大跨徑連續剛構橋安全風險評估

竇 巍

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司；交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

根據《關于在初步設計階段實行公路橋梁和隧道工程安全風險評估制度的通知》(交公路發[2010]175號)文件精神，為了增強公路橋梁建設全過程各參與單位安全風險的意識，提升工程建設方案水平，保障工程運營階段的結構安全性，設計單位需要在初步設計階段對公路橋梁的建設方案進行安全風險評估，并形成固定性制度。為響應該通知精神，交通部組織編制了《公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估指南(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，需進行安全風險評估。

本文依據通知精神，結合指南要求，以建設中的宜昭高速牛街特大橋作為背景項目，開展橋梁的安全風險評估工作，為本項目初步設計審批、施工圖設計、橋梁施工及后期運營管養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，區域地形地貌為山地構造地形，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四跨變截面預應力混凝土連續剛構橋。上部結構主梁采用單箱單室變截面現澆箱梁，下部結構主墩采用雙肢型薄壁空心橋墩，所有主墩中，最大墩高達135m，基礎部分采用承臺接嵌巖樁群樁基礎?？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 風險源辨識

根據本橋所處的橋位特點、結構類型及后期運營特點，需從四個方面進行風險源辨識，即建設條件、施工方案、運營管理[5,6]。

2.1 建設條件風險源

基于本項目復雜的建設條件，相關的風險源主要包括以下幾個方面。

工程地質方面，斜坡上施工開挖時可能對坡體產生擾動，同時結構面切割可能導致局部掉塊現象；地震影響方面，針對本橋特點，表現為基礎的破壞、橋墩的破壞、連接措施實效等；此外，本橋最大墩高135m，山谷風場分布復雜，施工最大懸臂節段，結構總體剛度較低，存在失穩風險[7]。

2.2 施工方案風險源

結合國內外同類橋型案例來看，施工期風險源也相對較多，出現安全事故的概率相對較高[8]，從統計結果分析，本文主要從以下七個方面進行評估[9]。

2.2.1 基礎施工

本橋主墩承臺基礎均位于陡坡上，施工過程中常見問題包括：過度開挖工作面造成自然生態環境的破壞，同時使原有高邊坡土體原受力平衡狀態改變，形成巖土體失穩，進而產生滑坡現象；在高邊坡上棄渣堆載偏壓嚴重，不利于橋梁樁基受力，遇到暴雨時，形成崩塌災害。

2.2.2 橋墩施工

橋墩墩柱施工過程中，風險源主要表現為：

混凝土凝結速度與滑升速度不匹配，混凝土無法達到最優出模強度；超高橋墩與斜拉橋結構的橋塔類似，整體的豎直度控制達不到規范要求；在峽谷強風作用下，操作過程中，施工平臺有傾斜風險，造成了墩身扭轉，提高了模板爬升難度。

2.2.3 掛籃安裝及施工風險

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

2.2.4 三T對稱澆筑施工風險

本橋的三T施工的主要不利之處考慮如下：

(1)各塊件的標高和線形可能會產生不符合設計要求的情況。

(2)不平衡荷載一定要滿足設計要求，否則易出現梁體裂縫及安全隱患。

(3)懸澆接頭的質量可能因控制不嚴格而出現問題。

(4)可能會出現兩側梁體標高及線形與設計要求差異較大的情況。

(5)懸臂施工強風作用下，有可能產生梁體、施工設備及人員不安全的隱患發生。

2.2.5 底板混凝土崩塌風險

會引起底板混凝土發生崩塌事故發生的風險源主要包括：

在勾筋、定位筋設置不足的前提下，張拉曲線段預應力鋼束過程中，會沿鋼束方向對底板產生較大的徑向力，導致混凝土底板局部應力過大，從而使底板混凝土開裂，甚至崩塌；預應力錨固齒塊處錨下分布鋼筋配置過少，造成錨下局部應力集中；混凝土振搗不密實，形成箱梁中空洞。

2.2.6 雙主跨跨中合龍段施工風險

連續剛構橋中跨合龍段施工的風險源主要包括：

勁性骨架材質交差，或者吊裝骨架不平衡，導致骨架失穩；合龍段混凝土澆筑程序和設計圖紙不一致，或者設計合龍溫度不滿足要求，造成懸臂兩端高差過大，強迫合龍時，將改變結構設計內力，致使箱梁出現裂縫等。

2.2.7 施工人員安全風險

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

2.3 運營管理風險源

2.3.1 腹板開裂及跨中下撓風險

現役大跨徑預應力混凝連續梁、連續剛構橋均是近十幾年來才投入運營，總體運營狀況良好，但部分橋梁出現了腹板、底板和頂板開裂，跨中下撓等病害，影響結構的正常運營，造成結構耐久性以及美觀性下降，同時可能引起超靜定結構的內力重分布，導致結構承載能力的降低，威脅橋梁安全。

相關風險辨識見表1。

表1 開裂下撓風險辨識

均有較大可能導致結構局部應力過大，混凝土開裂，降低結構的剛度和強度，引發下撓和進一步的開裂。

2.3.2 車輛實際荷載與設計差異導致的風險

車輛實際荷載與設計差異即為過載，通俗來說就是交通管理中所指的超載現象。

超載可能加速結構的疲勞破壞，提高結構實際疲勞應力幅，造成結構與計算相比損傷大幅度提高；同時，由超載造成的結構內部損傷往往是不能恢復的，從而導致結構在與原設計相比，受力初始條件發生改變，對結構的運營安全性產生隱患。

3.3.3 汽車撞擊風險

本橋汽車撞擊風險主要指車輛行駛中與防撞護欄發生碰撞。

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

3 風險估測與應對措施[10,11]

本文采取專家調查表的方法，進行風險估測。專家由設計、施工單位的資深工程師、項目管理人員、高校學者等組成(圖2)。

圖2 專家范圍分布表

對風險概率等級和風險損失等級進行統計，按“概率等級+損失等級”進行高低排列，風險估測統計主要結果及應對措施見表2。

表2 風險估測主要結果及應對措施

4 結 論

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

同時，鑒于本文評估基于交通量不超過預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測值，或橋梁出現損傷的情況，應重新進行評估，并提出相應的管理策略。