連續(xù)剛構(gòu)橋施工風(fēng)險評估

吉祥禹

(中交三公局第二工程有限公司，北京 100023)

近年來，我國交通事業(yè)快速發(fā)展，實現(xiàn)了橋梁建設(shè)“跨越式”的發(fā)展，然而在橋梁建設(shè)飛速發(fā)展的同時，橋梁工程面臨的各種事故和潛在風(fēng)險日益嚴(yán)重，一方面表現(xiàn)為橋梁工程事故發(fā)生的可能性比過去大大增加，由于追求快速的建設(shè)，可能導(dǎo)致橋梁建設(shè)中存在許多潛在風(fēng)險。另一方面表現(xiàn)為風(fēng)險事故的后果嚴(yán)重程度大大增加，目前國內(nèi)橋梁投資規(guī)模都非常大，這樣的投資無論對于投資者還是國家，都是巨大的數(shù)目。

提高橋梁施工水平也日益成為我國橋梁工程界廣泛關(guān)注和討論的問題。這其中，如何使橋梁工程的決策尤其是工程關(guān)鍵問題的決策更加科學(xué)，特別是如何認(rèn)識和應(yīng)對在橋梁施工中可能出現(xiàn)的不確定因素是比較有代表性和普遍意義的問題之一。近年來，利用風(fēng)險評估解決橋梁工程中的復(fù)雜決策問題，并基于風(fēng)險管理處理這些問題，為橋梁施工提供了經(jīng)驗借鑒。

1 實橋基本資料

弘農(nóng)澗河特大橋位于著名的風(fēng)景區(qū)函谷關(guān)北約1 km處，橋位下游(北側(cè))約400 m及800 m處分別為連霍高速的弘農(nóng)澗河特大橋和鄭西高鐵客運專線特大橋。弘農(nóng)澗河特大橋跨越弘農(nóng)澗河河谷，河谷為弘農(nóng)澗河切割形成，溝底平臺，東高西低，高差約2 m。兩側(cè)岸坡陡峭，最大高程65 m，兩岸臺塬上地勢平坦，臺塬邊緣枝狀沖溝發(fā)育。根據(jù)橋位置處地形地貌，確定橋跨布置為4×50 m+4×50 m+(82+3×150+82)m+3×50 m，橋梁起點樁號為 K914+286.71，終點樁號為 K915+459.1，全長 1 172.4 m。全橋共分4聯(lián)，其中主橋為82 m+3×150 m+82 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋為跨徑50m的先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T形梁橋。主橋立面如圖1所示。

主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁形式，橋?qū)挒?×19.45 m，橫橋向布置:2×(3 m人行道+0.5 m右側(cè)路緣帶+4×3.75 m行車道+0.5 m左側(cè)路緣帶+1/2中央分隔帶)=39 m。箱梁為單箱單室截面，箱梁頂寬19.45 m，底寬9.15 m，懸臂長5.15 m，墩頂處梁高10 m，梁端及跨中梁高3.5 m，箱梁梁高按照1.6次拋物線變化。腹板厚從跨中至根部采用 0.6，0.8，1.0 分3段漸變。從跨中至梁端根部底板厚為0.32 m～0.9 m，按照1.6次拋物線漸變。主梁箱梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。主橋縱向預(yù)應(yīng)力采用 27Фs15.2，22Фs15.2，19Фs15.2 及 15Фs15.2規(guī)格的鋼絞線，OVM錨固體系。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用5Фj15.24鋼絞線，BM15-5扁錨。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力在16號～22號，16'號～22'號梁段內(nèi)采用15-2鋼束，其余梁段均采用15-3鋼束。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力在每側(cè)梁內(nèi)按雙排設(shè)置?？v向和橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道均采用塑料波紋管成形，豎向管道采用金屬波紋管成形。

圖1 弘農(nóng)澗河特大橋主橋立面圖

2 風(fēng)險源識別

要進行橋梁施工風(fēng)險評估，首先需要施工風(fēng)險識別，這對施工風(fēng)險評估的效果有著極為重要的影響。如果不進行施工風(fēng)險識別，橋梁施工期間潛在的、影響橋梁安全的風(fēng)險會對橋梁造成威脅和損失。風(fēng)險識別的主要方法是借助橋梁以往事故研究的基本成果，通過結(jié)構(gòu)理論計算分析，同時借助與業(yè)主以及專家交流、現(xiàn)場調(diào)研等手段，形成全面的風(fēng)險事態(tài)列表。綜合各種方法，對弘農(nóng)澗河特大橋存在的風(fēng)險事態(tài)進行識別如下。

2.1 事故調(diào)查

盡管橋梁在施工階段風(fēng)險因素很多，造成的風(fēng)險事件也不盡相同，但是同類橋梁施工總會有許多相似之處，結(jié)合弘農(nóng)澗河特大橋的特點，統(tǒng)計同類橋梁曾出現(xiàn)過的風(fēng)險見表1。

