雙曲拱橋拆除對鄰近橋梁安全風險影響評估

史增朝，孫智峰，李 鑫

(1.河北省邯鄲市交通運輸局公路養護管理處，河北 邯鄲 056000;2.長安大學公路學院，西安 710064)

引言

礦山橋(東)位于邢峰線武安境內，本橋所在線路為一級公路，由于原橋交通量較大，重載車輛較多，使結構受到損壞，并使病害加速發展，舊橋修建年代久遠，設計標準無法滿足交通流量的要求。根據橋梁現狀及病害狀況，要使橋梁滿足現有交通量的需求及行車安全，需將礦山橋(東)拆除重建。

礦山橋(東)為上部構造15 m+50 m+15 m的普通鋼筋混凝土雙曲拱橋。西側有礦山大橋(西)，為已建成的15 m+50 m+15 m箱型拱橋，使用狀況良好。兩座橋之間的距離為1.5 m。

新橋橋址與原東橋橋址重合，在拆除過程中，亦需要使用破碎機械拆除舊橋橋墩到基礎底板并清理干凈。橋梁拆除是一個基礎應力釋放過程，基礎的拆除更會破壞原有的靜態土體平衡，發生應力狀況的改變，產生釋放變形、基礎回彈，引起周邊地面沉降或位移，從而對鄰近建筑物產生直接風險。本文嘗試以拆除過程引起的周邊地面變形為依據，從風險評估角度闡述舊橋拆除對西橋的影響。

風險評估的方法多種多樣，以“量”的概念作為標準，大致可將評估方法分為定性分析、半定量分析與定量分析三種類別。鑒于嚴格的定量分析需要以基于統計方法的概率分析為基礎，這需要大量的相關工程案例及其工程數據資料，客觀條件的限制導致此項工作難以開展，因此本文中將事故概率與事故的嚴重程度相結合，采用半定量分析的綜合指數法予以計算［1］。

半定量分析法以風險的數量指標為基礎，對橋梁拆除施工風險事故后果和事故發生概率按權重值分配一個指標，然后將事故的概率和事故的嚴重程度進行組合，通過數學方法綜合起來，形成一個相對風險指標，從而快速簡單的估算相對風險等級。綜合指數法即屬于半定量分析法。

1 安全風險影響因素分析

在橋梁拆除施工過程中，對鄰近橋梁影響的安全風險評估主要考慮三方面因素:拆除橋梁因素、地層地質因素和鄰近橋梁自身因素。通過對這三方面因素的分析，可以得到橋梁拆除施工對鄰近橋梁影響風險的評估模型［2］。

將拆除橋梁因素與地質地層因素結合起來，可認為是橋梁拆除施工危險性指數F1，鄰近橋梁自身的狀況，可認為是作為風險承載體的易損性指數F2。所謂危險性指數，即是在一定的時間段內，致災因子以一定的強度發生的可能性。易損性指數即是在給定的致災因子強度下，災害承載體受到損壞程度的大小［3］。通過分析橋梁拆除施工中的致災機理，可得到對鄰近橋梁影響的各個致災因素。對致災因素進行分級，確定其相對重要程度。并綜合考慮兩橋位置關系、鄰近橋梁重要程度、安全補償系數等，得到影響風險指數，利用安全補償系數予以修正，確定綜合指數(圖1)并對影響程度進行安全分級。

圖1 綜合指數法

2 評估模型建立

評估模型建立的關鍵因素在于風險指標的選取。風險指標的選取應具有代表性、全面性［4］。指標的代表性要求所用指標能反映被評對象某方面的特性;指標體系的全面性則要求所選指標體系能反映出研究對象在所研究問題上的全部信息。

2.1 拆除施工危險性指數F1

拆除施工的危險性指數在這里主要為影響周邊基礎變位的各項因素，主要有:基礎的埋置深度、工程規模、地質狀況、基礎規模尺寸、拆除施工方式、施工技術水平、工期影響和監控水平等，各因素權重見表1。

2.2 工藝影響系數S1

工藝影響系數，表示施工技術水平、監控水平和工期等因素對拆除施工危險性指數的影響程度的大小。在拆除施工過程中。危險性植入未納入這三類主觀因素，忽視主觀因素是不合情理的，在這里將主觀因素綜合為工藝影響系數，用來對危險性指數F1進行調整，這樣得出的結論更合理。在這里將施工技術水平、工期影響和監控水平作為工藝影響系數S1考慮(表2)。

表1 危險性指數F1各因素權重及賦值

表2 施工工藝影響系數權重及賦值

2.3 橋梁易損性指數F2

該指數反映了鄰近橋梁對拆除施工所產生的附加影響的響應敏感程度及風險承受能力。根據橋梁常見損壞形式，結合相關規范標準及國內外類似工程經驗，該指數的確定主要考慮因素包括:橋梁服役狀態、上部結構形式、基礎形式、基礎埋深及所處持力層圍巖等級(表3)［5］。

