陳東生 （安徽建工檢測科技集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

1 裕溪路高架橋工程概況

高架橋作為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其安全可靠性成為關(guān)系國計民生的一件大事。建筑本身不是作為一個獨立的因素存在，全面了解施工過程中的工程總體施工情況，有利于結(jié)合具體的項目環(huán)境，針對不同工況做出相匹配的過程方案[2]。黃峰[3]在城市既有箱梁橋?qū)徍说碾A段使用了實時監(jiān)測與安全評估方法。金鵬[4]綜述了通過有限元法分析地鐵深基坑開挖對周邊建筑的影響。

1.1 工程概述

2019 年建成的合肥市裕溪路高架橋工程跨鐘油坊路段橋，位于裕溪路高架橋工程在軌道交通6 號線沿線周邊影響的輻射范圍內(nèi)，該段橋采用40 m +60 m +40 m 單幅三跨一聯(lián)變截面鋼箱混凝土組合梁，橋梁全長140 m，設(shè)計荷載為城—A 級；設(shè)計行車速度在80 km/h；橋梁橫斷面布置為0.5 m（護(hù)欄）+12 m（機動車道）+0.5 m（護(hù)欄）+12 m（機動車道）+0.5 m（護(hù)欄），全寬25.5 m；主橋主跨凈高5 m。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的一切基礎(chǔ)都是以安全性和耐久度為設(shè)計前提，在此基礎(chǔ)上，部分工程還對設(shè)計師在美觀度、適用性和經(jīng)濟性上提出了更高要求。橋梁是設(shè)計師的靈魂也是城市的名片。隨著橋梁工程可持續(xù)發(fā)展的理念興起，在設(shè)計過程中也應(yīng)考慮施工過程中的環(huán)保性和社會性，積極使用工業(yè)和建筑廢料、減少不可再生資源的消耗、低碳節(jié)能以及全生命周期經(jīng)濟性[5]。

裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）為單幅40 m +60 m +40 m 三跨一聯(lián)變截面鋼箱-混凝土組合梁。上部結(jié)構(gòu)鋼主梁采用Q345D 槽形鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。結(jié)構(gòu)斷面由混凝土橋面板及整體成槽形的鋼梁組成，槽形鋼梁整體上由頂板、腹板、底板、空腹式橫梁、實腹式橫梁、腹板加勁肋、底板加勁肋組成。主梁混凝土強度等級為C50。

下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)?？v橋向橋墩柱寬為1.8 m，橫橋向柱寬1.5 m，雙柱中心間距5.7 m，頂部設(shè)高度1.2 m 的系梁?；A(chǔ)采用現(xiàn)澆承臺接群樁基礎(chǔ)。其中承臺厚度為2.5 m，樁基為雙排共4根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁，樁尖持力層為中風(fēng)化泥巖。系梁、承臺混凝土強度等級為C30。

1.3 軌道交通區(qū)間工程概況

高架橋梁和城市軌道交通的初衷都是為了交通便利，因此兩者之間在設(shè)計上有較強的交互性[6]?？紤]兩者在工程與安全上的相互影響作用，需要對兩者工況進(jìn)行深入分析。隧道洞身主要穿越（3-1-2）黏土層、（5-1-1）全風(fēng)化泥巖、（5-1-2）強風(fēng)化泥巖。鐘油坊路站～大眾路站區(qū)間隧道由南向北沿鐘油坊路敷設(shè)，穿越裕溪路高架橋后線路右拐進(jìn)入和平路，沿規(guī)劃和平路路敷設(shè)。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，線間距14.0～19.7 m，隧道頂部埋深為8.76～30.83 m。鐘油坊路站～大眾路站區(qū)間設(shè)計范圍為CK32+710.338～CK34+222.052，右線全長1511.714 m。

1.4 橋梁與區(qū)間工程相對位置概況

根據(jù)詳細(xì)勘察報告，了解土工程、橋梁和周邊環(huán)境情況及區(qū)間隧道與橋梁、橋樁的相對位置關(guān)系等[7]。使用工程類比等方法，根據(jù)現(xiàn)場實地情況，制定基礎(chǔ)的設(shè)計原則，并進(jìn)行可行性分析和判斷。準(zhǔn)確分析工程影響分區(qū)，認(rèn)定風(fēng)險工程分級，最后提出評估橋梁現(xiàn)狀的要求。

軌道線隧道側(cè)穿橋梁基礎(chǔ)，橋梁主墩采用柱下鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主橋基礎(chǔ)灌注樁距隧道（右線）邊緣最近距離約為1.58 m。

2 裕溪路高架橋檢測過程

高架橋梁的檢測較城市橋梁的檢測更加嚴(yán)格，對檢測的科學(xué)性要求也更高，檢測過程不僅需要針對橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行評估，更需要為后續(xù)橋梁病害處理提供理論和數(shù)據(jù)指導(dǎo)意義[8]。

