高速公路简支桥梁施工技术及安全风险评估

高鹏飞

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,成都 610091)

0 引言

高速公路桥梁工程施工涉及诸多设备及建材,具有施工环境及桥型结构复杂、参建单位多、施工技术烦琐、管理手段多样等特点,建设难度较高,特别是桥梁交错高速公路施工将增加施工安全风险,影响建筑施工的顺利开展。任意施工环节出现质量问题都会降低桥梁结构的稳定性、安全性,引发安全事故,造成人员伤亡及经济损失。为保障桥梁施工的顺利进行,需开展安全风险评估,掌握施工安全影响因素,根据各要素关联性确定风险源,计算风险概率及可能造成的损失,完善应对策略。

高速公路桥梁施工风险识别过程包括:①记录、分析桥梁工程信息。开展桥梁工程施工前,全面了解项目工程信息,分析桥梁施工技术、施工环节及框架种类,充分掌握各项基础信息以指导后续施工。②明确桥梁施工安全风险因子。明确施工策划、预期,观察施工期间是否存在影响工程稳定性的因素,深入剖析施工风险。③识别风险因素、风险模式。基于风险因子,分析安全风险产生的原因,如桥梁框架种类、人为因素、施工承受力等。④分类、排序风险事态,明确桥梁施工风险源头及关键影响因素。⑤填写风险识别报告,包括危险因素、施工信息等内容[1]。

1 施工风险方案的识别

施工期间,可通过以下方案识别施工风险:①层次分析方案。对桥梁施工风险进行统一定量、定性分析,将复杂工程体分解为递阶框架附属体系后再深入剖析,以明确各施工环节的风险因素,进行汇总整理。②核查表方案。此方案适用于分析、概括已发生的施工危机,有利于创新危机管理模式。对已完成的施工过程进行分析,结合危机归属标准整理信息。但此方法适应性不佳,只适用于特定工程项目的危机识别。③模糊层次分析方案。根据建筑模型数据,利用权重判断矩阵,对比剖析各危机因素。此方法具有层次性、条理性等特征,得到的结论具有可追溯性。

2 施工风险因素的识别

除了水文气象、地形条件等客观因素会影响施工作业进度外,以下几方面也可能存在风险因素:①路基工程,包括软基工程、土石方工程、路面工程、路基填筑等。开展土石方施工时,若邻近区域埋有燃气管线,应注意地下管道保护。②桥梁特性。受桥梁跨线交叉多、新旧桥梁分界施工难度高等因素的影响,潜在风险较多。③机械设备。高速公路项目施工需要多设备同时运行,如桥梁预制现浇施工,需应用混凝土运输车、起重机械、钢筋机械、焊机、泵车等设备。由于工期较长,可能存在设备损坏问题,如部件损坏、设备倒塌等。施工现场机械设备过多可能存在触电、卷入、夹入、碰撞等潜在的风险。④施工技术。包括施工设计是否合理、施工计划是否高效、施工设备是否匹配等。若建设场地处理不当,则存在沉降、积水风险。若设备配置不足、消防管理松懈,还可能导致火灾隐患。

3 高速公路简支桥梁施工技术要点

1)基础施工。施工前要先扩大基础,主要扩大区域为桥墩蒂部浅埋基础。结合地质勘测报告,分析岩层岩性,根据设计需求明确开挖深度,形成持力层。结合规范规定开展嵌岩处理,预留襟边,以保护简支桥梁基础。

2)桩基础施工。按照设计图纸放样、钻孔。钻孔时检验泥浆黏度,使泥浆符合护壁要求。根据钻孔设计深度进行施工,清除泥渣,及时处理塌孔。钻至标高后清除孔内杂物,安置钢筋,浇筑混凝土。钻孔灌注桩与人工挖孔桩不同,其桩深更大,多用于高水位地基施工中[2],需将桩头破除,包括挖除桩头四侧土方,控制桩顶标高,清除强度与标准不符的混凝土,再清扫桩头。

3)桥墩施工。可选择的桥墩形式多样,其中桩柱式桥墩较为常用。需绑定钢筋,架设施工模板,浇筑混凝土。开展验收时,桥墩质量与施工要求相符方可开展后续施工。检验通常以竖直度作为评估指标,需严格控制桥墩竖直度,以保障支座安装精度。

4)桥台施工。主要采用重力式桥台,其工艺简单,应用广泛。需先安装台身,灌注混凝土。后背回填方式选择分层填土方案,灌注台帽,完成桥台施工。

5)梁板预制及安装。梁板预制需在特定制梁场完成,其中T梁、箱梁、空心板梁应用广泛,可通过控制预应力方式预制梁板。完成梁板预制后,检验梁板混凝土强度是否达标,利用架桥机、吊车运输梁板。检验梁板稳固度是否达标,焊接横隔板钢筋,利用混凝土填充梁体与桥面空隙[3]。安装梁板前,需详细核查各机械部件,涂抹润滑油,对施工场地进行清洗,将框架运至指定区域,结合设计方案对桁架、导梁进行安装。预制桥板安装如图1所示。

