日本阿苏长阳大桥的“震后余生”
阿苏长阳大桥修复通车全景
阿苏长阳大桥是一座4跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥，位于阿苏火山西南方约10公里处。2016年4月，熊本大地震期间发生了两次强地震动，地震烈度超过7级，导致阿苏长阳大桥和57号国道上的基础设施遭到了严重破坏，当地交通完全瘫痪。阿苏长阳大桥的被迫关闭，也给周边居民的日常生活带来了麻烦。因此，人们非常希望这座桥能够尽快修复通车，修复方案也很快被提上了日程。
据报道，阿苏长阳大桥在熊本地震中出现了桥台下沉、桥墩混凝土开裂分层、支撑装置失效、箱梁表面开裂等较为严重的破坏。由于需要同时修复这些受损的构件，为了避免长期的封路绕行给交通带来严重的影响，笔者团队设计出了一种修复方案，让这座桥在1年零4个月后，重新投入使用。大桥于2017年8月27日正式恢复通车。
快速制定修复方案
熊本大地震发生在日本南部的九州中心地区，最大震级超过7级。地震导致各种基础设施遭到破坏，交通被迫关停。根据南阿苏村、公路管理处、国土交通省的紧急要求，计划实施了包括阿苏长阳大桥在内的道路灾后修复项目，并根据调查结果，确定了基础设施的修复方法，对桥梁的上部结构和桥墩进行了修复。
图1 修复中的阿苏长阳大桥全景图
阿苏长阳大桥建于1993年，如图1所示，两侧的边跨长度不等，三个桥墩均为空心墩。靠近A1桥台的道路因边坡破坏而发生垮塌。桥台开裂严重，沉降达2米。A2桥台，由于桥台在垂直于桥轴方向上发生位移，造成支撑主梁的支座严重变形。因此，侧挡块的螺栓也都被破坏了。此外，P3桥墩受损最严重。如图2所示，墩身出现了表层混凝土脱落及大面积的横向裂缝。在上部结构中，支座和主梁也受到了严重的损坏。腹板和箱梁虽未发现严重的裂缝，但有很多表面裂纹。
图2 P3墩的损伤
为了修复大桥，使边坡变形造成的损伤最小化，笔者团队研究并选择了适合的修复技术，将桥梁性能修复至震前水平。
对接近A1桥台的路线进行了修改和重新设计，以避免山体滑坡。采用5跨的钢筋混凝土弯箱梁代替了原始的连续刚构。旧的A2桥台在安装完临时支撑后已拆除。然后，在坚实的地基上进行新A2桥台的重建，用稳定土进行开挖置换。为了确认修复效果，掌握桥梁施工状态，并获取对维护有用的数据，对谐振频率进行了逐步测量。
如何提高修复工作的效率
由于现场有大量的施工作业，场地拥挤，为了保证工作效率，施工人员夜以继日地进行修复施工。
根据气象条件，该桥位于山区，5月至9月为雨季，天气变化快。特别是从12月到次年2月，温度降至冰点。因此，采用环氧树脂填充裂缝，并粘接碳纤维板。
桥梁上部结构及桥墩的修复
对于上部结构的修复，采用碳纤维板对箱梁进行了维修。桁架式悬吊脚手架安装和拆卸方便，修复效果好。将碳纤维板粘到箱梁的外表面，中间涂环氧树脂，表面涂丙烯酸树脂，以防止紫外线降解。箱梁内部的混凝土腹板不进行修补。
在大桥投入使用后，用碳纤维板对桥墩进行了修复。然而，在这一阶段，运输重约15,000公斤的维修材料成为一个关键问题。因为没有通往施工现场的道路。在使用之前，材料由起重机从桥上卸到桥墩底部，进行临时放置。在施工过程中安装了起重设施和桥墩脚手架。利用这些设施，对桥墩进行了填缝、断面修补和黏结碳纤维板。最后，在桥墩表面涂上聚合物砂浆，以保护环境。
环氧树脂用于填充裂缝，并进一步用作碳纤维板的底漆和浸渍材料，在表2所示的温度和湿度条件下发挥效用。施工现场的温度低于5℃，可能导致固化不良。另外，由于固化前湿度的影响，环氧树脂可能会变黏。因此，作为防止上部板漏水的对策，水流被引至远离碳纤维板的区域，直到大桥表面防水为止。
图3 桁架式悬挂脚手架
另外，由于降雨肯定会影响树脂的性能，因此在施工期间也需要经常查看天气信息，并会在预报有雨的情况下提前停止施工。最终，成功地避免了树脂的漂白和变黏。
由于12月后的气温可能会降到5°C以下。因此，修复工作设法在11月前完成。最终，修复工作于11月16日完成。
在空心桥墩内浇筑自密实混凝土，用于修复桥墩的抗剪强度。在竖向上钻了一个直径为200毫米的检查孔，以便在未来再次发生地震时，可以用摄像机直观地检查桥墩内的状态。为了用混凝土泵浇筑自密实混凝土，箱梁的顶板上钻了一个孔，并插入了加压管道。为保持上部结构的承重能力，在桥墩顶部开了一个尺寸为1.0米x0.8米的小口，进行混凝土浇筑。在钻孔之前，用碳纤维板加固洞口周围的混凝土。
选用自密实高粘剂混凝土，并预先进行了性能试验。在贯穿厚度裂缝的位置布置了加强筋。通过使用混凝土泵作为管道，在距A2桥台背面约100米处，水平放置混凝土。为了减少混凝土中的材料离析，用绞车调节软管的高度，并尽可能靠近浇筑的混凝土表面。根据分析结果确定每个周期的放置高度，同时考虑了在新混凝土状态下，作用在现有桥墩上的压力影响。为便于检查孔的安装，第一批约为8.5米，第2批至第18批约为1.2米。放置第一批后，在空心墩内部组装了一个楔形脚手架，用于安装检查孔和布置钢筋。此外，在放置混凝土之前，影响施工区域的脚手架也被拆除和悬挂。
与安全施工有关的是，桥墩内的氧气和有害气体浓度未知。因此，在钻孔后连续进行了氧气、硫化氢、可燃气体和一氧化碳的测量。
更换支座
用线锯锯掉损坏的轴承装置。由于桥台与主梁间距较窄，在桥台改造时提前将支座地脚螺栓放置在钢制空隙中。A1桥台侧的箱梁因桥台下沉而被悬臂支撑，箱梁端部因温度变化沿垂直方向移动了约2厘米左右。因此，在改造后的A1桥台顶部安装千斤顶，临时支撑主梁安装支座装置。支座装置的主体从安装在桥台前的脚手架侧面拉到指定位置，然后与预先安装的地脚螺栓连接。
图4 透明的模架
为修复支座后端，用树脂锚将加强件固定到预应力混凝土主梁的底部。在相当于上部结构反力的荷载作用下，梁的边缘被顶起。拼装钢筋和模板，用无收缩的砂浆填充，然后与主梁结合。在这种情况下，支座装置和主梁底部之间的狭窄间隙是有关的。因此，使用透明模板对无收缩的砂浆进行浇筑，以检查填充情况。
阿苏长阳大桥的修复和通车，大大缩短了人们的出行时间，也促进了阿苏地区旅游业的发展。
本文刊载 / 《桥梁》杂志
2021年 第1期 总第99期
作者 / 三原真一
作者单位 / 日本富士P.S.株式会社福冈分社
翻译 / 单霏霏
编辑 / 裴小吟
美编 / 赵雯
责编 / 周洋
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲
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