0 引言

　　桥梁结构所存在的环境及其工艺非常复杂，使得桥梁工程面临着众多风险因素，对其产生不利影响甚至造成坍塌事故。不管是在设计阶段、施工阶段还是运营阶段，都将受到各种因素的影响，导致工程事故发生。因此，要制订完善的公路桥梁应急保障方案，桥梁受到破坏可迅速采取桥梁检测与修复措施并实施。针对目前经常出现的桥梁垮塌、桥梁火灾等病害，工程中有对应的应急措施，但针对复杂环境下桥墩需更换的桥梁抢修措施却鲜有研究。

　　1 工程概况

　　某高速公路桥梁全长226.88m，为装配式预应力混凝土连续小箱梁桥结构，跨径组合为(5×20+6×20) m。桥梁分双幅布置，单幅桥梁总宽度16.5m，由5片小箱梁组成，梁高1.2m。桥面铺装为10cm厚C40混凝土铺装层+11cm厚沥青混凝土铺装层，墩台处采用GQF-80型伸缩缝。箱梁采用C50混凝土，墩柱、盖梁采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。右幅桥梁总体立面及其相应的桥墩标号如图1所示，该幅6号立柱高度达11m，为最高立柱;设计柱径1.2m，桩径1.5m，桩长38m，地质条件为黏土或粉质土、下有卵石夹层。

　　图1 桥梁立面示意(单位:cm)  

　　2 桥梁病害情况

　　该高速公路桥右幅出现安全事故，经现场调查，桥梁西侧倾倒有大量建筑垃圾，地面标高因堆积填土和建筑垃圾比原设计地面标高高出约5m。位于6×20m跨的6号墩右幅桥梁最外侧立柱(6-6号立柱，构件编号如图2所示)出现倾斜断裂，上部桥面结构下陷，严重阻碍通行。

　　图2 6号墩处构件编号(单位:cm)  

　　根据现场调查，6号墩6-6号立柱剪断，6-4,6-5号立柱、盖梁及梁体均出现不同程度破坏。其中，6-6号立柱已完全断裂，6-4,6-5号立柱有明显横向变形，且6-5号立柱顶部出现环向裂缝，距天然地面1.2m以上立柱每20～30cm有1条环向裂缝，柱梁刚接位置西侧面有斜向裂缝。6-4号立柱自地面2.3m以上每20～30cm有1条环向裂缝，立柱、盖梁刚接位置西侧面有斜向裂缝。

　　4,5号箱梁支座已完全脱空，1～3号箱梁局部脱空，横桥向滑移约10cm。桥梁西侧边梁，即5号箱梁在6号墩位置处竖向开裂，裂缝延伸至翼缘板顶面。

　　现场检测表明，下部结构中桩基及系梁基本完好，满足承载力要求，可继续使用;6-5号立柱已完全剪切破坏，6-4号和6-5号立柱出现多条横向贯通裂缝，该幅6号桥墩基本丧失使用功能。上部结构有明显的下挠现象及轻微的混凝土开裂现象，6号墩处支座出现明显变形。

　　3 抢修流程及难点

　　3.1 施工难点

　　1)桥梁处于该路段凹曲线最低点，桥下有大量淤泥，深5～7m，且淤泥流动性较大，须先将淤泥清除才能进行下一步桥梁应急抢修工作。

　　2)桥梁最外侧立柱已完全失效，其余立柱、盖梁及梁体均出现不同程度破坏，在清淤过程中存在立柱周围受力不平衡或机械与结构物发生碰撞风险，故桥下作业人员与机械安全将成为重点。

　　3)由于上部结构的存在，且受损桥墩也不属于高墩，抢修加固中桥下施工空间狭窄，且不属于常规施工过程中从下至上的施工工序，桥下总体施工难度偏大。

　　3.2 更换流程

　　为了最大限度压缩抢修工期，同时应保证施工质量和安全，按“先稳后换”的思路进行抢修作业，即清除建筑垃圾→临时支撑稳定受损立柱和盖梁→清除桥下淤泥→搭设主梁临时支撑→拆除受损下部结构→重新浇筑下部结构→拆除临时结构、施工完毕。

　　4 施工关键技术

　　4.1 卸载及临时支撑施工

　　建筑垃圾倾倒是造成桥墩断裂的直接原因，因此抢修的第1步为建筑垃圾卸载，卸载过程中应做到边施工边监测，保证受损结构的稳定性。卸载的关键在于采用分级放坡，在留有足够的施工空间情况下保证残留建筑垃圾的稳定性，放坡如图3所示。

　　图3 放坡示意(单位:m)  

　　因事故立柱已横向断裂，盖梁在该侧处于近悬臂状态。为保证桥下施工安全，建筑垃圾卸载后需首先对盖梁进行临时支撑。支撑方式为在桥梁外侧施工钻孔灌注桩及桩基承台，在承台上设置斜向钢立柱对盖梁进行临时支撑。施工过程的盖梁临时斜撑如图4所示。

　　图4 临时斜撑安装(单位:cm)  

　　4.2 桥下清淤

　　为保证桥下施工安全，桥下清淤应在临时斜撑安装完成且保证结构稳定后进行。该施工工序关键技术在于边开挖边回填和双线开挖，挖掘机反复推进直至挖到桩基系梁底面下1m，并根据现场情况，如现场发现以下土层还是淤泥，应继续开挖直至硬质地面;并且在淤泥清理完成后，应迅速进行基础换填施工。

