橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究

摘要 橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)評估是確保橋梁建設(shè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵部分。為了保證橋梁施工質(zhì)量，有效控制施工風(fēng)險(xiǎn)，文章研究了層次分析法在大橋施工風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用，通過建立評價(jià)體系和判斷矩陣，對不同層級中風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算。研究結(jié)果表明：在大橋主塔施工過程中，層級二風(fēng)險(xiǎn)因素中的施工技術(shù)、外部環(huán)境、人員素質(zhì)以及材料設(shè)備的權(quán)重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，其中施工技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)最大。在施工技術(shù)中的各風(fēng)險(xiǎn)因素中主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足的權(quán)重較大，分別為0.514 3和0.223 7；在其余二級風(fēng)險(xiǎn)因素中三級風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重較大的分別為地震、施工隊(duì)伍的素質(zhì)、混凝土強(qiáng)度和鋼筋銹蝕。因此，為保證主塔的施工質(zhì)量，控制施工風(fēng)險(xiǎn)，要重點(diǎn)關(guān)注主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足、地震、施工隊(duì)伍的素質(zhì)、混凝土強(qiáng)度和鋼筋銹蝕因素對施工質(zhì)量造成的影響。

關(guān)鍵詞 橋梁；施工風(fēng)險(xiǎn)評估；層次分析法；權(quán)重；施工技術(shù)

中圖分類號 U445.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0108-03

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通需求的不斷增加，橋梁已成為當(dāng)今社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其施工安全問題也日益凸顯^[1-2]。橋梁施工過程中的各種風(fēng)險(xiǎn)因素不可避免，如地質(zhì)條件、氣象條件、技術(shù)難度、施工管理等，這些因素可能導(dǎo)致橋梁施工事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失^[3]。因此，對橋梁施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估十分重要，通過識別和評估施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，能夠采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施，以確保橋梁施工的安全順利進(jìn)行^[4]。如何準(zhǔn)確評估和控制橋梁施工中的風(fēng)險(xiǎn)，成為業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。李鑫聃等^[5]結(jié)合建管理念，評估了橋梁在設(shè)計(jì)、施工、材料等方面的風(fēng)險(xiǎn)度，為橋梁的安全控制提供了可靠數(shù)據(jù)。層次分析法作為一種定性和定量相結(jié)合的分析方法，能夠有效地處理復(fù)雜問題的決策分析^[6]。因此，為了保證橋梁施工質(zhì)量，有效控制施工風(fēng)險(xiǎn)，基于層次分析法建立了大橋施工風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)體系和判斷矩陣，對不同層級中風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算，找出了風(fēng)險(xiǎn)較大的因素，為大橋的安全控制提供參考和依據(jù)。

1 工程概況

某懸索橋接線和橋長分別為1 030 m和2 795 m，矢跨比和邊跨比分別為1/5和1/2.77，索塔高83 m，橋塔采用混凝土結(jié)構(gòu)，塔柱斷面為箱形，橋塔上部塔高70 m。橋塔32 m以下位置的截面縱向尺寸從6.6 m逐漸增大到10.6 m，32 m以上位置等于6.6 m。懸索橋橋?qū)?8 m，采用縱、橫梁體系，梁的類型屬于鋼—混組合梁，整個橋體共有主纜2根，為高強(qiáng)鋼絲鍍鋅構(gòu)成的正六邊形。大橋設(shè)計(jì)車速為60 km/h，環(huán)境類別為Ⅱ類，車道寬度為四車道，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

2 橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)分析方法

2.1 層次分析法

層次分析法是一種以復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以此作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。層次分析法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)性：將所研究的問題看成一個系統(tǒng)，按照分解、比較判斷、綜合分析的思維方式進(jìn)行決策分析，是繼機(jī)理分析方法、統(tǒng)計(jì)分析方法之后發(fā)展起來的又一個重要的系統(tǒng)分析工具。

（2）實(shí)用性：能處理許多傳統(tǒng)的優(yōu)化方法無法處理的問題，應(yīng)用范圍廣，而且將決策者和決策分析者聯(lián)系起來，體現(xiàn)了決策者的主觀意見，決策者可以直接應(yīng)用它進(jìn)行決策分析，增加了決策的有效性和實(shí)用性。

