關于橋梁施工過程中安全評估計算方法的淺析

白旦旦

（中國華西工程設計建設有限公司,廣東廣州 510600）

1 概況

在同德圍南北高架橋項目施工的過程中，發現該橋左幅10#墩發生差異沉降、蓋梁水平向位移。為了保證廣北立交橋的正常運營安全及同德圍項目的施工安全，需分別對整體沉降、差異沉降及蓋梁水平向位移對既有橋梁上部和下部產生的附加效應做進一步的詳細分析，得出數值方面的可靠數據，以便于各方做及時的預警及應對措施。由于在橋梁施工過程中的安全風險評估存在各種方法，本文對既有高速公路橋梁進行數值分析，列出各項分析結果，旨在積累工程經驗，加強與同行交流[2，3]。

2 差異沉降等效應對上部T梁及端橫隔板的影響

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62—2004）規定：結構計算模型、幾何特性、邊界條件等必須與實際結構相一致；結構計算模型必須能反映結構分階段形成的特點，正確反映各重要工況下的結構特性及荷載狀況。

計算中實際建模時，將全橋劃分為3 406個節點、3 904個單元、5個施工階段及1個運營階段（見表 1）。

根據該項目的實際情況，將7#～11#軸上下部整體建模，如圖1所示。

表1 施工階段劃分

圖1 整體模型

取離10#墩臨近的9#～10#跨外邊梁跨中截面作為代表性截面進行強度及裂縫驗算。結構截面見圖2。

圖2 跨中T梁截面

上部結構為梁格模型，根據端橫梁劃分單元，其截面見圖3。

圖3 端橫梁截面

根據計算結果顯示T梁截面兩個極限狀態均滿足規范及設計要求。由計算內力結果可以看出10#墩整體沉降、差異沉降及蓋梁橫向水平位移對上部T梁產生的附加效應占總內力的不足1%，故認為其對上部T梁的影響可以不計。與上部T梁為4×16 m的先簡支后橋面連續的結構體系的實際受力概況一致。

通過計算結果顯示差異沉降及蓋梁水平向位移對端橫梁產生的附加內力與活載相當，甚至超過，但由于這兩個效應對端橫梁作用是相反效應，結果顯示截面兩個極限狀態均能滿足規范及設計要求，但過程發展中，不同的工況組合可能會出現裂縫超限的情況。

3 差異沉降等效應對下部蓋梁的影響

根據現場實際情況，在10#墩、2號墩柱頂出現裂縫，如圖4所示。

圖4 現場出現裂縫蓋梁照片

與數值分析位置吻合，故取10#墩2號墩柱頂截面作為代表性截面進行強度及裂縫驗算。結構截面見圖5。

圖5 模型中蓋梁截面

通過計算結果顯示蓋梁截面承載能力極限狀態強度滿足規范及設計要求，正常使用極限狀態裂縫寬度隨著差異沉降及蓋梁水平位移的變化或滿足或不滿足規范要求。由計算內力結果可以看出10#墩整體沉降對蓋梁產生的附加效應占總內力的不足1%，故認為其對蓋梁的影響可以不計。經不同工況組合的試算，結果得出差異沉降及蓋梁橫向強制位移對蓋梁產生的附加效應對總內力影響較大，計算時必須認真根據實際工況組合考慮。

4 差異沉降等效應對下部既有樁基（預制管樁）的影響

取發生差異沉降最明顯的10#墩Ⅰ、Ⅱ樁基作為分析對象，如圖6所示。

圖6 模型中10#墩預制管樁

經計算分析，樁身在蓋梁水平位移作用下，樁身水平向位移將在樁頂以下約9 m位置產生拐點，樁頂以下約11.5 m處水平向位移為0，既有管樁尺寸為Φ550 mm管徑，壁厚t=100 mm，其截面最小回轉半徑 i=√（I/A）=0.163，長細比 L0/i=2×9/0.163=110.4。根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62—2004）中第5.3節規定，在考慮撓曲二階效應產生的影響情況下，通過長細比考慮來對軸心受壓構件承載力進行折減，經查表5.3.1，穩定系數取0.48，既管樁最大軸向抗力為 0.48×2 276=1 092.5（kN）。經過試算，在差異沉降8.6mm的情況下，在上部3個車道正常運營的情況下，蓋梁水平位移理論最大值為17mm，此時最大軸力為-1 090.8 kN＜1 092.5 kN，與既有預制管樁強度限制較為接近。

考慮到既有管樁從施工完成距今已有24 a，本著安全原則適當考慮一定的安全儲備，綜合現場各種因素，最后建議蓋梁最大水平向位移不超過15 mm，警戒值取13 mm，達到警戒值后應及時采取措施來控制位移發展，建議通過蓋梁卸載和橋墩樁基一定深度范圍注漿加固等措施來控制差異沉降及水平位移的發展。

5 結語

（1）在基礎設施建設高速發展的今天 ，為了加強市政及公路橋梁的施工安全管理，優化施工方案組織，提高施工現場安全預控有效性，提供及時、科學的決策依據，對施工環境復雜、施工工藝復雜的橋梁工程，過程控制要求采用安全風險評估的科學方法，同時也提出了更高的要求。

（2）常規地定性分析的方法易受主觀因素的影響，有可能使結果產生偏差，容易偏保守。該項目在具體風險評估過程就提出要定量分析的要求，該項目在具體的實施過程中，數值分析的結果與現場實際能夠較好吻合，得到了實踐的考驗。

[1]廣鐵深圳土木工程公司.廣環高速公路跨廣北立交橋竣工圖[Z].深圳：廣鐵深圳土木工程公司,1990.

[2]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[3]JTJ 021-89,公路橋涵設計通用規范[S].