图1 梁板预制及安装图Fig.1 Prefabrication and installation drawing of beam and plate

6)桥面施工。桥面施工包括路面、伸缩缝、排水系统、桥面铺装与护栏施工等。应注意桥梁铺装层厚度、梁板尺寸、垫石标高控制,保证混凝土护栏坚实、无裂纹及平顺连接。

4 高速公路简支桥梁施工风险的控制策略

1)制定风险应对方案。分析可能出现的风险事件,综合评定工程概况,制定风险清单,进行实地勘察,展开工程组织设计,制定施工风险应对方案,包括应对预案与风险防护措施等。

2)完善安全风险管控。针对不同桥梁工程项目,制定安全管控策略。若出现较大施工风险,需结合实地勘测数据、施工图纸分析施工方案,针对钻孔灌注桩、桥墩施工等施工环节制定科学的施工方案[4]。若要变更施工设计,需上报相关部门审批。针对触电、高处坠落、物体打击、机械伤害、起重伤害等施工隐患,需完善施工操作规范,惩处违规操作人员。

3)做好施工技术交底。要重点对钻孔灌注桩施工进行安全风险评估,做好安全教育培训,规范施工人员操作流程。定期维护、保养机械设备,由专业人员现场指挥施工。如塔上作业、升降吊车、灌注混凝土等[5]。做好技术交底,减少施工安全事故风险,避免经济损失。

4)加强工程安全风险评估 。选取权重方案评估安全风险,为保障简支桥梁施工安全奠定基础。桥梁项目单孔跨径 Lk或总长L≥同类桥型中最大Lk,评分为70～100;L>1 000 m或Lk>150 m,评分为50～74;100 m≤L≤1 000 m或40 m≤Lk≤150 m,评分为25～49;L<100 m或Lk<40 m,评分为34～66。施工区域存在滑坡、熔岩、雪崩等地质灾害时,评分为67～100;施工区域存在上述地质灾害,但发生频率小,评分为34～66;施工区域地质条件对施工安全无影响时,评分为0～33。施工区域存在强风、洪水、暴雨等极端天气时,评分为67～100;施工区域气候一般,可能对桥梁项目施工产生危害时,评分为34～66;施工区域气候不会对桥梁项目施工安全产生危害,评分为0～33。山岭区开展桥梁项目施工时,评分为50～100;平原区开展桥梁项目施工时,评分为0～49。需结合工程实际情况、施工区域地质条件、施工安全等进行综合评估[6]。此外,安全评估还涉及新材料、新工艺与新技术评估,可结合工程经验给出50～100分。

5 工程应用实例

以国道修复某工程项目为例,其长138 km,预计行车速度100 km/h,为双向两车道,以沥青混凝土材料铺设路面,项目包含简支桥梁5座。其中,某座桥设计流量200 m3/s,流速3.54 m/s,全长85 m,桥梁中心桩K0+450,交角90°。桥梁结构上部为预制T梁,下部为重力式桥台,桥墩为薄壁式,存在扩大基础、灌注式桩基础。对此简支桥梁施工建立安全预警机制并进行危险源管控。

1)健全预警机制。结合桥梁项目划分安全等级,若预警机制设置过于严格,频繁的错误警报会削弱施工人员的责任心,导致其放松警惕。若预警机制设置过于宽松,可能遗漏部分危险因素。故而,根据桥梁施工项目设置4个等级,结合事故发生风险,设置了红色(100%发生安全事故)、橙色(99%发生安全事故)、黄色(95%发生安全事故)、绿色(90%发生安全事故)等不同安全等级,对应制定不同的管理方案,以防范施工安全事故[7]。

2)管控危险源。①做好安全教育,加强施工人员安全宣传,保障一线作业人员每年受教育时间超过20 h,从事危险操作的人员每年受教育时间超过30 h。指派专人监管施工,向上级汇报实际情况。②检查脚手架,一旦发现破损、变形零部件及时更换,尽早发现施工问题。③检查安全网,如发现破损及时更换。④严格控制施工时间。一线施工人员持续工作时间≤3.5 h,建议每工作3 h休息0.5 h[8]。此外,夏季施工时要为施工人员准备充足的避暑物品,定期为施工人员检查身体。⑤如果路基施工中存在边坡坍塌、基坑渗水风险,需科学规划降排水措施,合理安排开挖工期,编制专项施工方案,开挖>5 mm基坑时,需经专家论证。若桥梁起始点与河岸距离过近,存在涌水、坍塌风险,或水中承台施工、支撑施工不当,存在倒塌风险,需在施工前制定水中承台防水策略、降排水施工策略,科学规划基坑开挖工期,规避汛期施工,以保障施工质量。⑥施工前,对各个机械设备开展专项检查,保障机械设备性能良好,定期检测特种设备,发现问题尽早整改。⑦加强施工技术管理,若施工技术不符合建筑标准,不仅消耗人力、物力、财力,还可能延误工期,因此需对施工人员开展培训,增强其专业技能,完善高速公路施工计划,保障项目顺利竣工。