（3）簡潔性：層次分析法的基本原理和步驟較為簡單，計(jì)算方便，所得結(jié)果簡單明確。

在通過層次分析法分析橋梁施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，第一步要明確哪些因素可能對橋梁施工造成風(fēng)險(xiǎn)，這些因素可能包括設(shè)計(jì)問題、施工問題、自然環(huán)境因素、人為因素等。找出不同因素間的支配性和影響關(guān)系，同時(shí)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)層次模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)識別的具體化和條理化。在建立層次分析模型時(shí)，把風(fēng)險(xiǎn)屬性相同的放在同一層次，下一層次因素受到上一層次的約束。

2.2 構(gòu)建判斷矩陣群

通過判斷矩陣能夠得出同一層次內(nèi)各個風(fēng)險(xiǎn)因素對上一層級因素的重要程度。其原理是以上一層級某個風(fēng)險(xiǎn)因素為基準(zhǔn)，兩兩對比當(dāng)前層次的因素，設(shè)置1～9種不同標(biāo)度來表示結(jié)果的權(quán)重，從而得出判斷矩陣，如表1所示，為1～9種標(biāo)度的意義。然后對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方式如式（1）：

式中，RI、CI和CR——隨機(jī)性指標(biāo)、矩陣的一致性和一致性指標(biāo)。

可通過式（2）計(jì)算出CI：

CI=（λ_max?n）/（n?1） （2）

式中，λ_max、n——判斷矩陣最大特征根和矩陣階數(shù)。

判斷矩陣在檢驗(yàn)后得出CR值，當(dāng)CR<0.1時(shí)，說明數(shù)據(jù)一致性高，具有較好的有效性，反之則說明數(shù)據(jù)誤差較大，需要修正判斷矩陣，其具體流程如圖1所示。

3 層次分析法的結(jié)果分析

大橋的建造十分復(fù)雜，且周期較長，如果要識別出大橋所有結(jié)構(gòu)的施工風(fēng)險(xiǎn)源，需要的工作量較大。根據(jù)大橋施工條件、橋體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所處環(huán)境等因素，將大橋分為三個部分，分別為主梁、主塔以及纜索體系。此次研究中僅針對大橋主塔進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)專家意見確定對大橋主塔施工風(fēng)險(xiǎn)造成影響的風(fēng)險(xiǎn)源，并建立其層次模型，具體如圖2所示。

參考10位相關(guān)專家（高校教授、橋梁施工管理者、設(shè)計(jì)人員）的問卷調(diào)查或打分結(jié)果，對比判斷同一層次的風(fēng)險(xiǎn)因素，得出判斷矩陣，通過方根法對不同風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)檢驗(yàn)結(jié)果的一致性，如表2所示，為大橋主塔的權(quán)重計(jì)算結(jié)果。

檢驗(yàn)上組數(shù)據(jù)的一致性，得出其CR值為0.021，小于0.1，表明數(shù)據(jù)組具有較高的有效性，無須進(jìn)行修正處理。從表2中能夠得出，大橋主塔建設(shè)過程中層級二風(fēng)險(xiǎn)因素B1～B4的波動范圍為0.130 2～0.484 6，層級三風(fēng)險(xiǎn)因素C1～C13的波動范圍為0.079 3～0.514 3。層級二風(fēng)險(xiǎn)因素中施工技術(shù)、外部環(huán)境、人員素質(zhì)以及材料設(shè)備的權(quán)重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，這說明在大橋主塔施工過程中施工技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)最大，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。在施工技術(shù)的下一層級風(fēng)險(xiǎn)因素里，主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足、主索鞍安裝偏差、大體積混凝土水化熱的權(quán)重分別為0.514 3、0.223 7、0.079 3和0.182 7，這說明在大橋主塔的施工技術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)較大的是主塔失穩(wěn)，其次是混凝土保護(hù)層厚度不足，風(fēng)險(xiǎn)最小的是主索鞍安裝偏差，因此在前期設(shè)計(jì)時(shí)要精準(zhǔn)計(jì)算主塔的穩(wěn)定性，同時(shí)在施工時(shí)保證主塔的施工質(zhì)量和嚴(yán)格控制混凝土保護(hù)層厚度。除此之外，能夠得出在外部環(huán)境中，地震的權(quán)重最大（0.423 2）；在人員素質(zhì)中，施工隊(duì)伍的素質(zhì)的權(quán)重最大（0.833）；在材料設(shè)備中，混凝土強(qiáng)度和鋼筋銹蝕的權(quán)重相同，均為0.428 5。因此，為保證主塔的施工質(zhì)量，控制施工風(fēng)險(xiǎn)，同樣要重點(diǎn)關(guān)注地震、施工隊(duì)伍的素質(zhì)、混凝土強(qiáng)度和鋼筋銹蝕所造成的影響。