表1 同類橋施工階段出現(xiàn)過的事故

2.2 結(jié)構(gòu)分析

通過橋梁施工過程的模擬和最不利工況的分析，掌握弘農(nóng)澗河特大橋在各工況下的受力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)最不利狀態(tài)為施工階段最大雙懸臂狀態(tài)。使用有限元軟件分析結(jié)構(gòu)施工過程，并重點分析橋墩在最大雙懸臂狀態(tài)時的穩(wěn)定性，有限元模型見圖2。

圖2 弘農(nóng)澗河特大橋結(jié)構(gòu)分析有限元模型

施工階段仿真分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)在各個施工階段應(yīng)力儲備較大，理論上安全風(fēng)險不大。橋墩穩(wěn)定分析表明:結(jié)構(gòu)初始幾何缺陷、材料缺陷對結(jié)構(gòu)第一類穩(wěn)定性影響較小，對結(jié)構(gòu)第二類穩(wěn)定性影響較大。計算表明，當(dāng)橋梁縱向垂直度初始缺陷過大，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征值將急劇下降，因此橋梁縱向垂直度應(yīng)嚴(yán)格控制。

2.3 現(xiàn)場風(fēng)險

2.3.1 施工期風(fēng)導(dǎo)致失穩(wěn)

對于弘農(nóng)澗河特大橋，施工階段的最大懸臂狀態(tài)和高墩施工狀態(tài)均受到較多不確定性影響，懸臂長度大(最大懸臂長度74 m)、翼緣板長度長、C60高性能混凝土養(yǎng)護施工受強風(fēng)影響均較大，需考慮3種風(fēng)險事件:1)混凝土主梁在大懸臂狀態(tài)下可能出現(xiàn)的風(fēng)致失穩(wěn)風(fēng)險。2)高墩施工狀態(tài)下可能出現(xiàn)的風(fēng)致失穩(wěn)風(fēng)險。3)施工期強風(fēng)/冬季施工環(huán)境混凝土養(yǎng)護施工質(zhì)量缺陷風(fēng)險。

2.3.2 塔吊風(fēng)險

弘農(nóng)澗河特大橋的主梁懸臂澆筑需要使用塔吊吊裝施工材料或施工設(shè)備。施工過程中會頻繁使用到塔吊，由于其自重、軸重大、重心高、自身缺少主動防護裝置，塔吊在施工過程中可能出現(xiàn)風(fēng)險事故。1)塔吊在吊裝中，會對地基產(chǎn)生很大的壓力，如果地基承載能力達不到要求(本橋橋址處地質(zhì)狀況較差)，雨水沖刷或積水浸泡軟化、密實度不均勻、暗流滲透等。由于壓力致使地基塌陷、塔吊傾覆、吊裝材料墜落，將會造成非常大的施工事故。2)塔吊使用影響周邊設(shè)施安全。夜間或光線較暗的情況下施工時，如果現(xiàn)場照明度也較差，則可能導(dǎo)致操作中無法看清，造成施工事故。施工管理不當(dāng)或施工人員缺乏安全意識，在6級風(fēng)以上時進行吊運作業(yè)，風(fēng)吹導(dǎo)致架橋機側(cè)覆。

2.3.3 地質(zhì)災(zāi)害分析

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，橋址區(qū)所在沿線存在不良巖土體類型及分布——濕陷性黃土。弘農(nóng)澗河特大橋橋區(qū)地處河流階地與黃土丘陵地帶，地勢起伏較大，上部以黃土狀低液限粘土為主，具有濕陷性，因此存在地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。在橋梁墩臺施工期間，由于地質(zhì)條件較復(fù)雜，必然會對墩臺的施工造成影響，尤其在雨季降水較多的情況下，濕陷性黃土狀低液限粘土強度降低，可能會引起墩臺附加沉降繼而威脅到整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

3 風(fēng)險評估

對弘農(nóng)澗河特大橋在施工期間的風(fēng)險進行識別后，經(jīng)分析、篩選、合并得到弘農(nóng)澗河特大橋風(fēng)險事態(tài)列表。根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計安全風(fēng)險評估指南》，弘農(nóng)澗河特大橋施工風(fēng)險評估結(jié)果見表2。

表2 弘農(nóng)澗河特大橋風(fēng)險評估結(jié)果

4 結(jié)語

壓縮工期風(fēng)險、掛籃懸臂施工風(fēng)險、0號塊開裂風(fēng)險為本橋風(fēng)險水平較高的三類風(fēng)險，在滿足正常施工的前提下，需要進一步加強施工階段的關(guān)注水平，并在可行的情況下，研究采取新的控制措施，以降低風(fēng)險發(fā)生概率或預(yù)期風(fēng)險損失，為類似橋型、類似施工方法施工風(fēng)險評估提供參考。

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