2.1 檢測依據(jù)和目的

該高架橋梁的檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國家和行業(yè)現(xiàn)行法規(guī)、政策以及標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)狀調(diào)查、實地檢測、鑒定橋梁現(xiàn)狀使用情況、結(jié)構(gòu)安全性計算分析等對既有橋梁現(xiàn)狀做出評估；針對既有橋梁的剩余結(jié)構(gòu)變形能力進(jìn)行分析預(yù)測；通過施工影響后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)的剩余抗變形能力進(jìn)行對比分析，分析既有橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 檢測方法

基于對委托方和項目方提供的高架橋梁工程資料調(diào)查，對橋梁歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行深入了解，通過工程地質(zhì)概況分析巖土成因、性質(zhì)和特征，并結(jié)合當(dāng)?shù)厮乃麠l件進(jìn)行綜合考察。對橋梁上部橋面、下部橋墩等主體構(gòu)筑物進(jìn)行外觀檢測，尤其是針對主梁進(jìn)行既有差異沉降檢測。

2.3 檢測結(jié)果

該工程自建成以來，一直作為城市快速路使用，未發(fā)生功能改變也未遭受自然和人為毀壞。設(shè)計圖紙資料齊全，使用狀況良好且設(shè)計使用功能與現(xiàn)場調(diào)查情況基本一致。裕溪路高架橋梁位于南淝河二級階地，鐘油坊路站（CK32+710.338）至大眾路站（CK34+222.052）線路地勢平坦，地面高程12～16 m。

3 裕溪路高架橋的安全評估

3.1 基于有限元模型的既有橋梁基礎(chǔ)允許變形能力評估

采用Midas Civil有限元軟件對全橋進(jìn)行建模分析，其中主梁采用桿單元模擬（圖1），共劃分主梁單元92，節(jié)點101。模型計算主要考慮了結(jié)構(gòu)荷載、移動荷載、整體升降溫以及溫度梯度等方面對結(jié)構(gòu)承載能力的影響，并通過計算不同支座沉降量下上部結(jié)構(gòu)的正截面內(nèi)力、裂縫等方面來判斷施工過程中樁基的控制沉降值，各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值均參照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）進(jìn)行選取，驗算工況選最不利工況。

圖1 主梁節(jié)點劃分示意圖

①沉降5mm

沉降5mm時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設(shè)計強度為270 MPa，主梁最大拉應(yīng)力217.85 MPa＜270.00 MPa，最大壓應(yīng)力179.00 MPa＜270.00 MPa，主梁正應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

沉降5 mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：C50 混凝土名義拉應(yīng)力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應(yīng)力為6.9 MPa，滿足規(guī)范要求。

沉降5 mm 時，全橋抗彎承載力、橋面板裂縫寬度均能滿足要求。

②沉降7mm

沉降7 mm 時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設(shè)計強度為270 MPa，由圖3、圖4計算可知，主梁最大拉應(yīng)力217.79 MPa＜270.00 MPa，最大壓應(yīng)力179.70 MPa＜270.00 MPa，主梁正應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

沉降7 mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：C50 混凝土名義拉應(yīng)力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應(yīng)力為7.1 MPa，滿足規(guī)范要求。

沉降7 mm 時，全橋抗彎承載力、橋面板裂縫寬度均能滿足要求。

③沉降10mm

沉降10 mm 時，使用階段鋼梁梁抗彎承載力驗算：鋼板厚16～40 mm 時，Q345 鋼材抗拉、抗壓設(shè)計強度為270 MPa，由圖2 計算可知，主梁最大拉應(yīng)力217.85 MPa＜270.00 MPa，最大壓應(yīng)力180.20 MPa＜270.00 MPa，主梁正應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

圖2 基本組合下鋼梁應(yīng)力（單位：MPa）

沉降10mm 時，使用階段混凝路裂縫驗算：由圖3 可知，C50 混凝土名義拉應(yīng)力7.2 MPa，主梁混凝土部分最大拉應(yīng)力為7.5 MPa，支點處不滿足規(guī)范要求。

圖3 使用階段短期組合應(yīng)力圖（單位：kN）

沉降10 mm 時，全橋抗彎承載力滿足要求，但橋面板名義拉應(yīng)力已經(jīng)超規(guī)范要求。

綜上所述，當(dāng)相對支座沉降7 mm時，各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求；當(dāng)相對支座沉降10 mm 時，橋面板頂面最大應(yīng)力出現(xiàn)在支點處，已經(jīng)超過名義拉應(yīng)力，同時經(jīng)分析可知沉降對鋼梁應(yīng)力影響較小，因此分析控制沉降為7 mm。橋梁允許最大差異沉降率為2‰，則本橋允許不均勻沉降為60m×2‰=120 mm。綜合分析得允許差異沉降量為7 mm，相應(yīng)差異沉降率為0.117‰。

