引橋排架船舶撞擊損傷檢測與加固設(shè)計(jì)★

陳燦明 董 騰 孟星宇 蘇曉棟 何建新

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029； 2.水利部水科學(xué)與水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

長江下游船舶交通流量大，通航船舶類型多，沿江兩側(cè)碼頭林立，通航環(huán)境相對復(fù)雜，水上交通事故時(shí)有發(fā)生。2019年某貨輪在長江下游水道右岸的內(nèi)港池裝載貨物后駛離碼頭時(shí)失控偏離航道進(jìn)入相鄰碼頭內(nèi)檔港池，與引橋發(fā)生碰擦造成排架橫梁和樁基不同程度損傷，為確保引橋安全運(yùn)行，需查清引橋的損傷位置和程度，提出加固修復(fù)方案及時(shí)修復(fù)。

1 船舶碰撞事故相關(guān)情況

某貨輪船長43.05 m，型寬8.21 m，型深3.25 m，事故時(shí)滿載，排水量793.774 t，吃水2.60 m。2019年6月在內(nèi)港池裝貨后擬進(jìn)入長江時(shí)，與同一航道通行船舶碰撞失控受潮流影響向相鄰碼頭引橋漂移，最終與引橋Y7排架發(fā)生碰擦。

受損引橋排架間距10.0 m，寬度12.75 m，高樁梁板式結(jié)構(gòu)；排架設(shè)3根φ800 PHC樁，長28.0 m；橫梁為高1.20 m、寬1.40 m鋼筋混凝土矩形梁；面板為厚0.45 m預(yù)制鋼筋混凝土空心板，現(xiàn)澆層厚0.15 m。

2 損傷檢查與檢測

與引橋PHC樁基碰擦處位于船體左側(cè)舷，該處船體鋼板局部5 mm～8 mm凹陷。

Y7排架上游側(cè)PHC樁距樁頂1.30 m，有高0.45 m、寬0.50 m破損洞，3根縱向主筋和6根橫向箍筋外露，見圖1；破損處至樁頂1.30 m范圍內(nèi)有3條斜向裂縫，長0.35 m～1.30 m，最大縫寬0.50 mm～0.70 mm，見圖2；橫梁與樁基連接處有0.23 m×0.05 m表面混凝土破損。

對受損排架基樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測，結(jié)果表明樁身水下部分無明顯損傷。

3 排架損傷的加固設(shè)計(jì)

3.1 損傷對安全的影響分析

根據(jù)船損事故中受損構(gòu)件特點(diǎn)，損傷的類型、位置和程度等因素，結(jié)合引橋的荷載作用下的受力特點(diǎn)，分析其對引橋運(yùn)行安全的影響[1]：

引橋排架僅上游側(cè)PHC樁與橫梁有損傷，橫梁與樁基聯(lián)接處表層混凝土破損為船舶擊引起的彎曲應(yīng)力過大所致；PHC樁為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，混凝土局部破損和鋼筋外露，破損處會(huì)出現(xiàn)明顯的預(yù)應(yīng)力釋放，損傷區(qū)域應(yīng)力變化劇烈，承載時(shí)也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象[2]；樁基裂縫最大寬度達(dá)0.70 mm，PHC樁整體性、承載能力和耐久性能嚴(yán)重下降；樁基和橫梁損傷后承載，不僅對受損構(gòu)件有影響，同時(shí)排架結(jié)構(gòu)應(yīng)力也會(huì)重新分布。鑒于引橋排架損傷對引橋安全性和耐久性有嚴(yán)重影響，應(yīng)禁止車輛通行，盡快修復(fù)。

3.2 加固方案設(shè)計(jì)考慮因素

根據(jù)船舶撞擊損傷特點(diǎn)和現(xiàn)場條件，加固方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

碼頭平臺(tái)布置3個(gè)泊位，由3座引橋與后方堆場聯(lián)系，受損引橋禁止車輛通行后，碼頭整體運(yùn)行效率下降，運(yùn)行成本增加，應(yīng)盡可能減小加固施工工期；加固作業(yè)時(shí)間受長江潮位影響大，可施工時(shí)間短，加固施工效率低；樁基損傷位于潮位變動(dòng)區(qū)，要考慮潮濕環(huán)境對加固效果的影響；修復(fù)工程工序多，單項(xiàng)工作量小，輔助工作占比大；修復(fù)技術(shù)應(yīng)成熟可靠，修復(fù)后安全性和耐久性與原主體結(jié)構(gòu)不降低；經(jīng)濟(jì)合理。

4 加固方案設(shè)計(jì)

對結(jié)構(gòu)物損傷處理可直接將損傷結(jié)構(gòu)整體拆除重建，也可選擇合適的方法進(jìn)行加固。目前常用的加固方法主要有加大截面加固法、置換混凝土加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增加支承加固法、粘結(jié)外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法和繞絲法等，修補(bǔ)加固中涉及裂縫灌漿、嵌縫封堵技術(shù)、植筋技術(shù)、電化學(xué)防護(hù)技術(shù)、混凝土表面處理技術(shù)等，結(jié)構(gòu)加固主要有加大截面法、置換混凝土法、預(yù)應(yīng)力法、增加支承法、外包型鋼法、粘貼鋼板法、粘貼纖維法等，修補(bǔ)加固時(shí)還涉及裂縫灌漿、嵌縫封堵、植筋、電化學(xué)防護(hù)、混凝土表面處理等技術(shù)等[3]。

