高速公路簡支橋梁施工技術及安全風險評估

高鵬飛

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,成都 610091)

0 引言

高速公路橋梁工程施工涉及諸多設備及建材,具有施工環境及橋型結構復雜、參建單位多、施工技術煩瑣、管理手段多樣等特點,建設難度較高,特別是橋梁交錯高速公路施工將增加施工安全風險,影響建筑施工的順利開展。任意施工環節出現質量問題都會降低橋梁結構的穩定性、安全性,引發安全事故,造成人員傷亡及經濟損失。為保障橋梁施工的順利進行,需開展安全風險評估,掌握施工安全影響因素,根據各要素關聯性確定風險源,計算風險概率及可能造成的損失,完善應對策略。

高速公路橋梁施工風險識別過程包括:①記錄、分析橋梁工程信息。開展橋梁工程施工前,全面了解項目工程信息,分析橋梁施工技術、施工環節及框架種類,充分掌握各項基礎信息以指導后續施工。②明確橋梁施工安全風險因子。明確施工策劃、預期,觀察施工期間是否存在影響工程穩定性的因素,深入剖析施工風險。③識別風險因素、風險模式。基于風險因子,分析安全風險產生的原因,如橋梁框架種類、人為因素、施工承受力等。④分類、排序風險事態,明確橋梁施工風險源頭及關鍵影響因素。⑤填寫風險識別報告,包括危險因素、施工信息等內容[1]。

1 施工風險方案的識別

施工期間,可通過以下方案識別施工風險:①層次分析方案。對橋梁施工風險進行統一定量、定性分析,將復雜工程體分解為遞階框架附屬體系后再深入剖析,以明確各施工環節的風險因素,進行匯總整理。②核查表方案。此方案適用于分析、概括已發生的施工危機,有利于創新危機管理模式。對已完成的施工過程進行分析,結合危機歸屬標準整理信息。但此方法適應性不佳,只適用于特定工程項目的危機識別。③模糊層次分析方案。根據建筑模型數據,利用權重判斷矩陣,對比剖析各危機因素。此方法具有層次性、條理性等特征,得到的結論具有可追溯性。

2 施工風險因素的識別

除了水文氣象、地形條件等客觀因素會影響施工作業進度外,以下幾方面也可能存在風險因素:①路基工程,包括軟基工程、土石方工程、路面工程、路基填筑等。開展土石方施工時,若鄰近區域埋有燃氣管線,應注意地下管道保護。②橋梁特性。受橋梁跨線交叉多、新舊橋梁分界施工難度高等因素的影響,潛在風險較多。③機械設備。高速公路項目施工需要多設備同時運行,如橋梁預制現澆施工,需應用混凝土運輸車、起重機械、鋼筋機械、焊機、泵車等設備。由于工期較長,可能存在設備損壞問題,如部件損壞、設備倒塌等。施工現場機械設備過多可能存在觸電、卷入、夾入、碰撞等潛在的風險。④施工技術。包括施工設計是否合理、施工計劃是否高效、施工設備是否匹配等。若建設場地處理不當,則存在沉降、積水風險。若設備配置不足、消防管理松懈,還可能導致火災隱患。

3 高速公路簡支橋梁施工技術要點

1)基礎施工。施工前要先擴大基礎,主要擴大區域為橋墩蒂部淺埋基礎。結合地質勘測報告,分析巖層巖性,根據設計需求明確開挖深度,形成持力層。結合規范規定開展嵌巖處理,預留襟邊,以保護簡支橋梁基礎。

2)樁基礎施工。按照設計圖紙放樣、鉆孔。鉆孔時檢驗泥漿黏度,使泥漿符合護壁要求。根據鉆孔設計深度進行施工,清除泥渣,及時處理塌孔。鉆至標高后清除孔內雜物,安置鋼筋,澆筑混凝土。鉆孔灌注樁與人工挖孔樁不同,其樁深更大,多用于高水位地基施工中[2],需將樁頭破除,包括挖除樁頭四側土方,控制樁頂標高,清除強度與標準不符的混凝土,再清掃樁頭。

3)橋墩施工。可選擇的橋墩形式多樣,其中樁柱式橋墩較為常用。需綁定鋼筋,架設施工模板,澆筑混凝土。開展驗收時,橋墩質量與施工要求相符方可開展后續施工。檢驗通常以豎直度作為評估指標,需嚴格控制橋墩豎直度,以保障支座安裝精度。

4)橋臺施工。主要采用重力式橋臺,其工藝簡單,應用廣泛。需先安裝臺身,灌注混凝土。后背回填方式選擇分層填土方案,灌注臺帽,完成橋臺施工。

5)梁板預制及安裝。梁板預制需在特定制梁場完成,其中T梁、箱梁、空心板梁應用廣泛,可通過控制預應力方式預制梁板。完成梁板預制后,檢驗梁板混凝土強度是否達標,利用架橋機、吊車運輸梁板。檢驗梁板穩固度是否達標,焊接橫隔板鋼筋,利用混凝土填充梁體與橋面空隙[3]。安裝梁板前,需詳細核查各機械部件,涂抹潤滑油,對施工場地進行清洗,將框架運至指定區域,結合設計方案對桁架、導梁進行安裝。預制橋板安裝如圖1所示。