同時(shí)，將層級二指標(biāo)與其對應(yīng)的層級三指標(biāo)一一相乘，得出各三級因素的綜合權(quán)重，并對主塔施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行排序，能夠得出綜合權(quán)重前三位的是主塔失穩(wěn)（0.249 3）、混凝土保護(hù)層厚度不足（0.108 4）以及主索鞍安裝偏差（0.038 5），再次說明了在大橋主塔建造質(zhì)量控制中的重點(diǎn)是施工技術(shù)中的主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足以及主索鞍安裝偏差。

4 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

根據(jù)上述分析結(jié)果，針對大橋主塔建造過程中風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重占比較大的3個因素（主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足以及主索鞍安裝偏差），采取了相應(yīng)的控制措施。

對于主塔失穩(wěn)：在設(shè)計(jì)階段必須遵循國際或國內(nèi)公認(rèn)的工程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以確保主塔在各種加載條件下的穩(wěn)定性；考慮額外的安全系數(shù)，為不確定性及可能的超出設(shè)計(jì)范圍的負(fù)荷提供緩沖空間；利用先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備，如傾斜傳感器、應(yīng)力/應(yīng)變傳感器、位移傳感器等，實(shí)時(shí)跟蹤主塔的位移、傾斜和內(nèi)力變化；將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)閾值比較，以便對出現(xiàn)的任何異常立即采取糾正措施；嚴(yán)格控制施工順序，確保按照設(shè)計(jì)和工程計(jì)劃進(jìn)行，避免因施工順序錯誤而引起主塔失穩(wěn)。在施工期間，合理安排施工進(jìn)度，避免因過快施工而導(dǎo)致的不穩(wěn)定問題，保證施工過程中的工藝標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量，每個施工環(huán)節(jié)均需要符合規(guī)范。

對于混凝土保護(hù)層厚度不足：明確規(guī)定混凝土保護(hù)層的最小厚度要求，并依據(jù)結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的侵蝕性級別調(diào)整這一要求；在施工圖紙中清楚標(biāo)注保護(hù)層厚度，并在工藝規(guī)范中詳細(xì)說明如何實(shí)現(xiàn)圖紙要求；施工過程中應(yīng)使用專門的保護(hù)層測厚工具，比如電磁感應(yīng)測厚儀，確保保護(hù)層厚度符合規(guī)定。

對于主索鞍安裝偏差：主索鞍的制造應(yīng)嚴(yán)格遵循精細(xì)的設(shè)計(jì)圖和高精度加工標(biāo)準(zhǔn)，采用高精度數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，確保構(gòu)件尺寸和形狀的準(zhǔn)確性；在實(shí)際安裝之前，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真，評估預(yù)張拉過程中索鞍的行為及對整體結(jié)構(gòu)的影響；通過預(yù)張拉的結(jié)果調(diào)整索鞍位置，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的張力分布。安裝過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用高精度儀器實(shí)時(shí)檢查索鞍的位置和方向，如有任何偏差應(yīng)立即調(diào)整。

5 結(jié)論

為了研究層次分析法在大橋施工風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用，以大橋主塔為對象，建立評價(jià)體系和判斷矩陣，對不同層級中風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算，主要得出以下結(jié)論：

（1）大橋主塔建設(shè)過程中，層級二風(fēng)險(xiǎn)因素中的施工技術(shù)、外部環(huán)境、人員素質(zhì)以及材料設(shè)備的權(quán)重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，這說明在大橋主塔施工過程中施工技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)最大。在施工技術(shù)的下一層級風(fēng)險(xiǎn)因素中主塔失穩(wěn)、混凝土保護(hù)層厚度不足的權(quán)重較大，分別為0.514 3和0.223 7，這說明在大橋主塔的施工技術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)較大的是主塔失穩(wěn)，其次是混凝土保護(hù)層厚度不足，并針對上述風(fēng)險(xiǎn)因素提出了相應(yīng)的控制策略。

（2）在其余二級風(fēng)險(xiǎn)因素中，三級風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重較大的分別為地震、施工隊(duì)伍的素質(zhì)、混凝土強(qiáng)度和鋼筋銹蝕，因此，為保證主塔的施工質(zhì)量，控制施工風(fēng)險(xiǎn)，同樣要重點(diǎn)關(guān)注以上風(fēng)險(xiǎn)因素所造成的影響。

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收稿日期：2023-11-22

作者簡介：孫鶴（1979—），男，本科，高級工程師，研究方向：道路工程。