连续刚构桥施工风险评估

吉祥禹

(中交三公局第二工程有限公司，北京 100023)

近年来，我国交通事业快速发展，实现了桥梁建设“跨越式”的发展，然而在桥梁建设飞速发展的同时，桥梁工程面临的各种事故和潜在风险日益严重，一方面表现为桥梁工程事故发生的可能性比过去大大增加，由于追求快速的建设，可能导致桥梁建设中存在许多潜在风险。另一方面表现为风险事故的后果严重程度大大增加，目前国内桥梁投资规模都非常大，这样的投资无论对于投资者还是国家，都是巨大的数目。

提高桥梁施工水平也日益成为我国桥梁工程界广泛关注和讨论的问题。这其中，如何使桥梁工程的决策尤其是工程关键问题的决策更加科学，特别是如何认识和应对在桥梁施工中可能出现的不确定因素是比较有代表性和普遍意义的问题之一。近年来，利用风险评估解决桥梁工程中的复杂决策问题，并基于风险管理处理这些问题，为桥梁施工提供了经验借鉴。

1 实桥基本资料

弘农涧河特大桥位于著名的风景区函谷关北约1 km处，桥位下游(北侧)约400 m及800 m处分别为连霍高速的弘农涧河特大桥和郑西高铁客运专线特大桥。弘农涧河特大桥跨越弘农涧河河谷，河谷为弘农涧河切割形成，沟底平台，东高西低，高差约2 m。两侧岸坡陡峭，最大高程65 m，两岸台塬上地势平坦，台塬边缘枝状冲沟发育。根据桥位置处地形地貌，确定桥跨布置为4×50 m+4×50 m+(82+3×150+82)m+3×50 m，桥梁起点桩号为 K914+286.71，终点桩号为 K915+459.1，全长 1 172.4 m。全桥共分4联，其中主桥为82 m+3×150 m+82 m预应力混凝土连续刚构，引桥为跨径50m的先简支后连续装配式预应力混凝土连续T形梁桥。主桥立面如图1所示。

主桥上部结构为预应力混凝土变截面箱梁形式，桥宽为2×19.45 m，横桥向布置:2×(3 m人行道+0.5 m右侧路缘带+4×3.75 m行车道+0.5 m左侧路缘带+1/2中央分隔带)=39 m。箱梁为单箱单室截面，箱梁顶宽19.45 m，底宽9.15 m，悬臂长5.15 m，墩顶处梁高10 m，梁端及跨中梁高3.5 m，箱梁梁高按照1.6次抛物线变化。腹板厚从跨中至根部采用 0.6，0.8，1.0 分3段渐变。从跨中至梁端根部底板厚为0.32 m～0.9 m，按照1.6次抛物线渐变。主梁箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。主桥纵向预应力采用 27Фs15.2，22Фs15.2，19Фs15.2 及 15Фs15.2规格的钢绞线，OVM锚固体系。箱梁顶板横向预应力采用5Фj15.24钢绞线，BM15-5扁锚。箱梁竖向预应力在16号～22号，16'号～22'号梁段内采用15-2钢束，其余梁段均采用15-3钢束。箱梁竖向预应力在每侧梁内按双排设置。纵向和横向预应力钢绞线管道均采用塑料波纹管成形，竖向管道采用金属波纹管成形。

图1 弘农涧河特大桥主桥立面图

2 风险源识别

要进行桥梁施工风险评估，首先需要施工风险识别，这对施工风险评估的效果有着极为重要的影响。如果不进行施工风险识别，桥梁施工期间潜在的、影响桥梁安全的风险会对桥梁造成威胁和损失。风险识别的主要方法是借助桥梁以往事故研究的基本成果，通过结构理论计算分析，同时借助与业主以及专家交流、现场调研等手段，形成全面的风险事态列表。综合各种方法，对弘农涧河特大桥存在的风险事态进行识别如下。