　　4.3 主梁临时支撑施工

　　主梁临时支撑采用桥下扩大基础+钢立柱+工字钢横梁+千斤顶的支撑方案，如图5所示。

　　4.4 受损结构拆除

　　图5 主梁临时支撑施工(单位:cm)  

　　待主梁临时顶升完成后，按自上至下的顺序逐步拆除盖梁和立柱。考虑到吊装空间有限，盖梁采用人工凿除施工，6台空压机同时工作，人工凿除盖梁。由于立柱中间被剪断，在拆除盖梁后立柱会在剪断部位折断掉下，提出采用抱箍临时支撑的拆除方案，如图6所示。在每根立柱上平均安装3个抱箍，每个立柱抱箍之间用槽钢进行横向和斜向连接。由上至下拆除立柱过程中逐层拆除抱箍支撑，直至拆除完毕。

　　图6 立柱横向连接  

　　4.5 新立柱施工及体系转换

　　因桥下空间无法搭设盖梁施工支架，桥墩、盖梁在立柱模板拆除后进行施工，采用无支架抱箍法施工工艺。抱箍尺寸与前述凿除施工时立柱抱箍尺寸相同，抱箍内侧增加土工布，增加摩阻力，抱箍安装后在其顶面放置钢砂桶，并假设工字钢横梁作为盖梁模板的支撑面。

　　盖梁顶面距箱梁底面仅约40cm，操作空间非常狭小。待垫石模板安装完成后，将拌合混凝土运至盖梁顶面后人工放至垫石模板内并调平。待混凝土达到规定强度、支座安装及调平完成后，临时支撑千斤顶回油，梁体落至支座，完成体系转换。

　　5 施工安全监测

　　桥梁西侧建筑垃圾和填土均处于松散状态，在自重作用下仍会沉降固结，土体边坡仍会产生侧向变形，土体沉降和变形过程中仍会对桥墩和桥墩地基产生附加作用，桥梁变形和病害可能继续发展。桥梁西侧填土和建筑垃圾在不断挖除卸载时，桥墩、盖梁可能向西恢复变形，恢复变形过快时可能出现倒塌。卸载作业机械距离桥梁较近，作业过程中的振动会对桥梁产生不利影响。临时支撑桩基、承台施工时也会对桥梁造成一定影响。根据现场状况，卸载过程中重点监测墩柱和盖梁的变形发展情况，同时应注意上部支座脱空边梁的位移发展，具体监测内容包括以下4个方面。

　　1)西半幅6-1号柱底部仍直接承受土压力，其倾斜和横桥向变形可能继续发展，应测柱底的横桥向位移(监测点5)。

　　2)西半幅6号墩盖梁西端已呈悬臂状态，在自重和6-1号柱变形过程中，盖梁西侧悬臂端会出现横桥向和竖向位移，应布点监测盖梁西端位移(监测点3)。

　　3)西半幅6-1号柱支撑失效后，6-2号柱呈偏心受压，柱顶(盖梁)会出现横桥向和竖向位移，应布点进行监测(监测点4)。

　　4)西半幅6号墩顶除东侧5号梁支座未脱空外，其余4片梁底均出现不同程度脱空，6号墩支点除承受最大正弯矩，梁体可能开裂下挠，应监测其竖向和横向位移(监测点1,2)。

　　各监测点的布设位置如图7所示。

　　图7 结构变形监测点布置(单位:cm)  

　　桥梁临时支撑施工完成后，桥梁上部结构荷载由临时支撑承受。在上部结构荷载作用下，临时支撑钢盖梁和钢管柱将发生变形，如果产生过大变形则将对上部主梁不能形成有效支撑，达不到临时支撑原本设计效果。因此，应对桥梁临时支撑和上部主梁进行变形监测，掌握临时支撑的工作状态和主梁的挠度与位移变化。临时支撑在6号墩南、北两侧对称布设，并由横向连接钢构件。根据结构对称性，选择南侧临时支撑布设测点进行变形监测，测点布置如图8a所示，主梁变形监测点布设如图8b所示。具体监测内容为:(1)6号墩南侧临时支撑钢盖梁变形监测(监测点6,7);(2)6号墩南侧临时支撑钢管柱变形监测(监测点8～11);(3)6号墩西侧盖梁斜撑钢管柱变形监测(监测点12,13);(4)第7跨1号边梁、3号中梁和5号边梁变形监测(监测点14～16)。

　　图8 临时支撑与主梁变形监测点布置  

　　施工中西侧承台和盖梁之间的斜向钢管临时支撑受力较不利，为掌握其在各施工中受力变化情况，在柱顶和柱底各布设1对应变计监测其受力状态。

　　现场监测预警级别和应对措施如表1所示。

　　表1 预警级别及应对措施 

　　表1 预警级别及应对措施

　　施工过程中相关测点的变形发展情况如图9所示，由图可知，在卸载过程中，主梁变形基本稳定，这表明上部结构的整体性尚好，而桥墩和盖梁向卸载侧变形恢复较快，表明卸载方案的有效性。现场施工过程中，根据监测数据指导施工作业，适时调整卸载速度，既确保抢修工期，又保障施工安全。

　　6 结语

　　本文以某高速公路桥梁为例，研究了在役桥梁桥墩破坏后的整体更换方案，分析了更换施工中的关键技术，可得到以下结论:对于出现桥梁下部结构损坏或需上部结构临时支撑的应急处置时，因桥下空间局限性，往往具有施工难度较大特点，本文提出的“先稳后换”抢修思路最大限度地缩短了抢修工期，同时保证了施工质量和施工安全，该抢修技术可为类似其他桥梁应急抢修事故的处理提供参考。

　　图9 测点位移-时间变化曲线