大跨径连续刚构桥安全风险评估

窦 巍

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司；交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

根据《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》(交公路发[2010]175号)文件精神，为了增强公路桥梁建设全过程各参与单位安全风险的意识，提升工程建设方案水平，保障工程运营阶段的结构安全性，设计单位需要在初步设计阶段对公路桥梁的建设方案进行安全风险评估，并形成固定性制度。为响应该通知精神，交通部组织编制了《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南(试行)》(下文均简称“指南”)[1-4]，该指南要求针对墩高或桥高大于100m的桥梁，需进行安全风险评估。

本文依据通知精神，结合指南要求，以建设中的宜昭高速牛街特大桥作为背景项目，开展桥梁的安全风险评估工作，为本项目初步设计审批、施工图设计、桥梁施工及后期运营管养方案的编制提供支撑材料。

1 桥梁概况

宜昭高速牛街特大桥位于云南省东北部与四川交界处，区域地形地貌为山地构造地形，局部地形起伏较大，相对高差约145m。

左右幅主桥均采用跨径布置为(85+2×160+85)m四跨变截面预应力混凝土连续刚构桥。上部结构主梁采用单箱单室变截面现浇箱梁，下部结构主墩采用双肢型薄壁空心桥墩，所有主墩中，最大墩高达135m，基础部分采用承台接嵌岩桩群桩基础。总体布置如图1所示。

图1 牛街特大桥主桥总体布置图(单位：cm)

2 风险源辨识

根据本桥所处的桥位特点、结构类型及后期运营特点，需从四个方面进行风险源辨识，即建设条件、施工方案、运营管理[5,6]。

2.1 建设条件风险源

基于本项目复杂的建设条件，相关的风险源主要包括以下几个方面。

工程地质方面，斜坡上施工开挖时可能对坡体产生扰动，同时结构面切割可能导致局部掉块现象；地震影响方面，针对本桥特点，表现为基础的破坏、桥墩的破坏、连接措施实效等；此外，本桥最大墩高135m，山谷风场分布复杂，施工最大悬臂节段，结构总体刚度较低，存在失稳风险[7]。

2.2 施工方案风险源

结合国内外同类桥型案例来看，施工期风险源也相对较多，出现安全事故的概率相对较高[8]，从统计结果分析，本文主要从以下七个方面进行评估[9]。

2.2.1 基础施工

本桥主墩承台基础均位于陡坡上，施工过程中常见问题包括：过度开挖工作面造成自然生态环境的破坏，同时使原有高边坡土体原受力平衡状态改变，形成岩土体失稳，进而产生滑坡现象；在高边坡上弃渣堆载偏压严重，不利于桥梁桩基受力，遇到暴雨时，形成崩塌灾害。

2.2.2 桥墩施工

桥墩墩柱施工过程中，风险源主要表现为：

混凝土凝结速度与滑升速度不匹配，混凝土无法达到最优出模强度；超高桥墩与斜拉桥结构的桥塔类似，整体的竖直度控制达不到规范要求；在峡谷强风作用下，操作过程中，施工平台有倾斜风险，造成了墩身扭转，提高了模板爬升难度。

2.2.3 挂篮安装及施工风险

挂篮事故时我国近年来大跨度连续梁或连续钢构桥施工中，出现的最为频繁的事故节点，一旦出现事故，均会造成人员伤亡。挂篮安装及施工风险包括：挂篮的设计受力模式的合理性、杆件连接间隙的设计合理性、挂篮的行走及锚固系统有时可靠性不足、管理不到位。

2.2.4 三T对称浇筑施工风险

本桥的三T施工的主要不利之处考虑如下：

(1)各块件的标高和线形可能会产生不符合设计要求的情况。

(2)不平衡荷载一定要满足设计要求，否则易出现梁体裂缝及安全隐患。

(3)悬浇接头的质量可能因控制不严格而出现问题。

(4)可能会出现两侧梁体标高及线形与设计要求差异较大的情况。

(5)悬臂施工强风作用下，有可能产生梁体、施工设备及人员不安全的隐患发生。

2.2.5 底板混凝土崩塌风险

会引起底板混凝土发生崩塌事故发生的风险源主要包括：

在勾筋、定位筋设置不足的前提下，张拉曲线段预应力钢束过程中，会沿钢束方向对底板产生较大的径向力，导致混凝土底板局部应力过大，从而使底板混凝土开裂，甚至崩塌；预应力锚固齿块处锚下分布钢筋配置过少，造成锚下局部应力集中；混凝土振捣不密实，形成箱梁中空洞。

2.2.6 双主跨跨中合龙段施工风险

连续刚构桥中跨合龙段施工的风险源主要包括：

劲性骨架材质交差，或者吊装骨架不平衡，导致骨架失稳；合龙段混凝土浇筑程序和设计图纸不一致，或者设计合龙温度不满足要求，造成悬臂两端高差过大，强迫合龙时，将改变结构设计内力，致使箱梁出现裂缝等。

2.2.7 施工人员安全风险

本桥施工多为高空作业，施工人员可能会有高空坠落的风险。同时施工期间由于焊接火花引起火灾威胁施工人员安全的事故也屡有发生。此外也要注意施工人员受电击的风险。

2.3 运营管理风险源

2.3.1 腹板开裂及跨中下挠风险

现役大跨径预应力混凝连续梁、连续刚构桥均是近十几年来才投入运营，总体运营状况良好，但部分桥梁出现了腹板、底板和顶板开裂，跨中下挠等病害，影响结构的正常运营，造成结构耐久性以及美观性下降，同时可能引起超静定结构的内力重分布，导致结构承载能力的降低，威胁桥梁安全。

相关风险辨识见表1。

表1 开裂下挠风险辨识

均有较大可能导致结构局部应力过大，混凝土开裂，降低结构的刚度和强度，引发下挠和进一步的开裂。

2.3.2 车辆实际荷载与设计差异导致的风险

车辆实际荷载与设计差异即为过载，通俗来说就是交通管理中所指的超载现象。

超载可能加速结构的疲劳破坏，提高结构实际疲劳应力幅，造成结构与计算相比损伤大幅度提高；同时，由超载造成的结构内部损伤往往是不能恢复的，从而导致结构在与原设计相比，受力初始条件发生改变，对结构的运营安全性产生隐患。

3.3.3 汽车撞击风险

本桥汽车撞击风险主要指车辆行驶中与防撞护栏发生碰撞。

防撞护栏的功能是防止车辆冲出桥梁范围，如果护栏不能达到“护”和“拦”的作用，汽车撞击事故发生时，将造成大量不必要的人员伤亡和财产损失。车撞事故可能还会导致二次事故(如危险品泄漏、火灾、爆炸)的发生。

3 风险估测与应对措施[10,11]

本文采取专家调查表的方法，进行风险估测。专家由设计、施工单位的资深工程师、项目管理人员、高校学者等组成(图2)。

图2 专家范围分布表

对风险概率等级和风险损失等级进行统计，按“概率等级+损失等级”进行高低排列，风险估测统计主要结果及应对措施见表2。

表2 风险估测主要结果及应对措施

4 结 论

本文基于《指南》提供的评估方法，进行了宜昭高速牛街特大桥安全风险评估，提出了风险应对措施，为本桥的施工、运营管理及同类桥梁的安全风险评估提供思路。

同时，鉴于本文评估基于交通量不超过预测值的前提下完成的，存在一定的局限性，因此对于交通量超出预测值，或桥梁出现损伤的情况，应重新进行评估，并提出相应的管理策略。