根據(jù)受損構(gòu)件特點(diǎn)和損傷類型、位置、程度和現(xiàn)場條件，提出補(bǔ)樁和粘結(jié)外包型鋼綜合加固兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

4.1 補(bǔ)樁方案

拆除Y6～Y8排架上游側(cè)3塊引橋面板和相關(guān)設(shè)施；受損樁基兩側(cè)3.0 m處各設(shè)一根φ1.0 m、長28.0 m鉆孔灌注樁；樁頂和受損PHC樁上部設(shè)置高1.50 m、寬1.20 m，長7.6 m橫梁，底高程低于原橫梁1.0 m，橫梁上部0.5 m與原橫梁相接范圍設(shè)錨栓與上部鋼筋聯(lián)接，鉆孔灌注樁伸入橫梁內(nèi)0.15 m，受損樁PHC樁上部澆筑在加固橫梁內(nèi)，使修復(fù)后新老橫梁整體受力。吊裝引橋面板，澆筑面層混凝土，恢復(fù)上部設(shè)施。

4.2 粘結(jié)外包型鋼綜合加固方案

粘結(jié)外包型鋼為主的綜合加固方案主要工作內(nèi)容為：受損樁裂縫處理、破損空洞處理、橫梁底部破損及裂縫處理、外包型鋼制作、安裝、型鋼內(nèi)灌漿及表面防腐處理等。

對寬度不小于0.20 mm的裂縫進(jìn)行壓力灌漿加固，其他裂縫剔鑿周邊疏松混凝土后用高強(qiáng)度聚合物砂漿修復(fù)；破損洞在剔鑿周邊破損疏松混凝土、外露鋼筋除銹、噴涂阻銹劑后用鋼板條放入樁內(nèi)腔焊接形成內(nèi)模板，M6對拉螺栓固定，高強(qiáng)度聚合物砂漿修復(fù)至原截面；鑿除橫梁破損區(qū)松散混凝土，高強(qiáng)度聚合物砂漿分層抹平壓實(shí)至原截面，達(dá)到強(qiáng)度后在樁頂橫梁底及樁身外包12 mm厚鋼板，下部超出破損區(qū)1.0 m，橫梁和樁身加固鋼板間焊接并設(shè)加勁肋，M20化學(xué)錨栓與橫梁固定，鋼板與樁間預(yù)留5 mm～8 mm間隙，間隙內(nèi)由下而上從鋼板預(yù)留梅花形灌縫孔灌結(jié)構(gòu)膠，鋼板表面防腐處理，見圖3。

4.3 方案比選

根據(jù)兩個(gè)加固方案優(yōu)缺點(diǎn)對比分析(見表1)，推薦粘結(jié)外包型鋼為主的綜合加固方案。

表1 加固方案優(yōu)缺點(diǎn)分析對照表

4.4 加固方案的技術(shù)要點(diǎn)

1)裂縫的封閉及表面破損的處理[4]。

破損處表層松散混凝土需鑿除，裸露鋼筋應(yīng)除銹，聚合物砂漿修補(bǔ)前基面應(yīng)清潔，并保持一定濕度。先涂刷一層聚合物凈漿打底，漿液未硬化前進(jìn)行丙乳砂漿抹面，及時(shí)養(yǎng)護(hù)；裂縫灌漿流程依次為埋設(shè)灌漿嘴、封縫、密封檢查、配置漿液、灌漿、封口結(jié)束和灌漿質(zhì)量檢查，應(yīng)選擇適宜的灌漿嘴數(shù)量、漿液凝固時(shí)間、灌漿壓力；裂縫灌封的改性環(huán)氧樹脂膠應(yīng)滿足抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度不小于20 MPa，50 MPa，30 MPa。

2)外粘型鋼加固。

加固范圍內(nèi)混凝土表面處理至完好面，構(gòu)件截面棱角打磨成半徑不小于7 mm圓角；按實(shí)際測量尺寸制作型鋼構(gòu)件，安裝焊接一次完成；化學(xué)螺桿錨固部位混凝土無缺陷且避開原結(jié)構(gòu)主筋；加固使用Q235B鋼材、E43系列焊條；粘貼型鋼、鋼板配套用粘結(jié)材料應(yīng)選用A級膠，膠體抗拉、抗彎和抗壓強(qiáng)度不小于40 MPa，50 MPa，70 MPa，受拉彈性模量不小于2.5×103MPa、伸長率不小于1.5%。注膠應(yīng)在外粘型鋼全部安裝完成后進(jìn)行，膠縫厚度控制在3 mm～5 mm，注漿完成后型鋼表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理。

5 結(jié)語

針對某失控船舶撞擊碼頭引橋事故，開展船損事故調(diào)查與現(xiàn)場檢測，根據(jù)引橋排架的損傷類型和損傷程度，分析其對安全的影響。綜合考慮受損構(gòu)件受力特點(diǎn)、現(xiàn)場環(huán)境條件，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有施工水平技術(shù)，在確保受損構(gòu)件加固后不降低其安全性、使用性和耐久性的前提下，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦粘結(jié)外包型鋼為主的綜合加固方案，實(shí)施后經(jīng)一年多運(yùn)行檢驗(yàn)效果良好，證明船舶撞擊事故中樁與橫梁聯(lián)接處附近區(qū)域出現(xiàn)的損傷，采用裂縫和破損處理再外包型鋼加固的綜合加固方案是技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的。