連續剛構橋施工風險評估

吉祥禹

(中交三公局第二工程有限公司，北京 100023)

近年來，我國交通事業快速發展，實現了橋梁建設“跨越式”的發展，然而在橋梁建設飛速發展的同時，橋梁工程面臨的各種事故和潛在風險日益嚴重，一方面表現為橋梁工程事故發生的可能性比過去大大增加，由于追求快速的建設，可能導致橋梁建設中存在許多潛在風險。另一方面表現為風險事故的后果嚴重程度大大增加，目前國內橋梁投資規模都非常大，這樣的投資無論對于投資者還是國家，都是巨大的數目。

提高橋梁施工水平也日益成為我國橋梁工程界廣泛關注和討論的問題。這其中，如何使橋梁工程的決策尤其是工程關鍵問題的決策更加科學，特別是如何認識和應對在橋梁施工中可能出現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，利用風險評估解決橋梁工程中的復雜決策問題，并基于風險管理處理這些問題，為橋梁施工提供了經驗借鑒。

1 實橋基本資料

弘農澗河特大橋位于著名的風景區函谷關北約1 km處，橋位下游(北側)約400 m及800 m處分別為連霍高速的弘農澗河特大橋和鄭西高鐵客運專線特大橋。弘農澗河特大橋跨越弘農澗河河谷，河谷為弘農澗河切割形成，溝底平臺，東高西低，高差約2 m。兩側岸坡陡峭，最大高程65 m，兩岸臺塬上地勢平坦，臺塬邊緣枝狀沖溝發育。根據橋位置處地形地貌，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，其中主橋為82 m+3×150 m+82 m預應力混凝土連續剛構，引橋為跨徑50m的先簡支后連續裝配式預應力混凝土連續T形梁橋。主橋立面如圖1所示。

主橋上部結構為預應力混凝土變截面箱梁形式，橋寬為2×19.45 m，橫橋向布置:2×(3 m人行道+0.5 m右側路緣帶+4×3.75 m行車道+0.5 m左側路緣帶+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、豎三向預應力體系。主橋縱向預應力采用 27Фs15.2，22Фs15.2，19Фs15.2 及 15Фs15.2規格的鋼絞線，OVM錨固體系。箱梁頂板橫向預應力采用5Фj15.24鋼絞線，BM15-5扁錨。箱梁豎向預應力在16號～22號，16'號～22'號梁段內采用15-2鋼束，其余梁段均采用15-3鋼束。箱梁豎向預應力在每側梁內按雙排設置。縱向和橫向預應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 弘農澗河特大橋主橋立面圖

2 風險源識別

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

2.1 事故調查

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

表1 同類橋施工階段出現過的事故

2.2 結構分析

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

圖2 弘農澗河特大橋結構分析有限元模型

施工階段仿真分析結果表明:結構在各個施工階段應力儲備較大，理論上安全風險不大。橋墩穩定分析表明:結構初始幾何缺陷、材料缺陷對結構第一類穩定性影響較小，對結構第二類穩定性影響較大。計算表明，當橋梁縱向垂直度初始缺陷過大，結構的穩定特征值將急劇下降，因此橋梁縱向垂直度應嚴格控制。

2.3 現場風險

2.3.1 施工期風導致失穩

對于弘農澗河特大橋，施工階段的最大懸臂狀態和高墩施工狀態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高性能混凝土養護施工受強風影響均較大，需考慮3種風險事件:1)混凝土主梁在大懸臂狀態下可能出現的風致失穩風險。2)高墩施工狀態下可能出現的風致失穩風險。3)施工期強風/冬季施工環境混凝土養護施工質量缺陷風險。

2.3.2 塔吊風險

弘農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風險事故。1)塔吊在吊裝中，會對地基產生很大的壓力，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施安全。夜間或光線較暗的情況下施工時，如果現場照明度也較差，則可能導致操作中無法看清，造成施工事故。施工管理不當或施工人員缺乏安全意識，在6級風以上時進行吊運作業，風吹導致架橋機側覆。

2.3.3 地質災害分析

根據地質勘察資料，橋址區所在沿線存在不良巖土體類型及分布——濕陷性黃土。弘農澗河特大橋橋區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，因此存在地質災害的風險。在橋梁墩臺施工期間，由于地質條件較復雜，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構的安全。

3 風險評估

對弘農澗河特大橋在施工期間的風險進行識別后，經分析、篩選、合并得到弘農澗河特大橋風險事態列表。根據《公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估指南》，弘農澗河特大橋施工風險評估結果見表2。

表2 弘農澗河特大橋風險評估結果

4 結語

壓縮工期風險、掛籃懸臂施工風險、0號塊開裂風險為本橋風險水平較高的三類風險，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，以降低風險發生概率或預期風險損失，為類似橋型、類似施工方法施工風險評估提供參考。

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