特大跨径连续刚构桥施工安全风险评估

王江龙 李扬

摘要：本文以悬臂浇筑施工连续刚构桥的正常设计、正常施工为基础，从施工方案、现场调查及自然因素3个方面对初步设计提出的多孔150m变截面预应力混凝土连续刚构桥施工方案开展安全风险评估，为特大跨径连续刚构桥施工安全风险评估积累经验。

关键词：预应力混凝土连续刚构桥；施工安全风险评估；

0 引言

2010年，交通运输部正式通过了《关于在初步设计阶段实行公路桥梁和隧道工程安全风险评估制度的通知》，公路桥隧工程风险评估工作由此在全国范围内逐渐展开，并选择在工程建设条件、技术复杂的公路桥梁和隧道工程的初步设计阶段率先推行风险评估工作。近年来，利用风险评估方法解决桥梁施工工程中的复杂决策问题，日益成为关注焦点。基于风险管理模式处理施工过程中的复杂问题，为桥梁施工提供借鉴经验，已迫在眉睫。

1 实桥工程概况

实桥依托工程全长1173m，主桥为5跨变截面预应力混凝土连续刚构桥。跨径布置为跨径布置为82+3×150+82m。

图1 主桥总体布置图（单位：m）

1.1 主桥上部结构

上部结构为预应力混凝土变截面连续刚构，桥宽2×19.45米。箱梁为单箱单室截面，箱梁顶宽19.45米，底宽9.15米，墩顶处梁高10米，梁端及跨中梁高3.5米，箱梁梁高按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米分3段渐变。从跨中至箱梁根部底板厚为0.32～0.9米，按1.6次抛物线渐变。箱梁顶板宽为19.45米，底板宽9.15米，翼缘板悬臂长5.15米。在0号块、中跨合拢段和箱梁端部设横隔板。

1.2 主桥下部结构

主桥桥墩双薄壁箱型墩身，群桩基础。双薄壁墩身外缘宽8.5米，单壁断面尺寸9.15×2.4米，长边厚0.6米，短边厚0.8米，墩高40.5～46.5米，墩顶、墩底分别设置2m、2.5m实心段，桥墩高度中心设置一道横隔板。

1.3 施工方案设计

箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，0号块长10m，箱梁单T悬浇划分为19对梁段，从根部至跨中箱梁纵向分段长度为：7×3.0+12×4.0m，边、中跨合龙段长均为2.0m。悬浇梁段最大重量为262.0吨（2号块），挂篮自重按100吨考虑。

对于本桥施工而言，由于跨径较大、技术复杂且施工工序繁杂，具有一定施工难度。此外，桥址处大风、地震及地质灾害等因素对桥梁建设影响同样巨大。因此，需要对本桥施工期间安全风险源作识别评估。

2 风险源识别

从施工方案、现场调查及自然因素3个方面对特大跨径连续刚构桥施工期间安全风险源进行识别分析，为风险评估及风险控制前提条件。

2.1 施工方案

（1）单箱单室大悬臂风险

基于本桥单箱单室大悬臂截面形式，需要考虑超载车辆通行风险对主梁极限承载能力以及正常使用性能的影响，保证结构整体具有一定安全冗余度。

（2）挂篮悬臂施工风险

对于挂篮悬臂浇筑施工，需要注意挂篮杆件之间连接可靠性、挂篮行走系统及锚固装置、挂篮安全管理等问题。此外，本桥由于悬臂浇筑块段宽度大、重量重的特点，需要对施工挂篮进行特殊设计，并在施工前进行预加载试验，保证挂篮在使用阶段强度、刚度及稳定性满足要求。

（3）高墩施工风险

本桥桥墩采用滑膜施工法，高墩施工时往往存在较多不确定因素，如大风大雨对施工影响以及桥墩墩身垂直度的影响等，需要加强施工及应急预案管理工作，使施工风险处于可控范围。

2.2 计算分析

通过对所建桥梁进行有限元模型进行计算分析，能够掌握梁桥在施工阶段主梁受力状态，明确桥梁最不利受力工况，在该工况采取重点控制措施，保证桥梁施工期间安全可靠。有限元模型计算分析结果表明：结构在各个工况下应力均匀，安全度较高，无重大设计风险。

图2 结构有限元分析模型

2.3 现场调查

通过对施工现场实测调查，并总结以往同类型桥梁施工经验，可统计出施工期间桥梁结构风险见表1。

表1 施工期间风险源调查结果

序号 风险源

1 预应力张拉不到位

2 挂篮悬臂浇筑问题

3 高温、低温对施工影响

4 合龙高差过大

5 施工机械事故

6 边跨现浇段支架失稳

2.4 自然因素

此外，针对桥址所在处地理环境，需要考虑结构尤其是大悬臂主梁风致失稳风险，地质灾害风险以及地震灾害风险，这对桥梁极限承载能力以及正常使用性能均具有影响风险。

3 风险评估

对桥梁建设施工期间风险源进行识别，进行风险源调查，去除次要风险源信息，最终形成风险源列表。根据《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南》，风险估测结果见表2。

表2 风险估测结果表

序号 风险项 风险估测结果

风险发生概率级别 风险损失级别 风险级别

1 单箱单室大悬臂风险 3 1 II

2 挂篮悬臂施工风险 2 3 III

3 高墩施工风险 1 4 III

4 塔吊失稳风险 2 2 II

5 边跨现浇段支架失稳风险 1 3 II

6 合龙高差过大 2 3 III

7 0号块开裂风险 3 4 III

8 结构风致失稳风险 1 3 II

9 地质灾害风险 2 2 II

10 地震灾害风险 1 3 II

从表中可以看出，挂篮悬臂施工风险、高墩施工风险、合龙高差过大及0号块开裂风险为III级风险，需加以重点关注。其余风险，如单箱单室大悬臂风险、塔吊失稳风险、边跨现浇段支架失稳风险及结构风致失稳风险等为II级风险，需采取相应处理措施并加以控制。

4 风险控制措施

针对风险源识别及等级估测，应提出相对应风险控制措施，以有效预防风险危害发生，降低工程施工危险性。其中主要风险控制措施包括：

（1）箱梁设置纵、横、竖三向预应力，并在中跨设置备用钢束，作为安全储备，在桥梁使用阶段对其应力及挠度进行监测。

（2）桥梁主跨跨中设置横隔板，桥墩中间设置横隔梁，提高桥梁结构整体刚度，减小其长期挠度。

（3）进行预应力混凝土结构耐久性设计。

（4）对桥梁合龙段合龙前进行顶推，有效抑制桥梁跨中下挠。

（5）保证挂篮、托架具有足够强度、刚度及稳定性，测量其弹性与非弹性变形。

（6）增加桥梁施工期间临时抗风措施，避免桥梁在大懸臂状态下大风期间施工。在大风天气下车辆限制车速，并在一定等级风速下关闭交通。

（7）桥梁抗震设防等级为8级。

以上仅列出施工期间主要风险控制措施，还应当根据实际施工进展情况，不断提出进一步控制措施建议，调整与完善风险控制内容。

5 结论

综上所述，各种风险源不利因素对特大跨径连续刚构桥建设影响较大，均存在一定安全风险。因此，需要结合当前技术手段，全面考虑各项不利因素，准确评估项目风险程度，并采取相应的应对措施，最大程度减少风险发生导致的损失，提高工程的安全性。

参考文献：

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

[3] 《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）[S]，2004

[4] 《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T B02-01-2008）[S]，2008