特大跨徑連續剛構橋施工安全風險評估

王江龍 李揚

摘要：本文以懸臂澆筑施工連續剛構橋的正常設計、正常施工為基礎，從施工方案、現場調查及自然因素3個方面對初步設計提出的多孔150m變截面預應力混凝土連續剛構橋施工方案開展安全風險評估，為特大跨徑連續剛構橋施工安全風險評估積累經驗。

關鍵詞：預應力混凝土連續剛構橋；施工安全風險評估；

0 引言

2010年，交通運輸部正式通過了《關于在初步設計階段實行公路橋梁和隧道工程安全風險評估制度的通知》，公路橋隧工程風險評估工作由此在全國范圍內逐漸展開，并選擇在工程建設條件、技術復雜的公路橋梁和隧道工程的初步設計階段率先推行風險評估工作。近年來，利用風險評估方法解決橋梁施工工程中的復雜決策問題，日益成為關注焦點。基于風險管理模式處理施工過程中的復雜問題，為橋梁施工提供借鑒經驗，已迫在眉睫。

1 實橋工程概況

實橋依托工程全長1173m，主橋為5跨變截面預應力混凝土連續剛構橋。跨徑布置為跨徑布置為82+3×150+82m。

圖1 主橋總體布置圖（單位：m）

1.1 主橋上部結構

上部結構為預應力混凝土變截面連續剛構，橋寬2×19.45米。箱梁為單箱單室截面，箱梁頂寬19.45米，底寬9.15米，墩頂處梁高10米，梁端及跨中梁高3.5米，箱梁梁高按1.6次拋物線變化。腹板厚從跨中至根部采用0.6、0.8、1.0米分3段漸變。從跨中至箱梁根部底板厚為0.32～0.9米，按1.6次拋物線漸變。箱梁頂板寬為19.45米，底板寬9.15米，翼緣板懸臂長5.15米。在0號塊、中跨合攏段和箱梁端部設橫隔板。

1.2 主橋下部結構

主橋橋墩雙薄壁箱型墩身，群樁基礎。雙薄壁墩身外緣寬8.5米，單壁斷面尺寸9.15×2.4米，長邊厚0.6米，短邊厚0.8米，墩高40.5～46.5米，墩頂、墩底分別設置2m、2.5m實心段，橋墩高度中心設置一道橫隔板。

1.3 施工方案設計

箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，0號塊長10m，箱梁單T懸澆劃分為19對梁段，從根部至跨中箱梁縱向分段長度為：7×3.0+12×4.0m，邊、中跨合龍段長均為2.0m。懸澆梁段最大重量為262.0噸（2號塊），掛籃自重按100噸考慮。

對于本橋施工而言，由于跨徑較大、技術復雜且施工工序繁雜，具有一定施工難度。此外，橋址處大風、地震及地質災害等因素對橋梁建設影響同樣巨大。因此，需要對本橋施工期間安全風險源作識別評估。

2 風險源識別

從施工方案、現場調查及自然因素3個方面對特大跨徑連續剛構橋施工期間安全風險源進行識別分析，為風險評估及風險控制前提條件。

2.1 施工方案

（1）單箱單室大懸臂風險

基于本橋單箱單室大懸臂截面形式，需要考慮超載車輛通行風險對主梁極限承載能力以及正常使用性能的影響，保證結構整體具有一定安全冗余度。

（2）掛籃懸臂施工風險

對于掛籃懸臂澆筑施工，需要注意掛籃桿件之間連接可靠性、掛籃行走系統及錨固裝置、掛籃安全管理等問題。此外，本橋由于懸臂澆筑塊段寬度大、重量重的特點，需要對施工掛籃進行特殊設計，并在施工前進行預加載試驗，保證掛籃在使用階段強度、剛度及穩定性滿足要求。

（3）高墩施工風險

本橋橋墩采用滑膜施工法，高墩施工時往往存在較多不確定因素，如大風大雨對施工影響以及橋墩墩身垂直度的影響等，需要加強施工及應急預案管理工作，使施工風險處于可控范圍。