3.2 隧道施工對裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）影響分析

本次數(shù)值模擬計算采用PLAXIS 3D軟件進(jìn)行合肥地鐵6 號線鐘油坊路站～大眾路站區(qū)間隧道盾構(gòu)施工對裕溪路高架橋工程的影響計算。模型長寬高為260 m×80 m×70 m，使結(jié)構(gòu)到模型邊緣的距離大于25.0 m。采用15 節(jié)點三角形單元進(jìn)行劃分，網(wǎng)格剖分如圖4、圖5所示。

圖4 有限元網(wǎng)格剖分

圖5 隱藏部分土體后的有限元網(wǎng)格剖分

圖6 盾構(gòu)誘發(fā)地面的沉降曲線

由表2可知，合肥軌道交通6號線鐘油坊路站～大眾路站區(qū)間隧道盾構(gòu)施工對裕溪路高架橋工程的影響歸納如下。

表2 雙線貫通時裕溪路高架橋工程相鄰承臺差異沉降匯總表

①左線穿越后，左線中心軸正上方地表產(chǎn)生最大豎向沉降為-3.29 mm；雙線貫通后，在雙線對稱軸正上方地表產(chǎn)生最大豎向沉降為-6.33 mm。

表1 不同工況下裕溪路高架橋工程承臺變形匯總表

②左線貫通后，盾構(gòu)施工使裕溪路高架橋工程橋墩承臺產(chǎn)生的最大豎向沉降為-0.79 mm，位于C3 位置處。雙線貫通后，盾構(gòu)施工使裕溪路高架橋工程橋墩承臺產(chǎn)生的最大豎向沉降為-2.67 mm，位于C3位置處。

③雙線貫通時，盾構(gòu)施工使裕溪路高架橋相鄰承臺之間的最大差異沉降率為0.0315‰，相應(yīng)差異沉降量為1.26 mm，位于C2承臺與C3承臺之間。

3.3 軌道交通穿越施工變形分析及控制指標(biāo)

根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測、結(jié)構(gòu)計算及軌道交通穿越施工變形預(yù)測，可得到如下結(jié)果，見表3。

表3 軌道交通穿越施工變形分析

通過表3 可看出，軌道交通穿越施工后，結(jié)構(gòu)尚有一定變形儲備，表明隧道盾構(gòu)施工可正常施工。

綜合結(jié)構(gòu)檢測現(xiàn)狀等因素，最終確定結(jié)構(gòu)變形控制差異沉降率見表4。

表4 穿越施工變形控制指標(biāo)

由表4 可以看出，主橋邊跨控制差異沉降率為0.092‰，相應(yīng)控制差異沉降量為3.6 mm；主橋中跨控制差異沉降率為0.100‰，相應(yīng)差異沉降量為6.0 mm。

4 結(jié)論及建議

通過上述檢測、評估、分析，現(xiàn)階段裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）可滿足正常使用，合肥軌道交通6 號線穿越施工后，結(jié)構(gòu)尚有一定變形儲備。但應(yīng)對裕溪路高架橋（跨鐘油坊路段）進(jìn)行實時監(jiān)測，嚴(yán)格監(jiān)控橋墩及上部承重構(gòu)件的裂縫開展情況。該工程的風(fēng)險等級為Ⅱ級，應(yīng)實施風(fēng)險防范與監(jiān)測，制定風(fēng)險處置措施。

綜上所述，筆者提出以下4點建議。

①在施工中嚴(yán)格控制頂推力、施工速度、注漿壓力、頂推行進(jìn)方向等施工要素，同時采取加強同步注漿、徑向補償注漿及加快漿液硬化速度等措施控制基礎(chǔ)沉降。

②應(yīng)對周圍地表位移等進(jìn)行實時監(jiān)測（包括地表沉降監(jiān)測、地下水監(jiān)測等），豎向位移監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在橋墩（或承臺）上（主要監(jiān)測差異沉降率）；合理設(shè)定監(jiān)測預(yù)警值并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給委托方或相關(guān)單位，監(jiān)測單位應(yīng)加強與安全評估單位的銜接。

③盾構(gòu)施工過程中應(yīng)注意排水設(shè)施的設(shè)置與維護(hù)，避免地下水及地表水的滲入引發(fā)安全事故。

④施工前制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)警方案，建立應(yīng)急搶險機制，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工進(jìn)度和施工工藝，對存在安全隱患的區(qū)域應(yīng)通過加固等措施予以排除。