G5京昆高速瓦厂坪大桥应急抢险工程

       

工程概况

       

近年来，我国公路建设重心从平原地区向山岭重丘区转移，山区公路往往是连接偏远地区、少数民族地区、贫困地区的重要通道。沿线往往具有地形陡峻、地质条件复杂、地质灾害频发等特点。相比隧道、路基，桥梁结构更加脆弱且难以修复,桥梁发生险情中断交通后绕行困难，对沿线地区经济发展和人民群众生产生活势必造成很大损失和不便。

G5京昆高速(雅西段)是四川攀（枝花）西（昌）地区连接省会成都的唯一大通道，整条高速路线展布在崇山峻岭之间，被誉为“天梯高速”。其瓦厂坪大桥所在斜坡地质地貌复杂，植被茂密。

图1  瓦厂坪大桥航拍照片        

2018年3月初，雅西高速巡查人员发现瓦厂坪大桥伸缩缝隆起错位，我公司开展应急检测后发现该桥多跨T梁滑移错位超过100mm，桥墩最大倾斜度超过20‰，桥墩柱身、系梁裂缝大量分布且宽度远超规范限值。且该桥病害范围和程度每日均在持续增大，鉴定该桥为5类桥，已处于不适于继续承载的极限状态。

按应急预案，报主管部门同意后封闭京昆高速瓦厂坪段双向交通，临时通行最少需绕行104km，且路况较差，又正值凉山彝族自治州脱贫攻坚关键期，沿线交通压力极大。

瓦厂坪大桥突发险情后，我公司根据应急检测、现场调研及受力分析初步判断桥梁受损源于瓦厂坪山体变形。为验证初步分析结论，明确桥梁病因并掌握山体变形范围和程度，融合运用GNSS和InSAR对瓦厂坪大桥区域进行调查，发现了瓦厂坪山体以瓦厂坪大桥6号墩为中心呈盆式沉降的变形特征。我公司立即启动煤层采空区专项调查，确认桥位下方400～500m的煤层采空区为诱发山体变形并致使桥梁出现严重结构病害的主要原因。

为实时掌握桥梁结构受力及变形情况，及时预警、并评估桥梁处治效果，针对性的选择监测项目和布置测点，超规范提出危桥预警阈值开展桥梁应急监测，为应急抢险施工及后期带病害运营提供了安全保障。

针对采空区地表沉降长期持续且难以根治的特点，我公司摒弃了投资巨大且施工期长的的改线方案或原址拆除重建方案，开创性地提出“陆上浮桥”方案，巧妙地拟定了采用“三柱式钢管立柱排架”作为辅助支撑结构，扩大了对上部结构的支承范围，降低了受损墩柱的承载负担，解除了桥梁垮塌风险并整体提高了瓦厂坪大桥在长期、缓慢、持续的地质变形体上的适应能力。

图3  处治后的瓦厂坪大桥航拍照片

此次抢险提出并运用了地质变形体上病险桥梁检测监测评估处治体系，最终在2018年7月将处于破坏临界状态的瓦厂坪大桥成功修复并抢通了雅西高速瓦厂坪路段。

       

主要创新点

       

瓦厂坪大桥发生重大险情后，通过应急检测确定病害程度、评估桥梁技术状况并初步分析病害原因，融合运用GNSS和InSAR确定桥梁病因和所在山体变形范围和程度，开展应急监测实时掌握桥梁关键结构数据变化，同时在原桥下增设辅助支撑结构，消除处于破坏临界状态桥梁的垮塌风险，提高桥梁适应地基变形的能力。根据监测及检测数据评估后开放交通，运营期持续监测并动态检测评估，适时调整顶升上部结构，使桥梁具备适应地基变形的能力，形成了一套地质变形体上病险桥梁检测监测评估处治体系。          

图 4 总体技术路线图          

二、关 键技术方案        

1)创新性的建立了地质变形体上病险桥梁检测监测评估处治体系，高效有序地组织检测、监测、加固处治设计等项专业技术协同工作。

2)首次融合运用 GNSS和InSAR开展桥梁病因调查，为明确变形原因提供了重要依据。同时两种监测结果互相佐证，既优化了GNSS点位布置，又优化InSAR卫星选择。

3）对受损变形远超规范限值处于垮塌临界状态的危桥开展应急监测，并进行了有效预警。提出了基于现有桥梁病害损伤程度、发育速度，通过分析桥梁变形、受力和既有病害发育特征并结合所在区域地形地质、地质灾害等桥梁结构危险源等信息，针对性的选择监测项目和布置测点并超规范制定预警阈值的监测方案，并开发了一套适用于桥梁垮塌临界状态的监控云平台。

4）开创性地提出“陆上浮桥”方案，采用“三柱式钢管立柱排架”扩大了对上部结构的支承范围，提高了施工便利性，缩短了工期。极大消除了原桥桩柱因地基变形产生的不利附加弯剪内力，减小了受损混凝土桩柱的承载负担，并整体提高了瓦厂坪大桥在长期、缓慢、持续的地质变形体上的适应能力。该方案申请了国家专利。

三、综合实施效果        

瓦厂坪大桥抢险施工仅用129天，于2018年7月10日实现管制通行。应急监测系统转为了健康监测系统的一部分进行了长达3年的持续监测及动态检测评估，于2019年10月1日全面恢复通行。数据显示，山体变形仍缓慢持续，但桥梁变形情况趋缓，裂缝、墩柱倾斜等病害明显减轻。且历经周边雅安芦山6.1级、甘孜泸定6.8级等多次地震后，桥梁支撑状态良好，原受损墩柱的病害未见有明显增加，桥梁安全处于可控范围。

经评估后，不再改线重建，相对于采用隧道改线方案至少节省了3亿资金并提前至少1年实现通车。

瓦厂坪大桥的迅速通车对沿线少数民族地区的旅游、农产品销售起到了巨大支持作用，为沿线贫困地区脱贫攻坚战役的胜利贡献了一份力量，产生了良好的社会效益和经济效益。