梁拆除，新梁安装

(1)移动模架安装：移动模架分节段拼接好后通过运输驳船水运到磨刀门大桥，采用1台350t浮吊和1台450t浮吊将其吊起放置在受损跨桥面上。在受损跨左右两跨桥面上预先铺设钢板，再铺设H588型钢垫梁，铺设范围不小于3m。

(2)旧梁拆除：为了保证旧梁吊离时处于平衡状态，在吊离前需将防撞墙拆除。防撞墙切割采用金钢石薄壁钻的专用钻头和金刚石碟式切割机，将防撞墙与桥面相交处水平切割分离。再通过竖向分段切割，每2m一段，利用随车吊将切割后的防撞墙逐块拉离施工路段。

旧梁拆除之前要先将受损梁L62-5#梁与次边梁解联，利用安装好的移动模架将旧梁反吊，通过两台浮吊同步吊起移动模架，使钢丝绳处于预紧状态，在移动模架两端垫梁上垫塞钢板，然后再下放。待旧梁钢丝绳预紧完成后，开始进行旧梁的解联。利用已搭建的工作平台，人工将横隔板连接钢板烧断，采用链式切割机将湿接缝切割。为确保吊离梁体的平衡，切割线为湿接缝边线。旧梁吊离后采用空压机人工凿除内侧湿接缝，保留次边梁湿接缝预埋钢筋，用于与新建湿接缝钢筋搭接。

横隔板和湿接缝切割完成后，利用两台浮吊缓慢将旧梁吊起。由于撞击点受损严重，为避免吊装时撞击点弯折，造成较大的安全隐患，在受损旧梁桥面布置起吊移动模架主梁，每处横隔梁处设1个吊点，共9个吊点。旧梁抬起后，同步往后退方向移动，然后运输驳船就位在受损跨L61#-L62#跨，落梁后及时约束稳固，并运输至附近码头，在驳船上分块切割，外运处理。

图7 旧梁拆除立面

(3)新梁安装：为了确保吊梁施工顺利完成，正式吊梁前应先进行新梁试吊演练。在试吊时确认汽车吊和浮吊的稳定性、灵敏性，同时再次检查钢丝绳等部件的可靠性，确认正常后再投入使用。

在切割横隔板和湿接缝的同时，在预制场通过2台400t汽车吊同步吊起新T梁至运梁车上，再用运梁车将新T梁运至受损桥跨L61#-L62#跨。利用2台浮吊缓慢同步将停放在L61#-L62#跨上桥面的新梁吊起，然后同步缓慢移动至新梁安装区，落梁前检查并确保新梁落在支座正中心。落梁后钢丝绳仍处于收紧状态，随即迅速将横隔板、湿接缝钢筋与次边梁横隔板、湿接缝钢筋焊接连接，检查确保连接稳固后，方可解除钢丝绳。

图8 新梁装车

图9 新梁安装平面布置

4.2.4 桥面系施工

新梁安装完成后，开始进行横隔板、湿接缝、桥面整体化层、防撞墙、沥青路面、标线等施工。按照相关要求，完成桥面系施工后，清理桥面，经过相关单位及部门现场验收合格后，按照高速公路开放交通的要求实施，撤离交通围蔽设施，恢复正常通行。

4.3 交通疏解方案

考虑到高速公路车流量较大、车速较快，为了施工安全和减少社会影响，抢险期间按照施工工序分三阶段进行交通管制：

第一阶段：封闭左幅慢车道和应急车道，作为施工区域，保留快车道通行。这一阶段主要是对旧梁临时加固、防撞墙切割和移动模架吊装。

第二阶段：因需要使用大型汽车吊、大型浮吊、运梁车辅助吊装，考虑到施工作业区域人员以及作业车辆、行车的安全，需对左幅进行全封闭施工。这一阶段主要是进行旧梁拆除和新梁安装。

第三阶段：封闭左幅慢车道和应急车道，作为施工区域，保留快车道通行。这一阶段主要进行横隔板、湿接缝、防撞墙、桥面铺装和沥青路面施工。

待路面施工并养护完成后，拆除桥梁施工围蔽设施、交通防护设施，恢复道路原状。

5 结语

在车流量较大，边通车边加固维修的情况下，采用搭设施工平台进行旧梁加固、整体拆除防撞墙、使用移动模架整体拆除旧梁、利用浮吊进行新梁安装等关键技术进行磨刀门大桥的抢险工作。特别是在旧梁拆除时，需要使用移动模架、大型浮吊和运输船舶。施工前必须精心制定施工组织方案，考虑施工过程中会遇到的不良因素，做好相关的准备工作，根据现场实际情况不断优化施工方案。经过工后检测，磨刀门大桥维修完成后总体处于安全稳定的状态，后期将继续进行日常检查和定期检测。