基于步履式頂推技術(shù)的鋼箱梁橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與質(zhì)量控制分析

劉學(xué)冬，王鳳武

（中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)技術(shù)有限公司，北京 100089）

1 工程概況

南京冶修二路外秦淮河大橋工程，拱高28.8 m，最大單跨度為121.7 m，工程總用鋼量為3 800 t。如圖1 所示，橋梁采用步履式頂推施工技術(shù)，橋梁全長(zhǎng)128.6 m，橋面總寬45 m，水中不設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，以降低河水流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。 橋下凈空高度不低于3.5 m，可使水位高度處于安全范圍內(nèi)，橋梁安全等級(jí)達(dá)到I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 南京冶修二路外秦淮河大橋

2 基于步履式頂推技術(shù)的鋼箱梁橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)

鋼箱梁橋施工具有一定的風(fēng)險(xiǎn)， 需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選擇，形成完整的評(píng)價(jià)報(bào)告，使風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容控制具有全面性，確保橋梁的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)效果。 評(píng)價(jià)指標(biāo)包含內(nèi)容較多，如方法風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、材料風(fēng)險(xiǎn)等，需根據(jù)重要程度設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，使風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)分更具客觀性。 評(píng)價(jià)指標(biāo)圍繞風(fēng)險(xiǎn)重要程度展開分析，用于對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的把控，進(jìn)而提高施工控制手段的可靠性，以及施工風(fēng)險(xiǎn)控制的實(shí)效性。 施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1 所示， 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的重要程度進(jìn)行打分， 分值范圍為0～9 分，分值越高，表明風(fēng)險(xiǎn)控制的重要程度越大，風(fēng)險(xiǎn)造成的影響也就越嚴(yán)重。 此外，還需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分解處理。 以施工方法風(fēng)險(xiǎn)為例，可拆解為臨時(shí)設(shè)施搭建風(fēng)險(xiǎn)及頂推過程風(fēng)險(xiǎn)等， 將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的細(xì)節(jié)判斷[1]。

表1 秦淮河大橋風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)體系

步履式頂推技術(shù)屬于橋梁施工中的高端技術(shù)， 需注重評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建，形成清晰的層次模型，得到標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)分析模型。 從風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)整體看，可將施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為3 層，分別為目標(biāo)層、索引層、拆解層。

1）目標(biāo)層為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的頂層，主要針對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行分析，作為鋼箱梁技術(shù)質(zhì)量控制的依據(jù)。

2）索引層用于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)類別進(jìn)行分析，將常見的風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行羅列，實(shí)現(xiàn)全面的風(fēng)險(xiǎn)控制，保證評(píng)價(jià)模型的完整性，提高評(píng)價(jià)指標(biāo)的控制效果。

3）拆解層對(duì)索引層進(jìn)一步細(xì)化，使評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)更具層次性，確保評(píng)價(jià)體系具有完整的結(jié)構(gòu)，提高模型運(yùn)用的可靠性。

風(fēng)險(xiǎn)層次模型對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析具有引導(dǎo)作用， 使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更具形象化，且實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的指標(biāo)判斷。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

在步履式頂推技術(shù)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中， 需要控制評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)類別的重要程度進(jìn)行判斷，使風(fēng)險(xiǎn)分析更具邏輯性。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)一般是相對(duì)而言，采用兩兩對(duì)比的方式得出重要程度的比重，實(shí)現(xiàn)重要程度的有效評(píng)估。 重要程度可通過判斷矩陣進(jìn)行分析，假設(shè)索引層為矩陣A，拆解層為矩陣B，則判斷矩陣的通用形式表示如下：

式中，Bij＞0，Bii＝1。 權(quán)重值屬于重要程度指標(biāo)的評(píng)價(jià)比重，按照重要程度的對(duì)比情況，可對(duì)重要性尺度進(jìn)行劃分，滿足重要性程度的控制要求，具體權(quán)重配比情況如表2 所示。 重要性尺度（Bij）共分為1～9 個(gè)權(quán)重，其中，Bij為奇數(shù)時(shí)表示主要權(quán)重，為偶數(shù)時(shí)表示中間值， 用于表示權(quán)重較為模糊的情況。 倒數(shù)（1/Bij）為重要因素置換，若Bij表示因素i相對(duì)因素j的重要程度，則其倒數(shù)表示因素j相對(duì)因素i的重要程度，表示方法上滿足Bji＝1/Bij[2]。

表2 秦淮河大橋評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重量表

2.4 施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鋼箱梁施工應(yīng)采用嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)機(jī)制， 注重風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)因素風(fēng)險(xiǎn)的逐級(jí)掌控。 評(píng)價(jià)因素集表示方法如下：

每一級(jí)別因素評(píng)價(jià)可由下一層次風(fēng)險(xiǎn)決定， 使施工因素之間的影響具有關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)的遞進(jìn)式控制，提高風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分析的準(zhǔn)確性。 施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)共分為5 個(gè)級(jí)別，分別為高、較高、一般、較低、低，采用概率評(píng)語集V的方式進(jìn)行標(biāo)識(shí)，具體表示結(jié)果如下：

通常情況下，施工風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到一般及以上時(shí)便要引起注意，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化分析，確保Bi中造成影響的環(huán)節(jié)，對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，確保施工風(fēng)險(xiǎn)防控具有針對(duì)性，提高鋼箱梁施工質(zhì)量控制的有效性。

