大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋安全風(fēng)險評估

竇 巍

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司；交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

根據(jù)《關(guān)于在初步設(shè)計階段實(shí)行公路橋梁和隧道工程安全風(fēng)險評估制度的通知》(交公路發(fā)[2010]175號)文件精神，為了增強(qiáng)公路橋梁建設(shè)全過程各參與單位安全風(fēng)險的意識，提升工程建設(shè)方案水平，保障工程運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)安全性，設(shè)計單位需要在初步設(shè)計階段對公路橋梁的建設(shè)方案進(jìn)行安全風(fēng)險評估，并形成固定性制度。為響應(yīng)該通知精神，交通部組織編制了《公路橋梁和隧道工程設(shè)計安全風(fēng)險評估指南(試行)》(下文均簡稱“指南”)[1-4]，該指南要求針對墩高或橋高大于100m的橋梁，需進(jìn)行安全風(fēng)險評估。

本文依據(jù)通知精神，結(jié)合指南要求，以建設(shè)中的宜昭高速牛街特大橋作為背景項(xiàng)目，開展橋梁的安全風(fēng)險評估工作，為本項(xiàng)目初步設(shè)計審批、施工圖設(shè)計、橋梁施工及后期運(yùn)營管養(yǎng)方案的編制提供支撐材料。

1 橋梁概況

宜昭高速牛街特大橋位于云南省東北部與四川交界處，區(qū)域地形地貌為山地構(gòu)造地形，局部地形起伏較大，相對高差約145m。

左右幅主橋均采用跨徑布置為(85+2×160+85)m四跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。上部結(jié)構(gòu)主梁采用單箱單室變截面現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)主墩采用雙肢型薄壁空心橋墩，所有主墩中，最大墩高達(dá)135m，基礎(chǔ)部分采用承臺接嵌巖樁群樁基礎(chǔ)?？傮w布置如圖1所示。

圖1 牛街特大橋主橋總體布置圖(單位：cm)

2 風(fēng)險源辨識

根據(jù)本橋所處的橋位特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)類型及后期運(yùn)營特點(diǎn)，需從四個方面進(jìn)行風(fēng)險源辨識，即建設(shè)條件、施工方案、運(yùn)營管理[5,6]。

2.1 建設(shè)條件風(fēng)險源

基于本項(xiàng)目復(fù)雜的建設(shè)條件，相關(guān)的風(fēng)險源主要包括以下幾個方面。

工程地質(zhì)方面，斜坡上施工開挖時可能對坡體產(chǎn)生擾動，同時結(jié)構(gòu)面切割可能導(dǎo)致局部掉塊現(xiàn)象；地震影響方面，針對本橋特點(diǎn)，表現(xiàn)為基礎(chǔ)的破壞、橋墩的破壞、連接措施實(shí)效等；此外，本橋最大墩高135m，山谷風(fēng)場分布復(fù)雜，施工最大懸臂節(jié)段，結(jié)構(gòu)總體剛度較低，存在失穩(wěn)風(fēng)險[7]。

2.2 施工方案風(fēng)險源

結(jié)合國內(nèi)外同類橋型案例來看，施工期風(fēng)險源也相對較多，出現(xiàn)安全事故的概率相對較高[8]，從統(tǒng)計結(jié)果分析，本文主要從以下七個方面進(jìn)行評估[9]。

2.2.1 基礎(chǔ)施工

本橋主墩承臺基礎(chǔ)均位于陡坡上，施工過程中常見問題包括：過度開挖工作面造成自然生態(tài)環(huán)境的破壞，同時使原有高邊坡土體原受力平衡狀態(tài)改變，形成巖土體失穩(wěn)，進(jìn)而產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象；在高邊坡上棄渣堆載偏壓嚴(yán)重，不利于橋梁樁基受力，遇到暴雨時，形成崩塌災(zāi)害。

2.2.2 橋墩施工

橋墩墩柱施工過程中，風(fēng)險源主要表現(xiàn)為：

混凝土凝結(jié)速度與滑升速度不匹配，混凝土無法達(dá)到最優(yōu)出模強(qiáng)度；超高橋墩與斜拉橋結(jié)構(gòu)的橋塔類似，整體的豎直度控制達(dá)不到規(guī)范要求；在峽谷強(qiáng)風(fēng)作用下，操作過程中，施工平臺有傾斜風(fēng)險，造成了墩身扭轉(zhuǎn)，提高了模板爬升難度。

2.2.3 掛籃安裝及施工風(fēng)險

掛籃事故時我國近年來大跨度連續(xù)梁或連續(xù)鋼構(gòu)橋施工中，出現(xiàn)的最為頻繁的事故節(jié)點(diǎn)，一旦出現(xiàn)事故，均會造成人員傷亡。掛籃安裝及施工風(fēng)險包括：掛籃的設(shè)計受力模式的合理性、桿件連接間隙的設(shè)計合理性、掛籃的行走及錨固系統(tǒng)有時可靠性不足、管理不到位。