2.4 位置系數S2和橋梁重要性系數S3

2.4.1 位置系數S2

兩橋之間的位置系數反映橋梁之間的水平距離對橋梁易損性的重要性系數。對于橋梁間位置系數的劃分，目前沒有公認的確定方法。在這里參考王夢恕對地鐵車站施工隊鄰近樁基礎的影響范圍劃分為5個等級的做法［6］，亦將橋梁間位置關系劃分為4個等級(表4)。

表3 橋梁易損性指數各因素權重及賦值

表4 位置系數取值

2.4.2 橋梁重要性系數

參考《公路橋涵設計通用規范》的相關規定，對橋梁重要性系數的設定，根據結構破壞可能產生的后果的嚴重程度劃分為3個等級(表5)。

表5 橋梁重要性系數

2.5 綜合指數的確定及風險分級

參考危險指數評價法中的計算方法，通過工藝影響系數S1對拆除施工危險指數F1進行修正，通過位置關系系數S2和橋梁重要性系數S3修正橋梁易損性指數F2，綜合修正后的F1和F2得到風險基礎指數BRI(Basis Risk Index):

對體系風險指數進行二次修正，在BRI的基礎上乘以安全補償系數SC(Safety compensating Coefficient)，得到處理后的影響風險綜合指數CRI(Comprehensive Risk Index)［7］:

根據以上分析計算，得到針對本橋拆除過程中對鄰近橋梁影響風險指數，將本橋的橋梁風險等級定為4級(表6)。

表6 橋梁拆除影響風險分級

3 工程實例安全評價

3.1 工程地質概況

橋址跨越礦山村最郭二莊公路干線及二線之間的小河溝，該河段河道微彎，水位較低，水流平緩，無橫流斜流。地表覆有薄厚不等的沖擊土;其下為強風化閃長巖、微風化閃長巖。橋梁墩臺基礎坐落在堅硬的巖石之上，地質、地層結構相對簡單，未發現斷裂及活動性斷裂構造，穩定性好。橋址地區無論地表水還是地下水對混凝土均無結晶類、分解類及結晶分解復合類腐蝕性。

3.2 東橋的拆除施工概況

雙曲拱橋的拆除順序與建造順序相反，其施工順序為:橋面附屬結構物—橋面鋪裝—拱橋填料—護拱—腹拱拱圈—腹拱墻蓋梁—腹拱墻身—墻座—拱波—橫系梁—拱肋—墩臺及基礎拆除。

施工期間各種工法輪換頻繁，工序要求復雜，施工進度計劃變化較多，對各種機械設備和施工技術人員要求很高，工期相對緊張。

3.3 西橋的技術狀況

對西橋進行外觀檢查，檢查結果表明:下部結構整體狀況良好，除發現幾處墩、臺拱腳處泛白外，未有其他病害發現;上部結構整體狀況較好，除發現幾處腹拱底梁處有明顯水跡外，未發現其他病害。經綜合評定，該橋屬于二類橋，技術狀況良好。

3.4 安全風險評估過程

危險性指數F1:地質狀況25分;埋置深度8分;基礎尺寸規模8分;工程規模8分;施工方式7分。確定F1值為56。

施工工藝影響系數S1:施工技術水平42;監控水平24;工期影響2.5。確定S1值為0.9。

鄰近橋梁易損系數F2:橋梁服役技術狀況8;上部結構形式10;基礎形式10;基礎埋深12;巖等級所處持力層圍16。確定F2值為56。

位置系數S2:S2=1。

重要性系數S3:S3=1。

CRI=0.01×SC×BRI，由于在拆除施工過程中并未對鄰近橋梁基礎進行任何形式的防護，故SK=1，

綜合評價結果表明，東橋拆除施工對西橋影響風險等級為中度。

4 結束語

本文借鑒隧道施工對鄰近橋梁影響的安全風險的分析，建立起橋梁拆除施工過程對鄰近橋梁影響風險評估模型，給出了拆除施工對鄰近橋梁的風險管理流程。橋梁易損性系數各風險權重的確定是采用定性分析方法，這需要一大批豐富工作經驗的專家和大量的類似工程數據資料，為提高評估的準確性和可信度，需要形成一個完備的動態專家評估數據庫，開發專門的風險評估軟件，使評估模型程序化、可視化，有助于加強對風險的管理。

［1］JTG H11-2004，公路橋涵養護規范［S］.

［2］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［3］王世斌.隧道施工對鄰近橋梁安全風險綜合指數法評估［D］.長沙：中南大學，2009.

［4］嵇正永.橋梁工程施工階段的風險識別與評估研究［D］.北京：北京交通大學，2009.

［5］李運生，張彥玲，王慧東.拱橋穩定分析的規范方法與建議［J］.石家莊鐵道學院學報，2002，15(3)：60-64.

［6］張圣坤，白 勇，唐文勇.船舶于海洋工程風險評估［M］.北京：國防工業出版社，2003.

［7］徐培德.項目風險分析理論方法及應用［M］.長沙：國防科技大學出版社，2007.