3 基于步履式頂推技術(shù)的鋼箱梁橋施工質(zhì)量控制

3.1 桿件拼接

秦淮河大橋鋼箱梁如圖2 所示， 需要注重桿件的拼接流程，做好拼接質(zhì)量的控制工作，消除桿件拼接中存在的阻礙因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿件拼接精度的控制。 結(jié)合鋼箱梁評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系的要求，需要對(duì)拼接過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，確定風(fēng)險(xiǎn)因素的頻率分布情況，使施工風(fēng)險(xiǎn)控制能發(fā)揮作用。 在應(yīng)用步履式頂推技術(shù)時(shí)，鋼箱梁施工風(fēng)險(xiǎn)因素包括桿件軸線錯(cuò)位、接口截面錯(cuò)位、桁架跨中拱度等。 通過分析可知，節(jié)點(diǎn)處桿件軸線錯(cuò)位為主要風(fēng)險(xiǎn)因素，接口截面錯(cuò)位為次要風(fēng)險(xiǎn)因素，其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響較小。軸線錯(cuò)位和截面錯(cuò)位頻率總數(shù)為47，其他風(fēng)險(xiǎn)因素頻率總數(shù)為10，錯(cuò)位類施工風(fēng)險(xiǎn)占82.5%，可見，錯(cuò)位類施工風(fēng)險(xiǎn)控制十分必要。 鋼箱梁施工應(yīng)遵守施工平面控制要求，最終橫向誤差和縱向誤差不超過2 cm，確保了鋼構(gòu)件具有良好的整體拼接效果[3]。

圖2 大橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)圖

3.2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)

秦淮河大橋鋼箱梁在頂推控制上采用臨時(shí)結(jié)構(gòu)， 能夠起到輔助施工的作用，提高頂推控制的穩(wěn)定性及精度控制效果。臨時(shí)結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成，分別為臨時(shí)支架和臨時(shí)墩，具有降低頂推跨度及防止彎矩過大的作用。 臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)施工均采用鋼管型鋼結(jié)構(gòu)，確保臨時(shí)支護(hù)的支架結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形，提高精度控制的高效性。 臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要基于安全系統(tǒng)進(jìn)行考慮， 考慮到鋼梁所受內(nèi)力的影響， 合理設(shè)置臨時(shí)墩位置。 秦淮河大橋全長(zhǎng)128.6 m，頂推施工設(shè)計(jì)2 個(gè)臨時(shí)墩，每隔40 m 設(shè)置1 個(gè)墩位，對(duì)鋼箱梁整體進(jìn)行臨時(shí)支撐。臨時(shí)結(jié)構(gòu)主要基于頂推安全性考量，對(duì)橋梁的變形情況進(jìn)行控制，通過臨時(shí)結(jié)構(gòu)增加控制節(jié)點(diǎn)，保障鋼箱梁橋頂推施工順利完成。

3.3 頂推過程

頂推施工是鋼箱梁施工的核心環(huán)節(jié)， 需做好施工過程控制及施工過程糾偏控制，避免鋼箱梁強(qiáng)度受到影響。在鋼箱梁頂推施工過程中，需做好頂推距離控制，確保步履機(jī)運(yùn)行的同步性， 防止施工操作產(chǎn)生偏差， 將頂推偏差控制在2 mm以內(nèi)， 實(shí)現(xiàn)頂推工作的合理控制。 頂推施工過程應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，做好拱肋和系梁的強(qiáng)度評(píng)估工作，將受力情況控制在允許范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)受力過大的情況，進(jìn)而提高受力控制的穩(wěn)定性。 秦淮河大橋鋼箱梁強(qiáng)度驗(yàn)算情況如表3 所示。 最大應(yīng)力值均處于規(guī)范允許值范圍內(nèi)，鋼箱梁構(gòu)件可進(jìn)行穩(wěn)定承重，保障頂推過程中梁體受力的均衡性， 滿足鋼箱梁受力剪應(yīng)力條件[4]。

表3 秦淮河大橋鋼箱梁強(qiáng)度驗(yàn)算

3.4 落梁精度

步履式頂推技術(shù)對(duì)落梁精度具有較高要求， 需確定落梁的位置，降低落梁施工時(shí)的高度誤差。 步履機(jī)是頂推施工的主要設(shè)備，施工前應(yīng)檢查設(shè)備質(zhì)量，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，排除施工設(shè)備因素對(duì)落梁精度的影響。 環(huán)境因素主要為高溫天氣應(yīng)在溫度較穩(wěn)定的情況下進(jìn)行測(cè)量， 避免在溫度變化較大的情況下展開測(cè)量，減小脹縮現(xiàn)象引起的測(cè)算誤差。 秦淮河大橋工程采用小循環(huán)頂推方式， 步履機(jī)回程為15 cm， 滑道梁上墊10 cm 墊塊，每階段落梁距離不超過15 cm，逐漸對(duì)落梁的位置進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)落梁精度的有效控制。

4 結(jié)語

綜上所述，步履式頂推技術(shù)是鋼箱梁橋施工的關(guān)鍵技術(shù)，需綜合考慮施工中的影響因素，提高施工風(fēng)險(xiǎn)的控制效果。 影響鋼箱梁施工的風(fēng)險(xiǎn)因素較多， 需結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素情況做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，明確施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)鋼箱梁的影響，提高鋼箱梁施工風(fēng)險(xiǎn)控制的針對(duì)性。 鋼箱梁橋采用風(fēng)險(xiǎn)防范的施工控制形式，防止橋梁施工出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性問題，避免橋梁施工出現(xiàn)位移偏差，進(jìn)而提高橋梁施工質(zhì)量的控制效果。 步履式頂推技術(shù)既具優(yōu)勢(shì)又有控制難點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)施工風(fēng)險(xiǎn)，做好鋼箱梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)控制，結(jié)合結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，保障施工風(fēng)險(xiǎn)控制具有理論依據(jù)。