圖1 梁板預制及安裝圖Fig.1 Prefabrication and installation drawing of beam and plate

6)橋面施工。橋面施工包括路面、伸縮縫、排水系統、橋面鋪裝與護欄施工等。應注意橋梁鋪裝層厚度、梁板尺寸、墊石標高控制,保證混凝土護欄堅實、無裂紋及平順連接。

4 高速公路簡支橋梁施工風險的控制策略

1)制定風險應對方案。分析可能出現的風險事件,綜合評定工程概況,制定風險清單,進行實地勘察,展開工程組織設計,制定施工風險應對方案,包括應對預案與風險防護措施等。

2)完善安全風險管控。針對不同橋梁工程項目,制定安全管控策略。若出現較大施工風險,需結合實地勘測數據、施工圖紙分析施工方案,針對鉆孔灌注樁、橋墩施工等施工環節制定科學的施工方案[4]。若要變更施工設計,需上報相關部門審批。針對觸電、高處墜落、物體打擊、機械傷害、起重傷害等施工隱患,需完善施工操作規范,懲處違規操作人員。

3)做好施工技術交底。要重點對鉆孔灌注樁施工進行安全風險評估,做好安全教育培訓,規范施工人員操作流程。定期維護、保養機械設備,由專業人員現場指揮施工。如塔上作業、升降吊車、灌注混凝土等[5]。做好技術交底,減少施工安全事故風險,避免經濟損失。

4)加強工程安全風險評估 。選取權重方案評估安全風險,為保障簡支橋梁施工安全奠定基礎。橋梁項目單孔跨徑 Lk或總長L≥同類橋型中最大Lk,評分為70～100;L>1 000 m或Lk>150 m,評分為50～74;100 m≤L≤1 000 m或40 m≤Lk≤150 m,評分為25～49;L<100 m或Lk<40 m,評分為34～66。施工區域存在滑坡、熔巖、雪崩等地質災害時,評分為67～100;施工區域存在上述地質災害,但發生頻率小,評分為34～66;施工區域地質條件對施工安全無影響時,評分為0～33。施工區域存在強風、洪水、暴雨等極端天氣時,評分為67～100;施工區域氣候一般,可能對橋梁項目施工產生危害時,評分為34～66;施工區域氣候不會對橋梁項目施工安全產生危害,評分為0～33。山嶺區開展橋梁項目施工時,評分為50～100;平原區開展橋梁項目施工時,評分為0～49。需結合工程實際情況、施工區域地質條件、施工安全等進行綜合評估[6]。此外,安全評估還涉及新材料、新工藝與新技術評估,可結合工程經驗給出50～100分。

5 工程應用實例

以國道修復某工程項目為例,其長138 km,預計行車速度100 km/h,為雙向兩車道,以瀝青混凝土材料鋪設路面,項目包含簡支橋梁5座。其中,某座橋設計流量200 m3/s,流速3.54 m/s,全長85 m,橋梁中心樁K0+450,交角90°。橋梁結構上部為預制T梁,下部為重力式橋臺,橋墩為薄壁式,存在擴大基礎、灌注式樁基礎。對此簡支橋梁施工建立安全預警機制并進行危險源管控。

1)健全預警機制。結合橋梁項目劃分安全等級,若預警機制設置過于嚴格,頻繁的錯誤警報會削弱施工人員的責任心,導致其放松警惕。若預警機制設置過于寬松,可能遺漏部分危險因素。故而,根據橋梁施工項目設置4個等級,結合事故發生風險,設置了紅色(100%發生安全事故)、橙色(99%發生安全事故)、黃色(95%發生安全事故)、綠色(90%發生安全事故)等不同安全等級,對應制定不同的管理方案,以防范施工安全事故[7]。

2)管控危險源。①做好安全教育,加強施工人員安全宣傳,保障一線作業人員每年受教育時間超過20 h,從事危險操作的人員每年受教育時間超過30 h。指派專人監管施工,向上級匯報實際情況。②檢查腳手架,一旦發現破損、變形零部件及時更換,盡早發現施工問題。③檢查安全網,如發現破損及時更換。④嚴格控制施工時間。一線施工人員持續工作時間≤3.5 h,建議每工作3 h休息0.5 h[8]。此外,夏季施工時要為施工人員準備充足的避暑物品,定期為施工人員檢查身體。⑤如果路基施工中存在邊坡坍塌、基坑滲水風險,需科學規劃降排水措施,合理安排開挖工期,編制專項施工方案,開挖>5 mm基坑時,需經專家論證。若橋梁起始點與河岸距離過近,存在涌水、坍塌風險,或水中承臺施工、支撐施工不當,存在倒塌風險,需在施工前制定水中承臺防水策略、降排水施工策略,科學規劃基坑開挖工期,規避汛期施工,以保障施工質量。⑥施工前,對各個機械設備開展專項檢查,保障機械設備性能良好,定期檢測特種設備,發現問題盡早整改。⑦加強施工技術管理,若施工技術不符合建筑標準,不僅消耗人力、物力、財力,還可能延誤工期,因此需對施工人員開展培訓,增強其專業技能,完善高速公路施工計劃,保障項目順利竣工。