2.2.4 三T對稱澆筑施工風(fēng)險

本橋的三T施工的主要不利之處考慮如下：

(1)各塊件的標(biāo)高和線形可能會產(chǎn)生不符合設(shè)計要求的情況。

(2)不平衡荷載一定要滿足設(shè)計要求，否則易出現(xiàn)梁體裂縫及安全隱患。

(3)懸澆接頭的質(zhì)量可能因控制不嚴(yán)格而出現(xiàn)問題。

(4)可能會出現(xiàn)兩側(cè)梁體標(biāo)高及線形與設(shè)計要求差異較大的情況。

(5)懸臂施工強(qiáng)風(fēng)作用下，有可能產(chǎn)生梁體、施工設(shè)備及人員不安全的隱患發(fā)生。

2.2.5 底板混凝土崩塌風(fēng)險

會引起底板混凝土發(fā)生崩塌事故發(fā)生的風(fēng)險源主要包括：

在勾筋、定位筋設(shè)置不足的前提下，張拉曲線段預(yù)應(yīng)力鋼束過程中，會沿鋼束方向?qū)Φ装瀹a(chǎn)生較大的徑向力，導(dǎo)致混凝土底板局部應(yīng)力過大，從而使底板混凝土開裂，甚至崩塌；預(yù)應(yīng)力錨固齒塊處錨下分布鋼筋配置過少，造成錨下局部應(yīng)力集中；混凝土振搗不密實(shí)，形成箱梁中空洞。

2.2.6 雙主跨跨中合龍段施工風(fēng)險

連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段施工的風(fēng)險源主要包括：

勁性骨架材質(zhì)交差，或者吊裝骨架不平衡，導(dǎo)致骨架失穩(wěn)；合龍段混凝土澆筑程序和設(shè)計圖紙不一致，或者設(shè)計合龍溫度不滿足要求，造成懸臂兩端高差過大，強(qiáng)迫合龍時，將改變結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)力，致使箱梁出現(xiàn)裂縫等。

2.2.7 施工人員安全風(fēng)險

本橋施工多為高空作業(yè)，施工人員可能會有高空墜落的風(fēng)險。同時施工期間由于焊接火花引起火災(zāi)威脅施工人員安全的事故也屢有發(fā)生。此外也要注意施工人員受電擊的風(fēng)險。

2.3 運(yùn)營管理風(fēng)險源

2.3.1 腹板開裂及跨中下?lián)巷L(fēng)險

現(xiàn)役大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋均是近十幾年來才投入運(yùn)營，總體運(yùn)營狀況良好，但部分橋梁出現(xiàn)了腹板、底板和頂板開裂，跨中下?lián)系炔『?，影響結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營，造成結(jié)構(gòu)耐久性以及美觀性下降，同時可能引起超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低，威脅橋梁安全。

相關(guān)風(fēng)險辨識見表1。

表1 開裂下?lián)巷L(fēng)險辨識

均有較大可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大，混凝土開裂，降低結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，引發(fā)下?lián)虾瓦M(jìn)一步的開裂。

2.3.2 車輛實(shí)際荷載與設(shè)計差異導(dǎo)致的風(fēng)險

車輛實(shí)際荷載與設(shè)計差異即為過載，通俗來說就是交通管理中所指的超載現(xiàn)象。

超載可能加速結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，提高結(jié)構(gòu)實(shí)際疲勞應(yīng)力幅，造成結(jié)構(gòu)與計算相比損傷大幅度提高；同時，由超載造成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷往往是不能恢復(fù)的，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在與原設(shè)計相比，受力初始條件發(fā)生改變，對結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全性產(chǎn)生隱患。

3.3.3 汽車撞擊風(fēng)險

本橋汽車撞擊風(fēng)險主要指車輛行駛中與防撞護(hù)欄發(fā)生碰撞。

防撞護(hù)欄的功能是防止車輛沖出橋梁范圍，如果護(hù)欄不能達(dá)到“護(hù)”和“攔”的作用，汽車撞擊事故發(fā)生時，將造成大量不必要的人員傷亡和財產(chǎn)損失。車撞事故可能還會導(dǎo)致二次事故(如危險品泄漏、火災(zāi)、爆炸)的發(fā)生。

3 風(fēng)險估測與應(yīng)對措施[10,11]

本文采取專家調(diào)查表的方法，進(jìn)行風(fēng)險估測。專家由設(shè)計、施工單位的資深工程師、項(xiàng)目管理人員、高校學(xué)者等組成(圖2)。

圖2 專家范圍分布表

對風(fēng)險概率等級和風(fēng)險損失等級進(jìn)行統(tǒng)計，按“概率等級+損失等級”進(jìn)行高低排列，風(fēng)險估測統(tǒng)計主要結(jié)果及應(yīng)對措施見表2。

表2 風(fēng)險估測主要結(jié)果及應(yīng)對措施

4 結(jié) 論

本文基于《指南》提供的評估方法，進(jìn)行了宜昭高速牛街特大橋安全風(fēng)險評估，提出了風(fēng)險應(yīng)對措施，為本橋的施工、運(yùn)營管理及同類橋梁的安全風(fēng)險評估提供思路。

同時，鑒于本文評估基于交通量不超過預(yù)測值的前提下完成的，存在一定的局限性，因此對于交通量超出預(yù)測值，或橋梁出現(xiàn)損傷的情況，應(yīng)重新進(jìn)行評估，并提出相應(yīng)的管理策略。