2.2 計算分析

通過對所建橋梁進行有限元模型進行計算分析，能夠掌握梁橋在施工階段主梁受力狀態，明確橋梁最不利受力工況，在該工況采取重點控制措施，保證橋梁施工期間安全可靠。有限元模型計算分析結果表明：結構在各個工況下應力均勻，安全度較高，無重大設計風險。

圖2 結構有限元分析模型

2.3 現場調查

通過對施工現場實測調查，并總結以往同類型橋梁施工經驗，可統計出施工期間橋梁結構風險見表1。

表1 施工期間風險源調查結果

序號 風險源

1 預應力張拉不到位

2 掛籃懸臂澆筑問題

3 高溫、低溫對施工影響

4 合龍高差過大

5 施工機械事故

6 邊跨現澆段支架失穩

2.4 自然因素

此外，針對橋址所在處地理環境，需要考慮結構尤其是大懸臂主梁風致失穩風險，地質災害風險以及地震災害風險，這對橋梁極限承載能力以及正常使用性能均具有影響風險。

3 風險評估

對橋梁建設施工期間風險源進行識別，進行風險源調查，去除次要風險源信息，最終形成風險源列表。根據《公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估指南》，風險估測結果見表2。

表2 風險估測結果表

序號 風險項 風險估測結果

風險發生概率級別 風險損失級別 風險級別

1 單箱單室大懸臂風險 3 1 II

2 掛籃懸臂施工風險 2 3 III

3 高墩施工風險 1 4 III

4 塔吊失穩風險 2 2 II

5 邊跨現澆段支架失穩風險 1 3 II

6 合龍高差過大 2 3 III

7 0號塊開裂風險 3 4 III

8 結構風致失穩風險 1 3 II

9 地質災害風險 2 2 II

10 地震災害風險 1 3 II

從表中可以看出，掛籃懸臂施工風險、高墩施工風險、合龍高差過大及0號塊開裂風險為III級風險，需加以重點關注。其余風險，如單箱單室大懸臂風險、塔吊失穩風險、邊跨現澆段支架失穩風險及結構風致失穩風險等為II級風險，需采取相應處理措施并加以控制。

4 風險控制措施

針對風險源識別及等級估測，應提出相對應風險控制措施，以有效預防風險危害發生，降低工程施工危險性。其中主要風險控制措施包括：

（1）箱梁設置縱、橫、豎三向預應力，并在中跨設置備用鋼束，作為安全儲備，在橋梁使用階段對其應力及撓度進行監測。

（2）橋梁主跨跨中設置橫隔板，橋墩中間設置橫隔梁，提高橋梁結構整體剛度，減小其長期撓度。

（3）進行預應力混凝土結構耐久性設計。

（4）對橋梁合龍段合龍前進行頂推，有效抑制橋梁跨中下撓。

（5）保證掛籃、托架具有足夠強度、剛度及穩定性，測量其彈性與非彈性變形。

（6）增加橋梁施工期間臨時抗風措施，避免橋梁在大懸臂狀態下大風期間施工。在大風天氣下車輛限制車速，并在一定等級風速下關閉交通。

（7）橋梁抗震設防等級為8級。

以上僅列出施工期間主要風險控制措施，還應當根據實際施工進展情況，不斷提出進一步控制措施建議，調整與完善風險控制內容。

5 結論

綜上所述，各種風險源不利因素對特大跨徑連續剛構橋建設影響較大，均存在一定安全風險。因此，需要結合當前技術手段，全面考慮各項不利因素，準確評估項目風險程度，并采取相應的應對措施，最大程度減少風險發生導致的損失，提高工程的安全性。

參考文獻：

[1] 馬保林. 高墩大跨連續剛構橋[M]. 北京：人民交通出版社， 2001

[2] 張喜剛. 公路橋梁和隧道工程安全風險評估指南 [M]. 北京：人民交通出版社， 2010

[3] 《公路橋梁抗風設計規范》（JTG/T D60-01-2004）[S]，2004

[4] 《公路橋梁抗震設計規范》（JTG/T B02-01-2008）[S]，2008