2.1 事故调查

尽管桥梁在施工阶段风险因素很多，造成的风险事件也不尽相同，但是同类桥梁施工总会有许多相似之处，结合弘农涧河特大桥的特点，统计同类桥梁曾出现过的风险见表1。

表1 同类桥施工阶段出现过的事故

2.2 结构分析

通过桥梁施工过程的模拟和最不利工况的分析，掌握弘农涧河特大桥在各工况下的受力状态。结构最不利状态为施工阶段最大双悬臂状态。使用有限元软件分析结构施工过程，并重点分析桥墩在最大双悬臂状态时的稳定性，有限元模型见图2。

图2 弘农涧河特大桥结构分析有限元模型

施工阶段仿真分析结果表明:结构在各个施工阶段应力储备较大，理论上安全风险不大。桥墩稳定分析表明:结构初始几何缺陷、材料缺陷对结构第一类稳定性影响较小，对结构第二类稳定性影响较大。计算表明，当桥梁纵向垂直度初始缺陷过大，结构的稳定特征值将急剧下降，因此桥梁纵向垂直度应严格控制。

2.3 现场风险

2.3.1 施工期风导致失稳

对于弘农涧河特大桥，施工阶段的最大悬臂状态和高墩施工状态均受到较多不确定性影响，悬臂长度大(最大悬臂长度74 m)、翼缘板长度长、C60高性能混凝土养护施工受强风影响均较大，需考虑3种风险事件:1)混凝土主梁在大悬臂状态下可能出现的风致失稳风险。2)高墩施工状态下可能出现的风致失稳风险。3)施工期强风/冬季施工环境混凝土养护施工质量缺陷风险。

2.3.2 塔吊风险

弘农涧河特大桥的主梁悬臂浇筑需要使用塔吊吊装施工材料或施工设备。施工过程中会频繁使用到塔吊，由于其自重、轴重大、重心高、自身缺少主动防护装置，塔吊在施工过程中可能出现风险事故。1)塔吊在吊装中，会对地基产生很大的压力，如果地基承载能力达不到要求(本桥桥址处地质状况较差)，雨水冲刷或积水浸泡软化、密实度不均匀、暗流渗透等。由于压力致使地基塌陷、塔吊倾覆、吊装材料坠落，将会造成非常大的施工事故。2)塔吊使用影响周边设施安全。夜间或光线较暗的情况下施工时，如果现场照明度也较差，则可能导致操作中无法看清，造成施工事故。施工管理不当或施工人员缺乏安全意识，在6级风以上时进行吊运作业，风吹导致架桥机侧覆。

2.3.3 地质灾害分析

根据地质勘察资料，桥址区所在沿线存在不良岩土体类型及分布——湿陷性黄土。弘农涧河特大桥桥区地处河流阶地与黄土丘陵地带，地势起伏较大，上部以黄土状低液限粘土为主，具有湿陷性，因此存在地质灾害的风险。在桥梁墩台施工期间，由于地质条件较复杂，必然会对墩台的施工造成影响，尤其在雨季降水较多的情况下，湿陷性黄土状低液限粘土强度降低，可能会引起墩台附加沉降继而威胁到整个桥梁结构的安全。

3 风险评估

对弘农涧河特大桥在施工期间的风险进行识别后，经分析、筛选、合并得到弘农涧河特大桥风险事态列表。根据《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南》，弘农涧河特大桥施工风险评估结果见表2。

表2 弘农涧河特大桥风险评估结果

4 结语

压缩工期风险、挂篮悬臂施工风险、0号块开裂风险为本桥风险水平较高的三类风险，在满足正常施工的前提下，需要进一步加强施工阶段的关注水平，并在可行的情况下，研究采取新的控制措施，以降低风险发生概率或预期风险损失，为类似桥型、类似施工方法施工风险评估提供参考。

［1］马保林.高墩大跨连续刚构桥［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］许 铎.桥梁工程施工中事故环境风险评估［J］.中国安全科学学报，2003，13(8):46-49.

［3］钟长伟.高墩大跨连续刚构桥施工控制研究［D］.成都:西南交通大学，2007.

［4］JTJD60-2004，公路桥梁抗风设计规范［S］.

［5］张喜刚.公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南［M］.北京:人民交通出版社，2010.