吳 釗，朱 雷

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112;2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112）

鋼箱梁具有強度高、自重輕、抗變形、便于工廠化制造和施工等特點，廣泛應用于大跨徑鋼橋中［1］，鋼箱梁近乎完美地解決了橋梁的自重、承重和跨越之間的矛盾，但也產生了鋼橋面鋪裝方案的難題。國內對大跨徑鋼橋面鋪裝尚無成熟可靠的方案［2］，經過10余年的研究和應用，已逐漸形成了雙層環(huán)氧瀝青鋪裝、澆注式瀝青鋪裝和ERS組合式鋼橋面鋪裝等主流鋪裝結構［3］。在鋼橋面鋪裝建設的前期研究工作中，如何確定適合的鋼橋面鋪裝方案是一個重點。本文結合南京四橋工程實例，從風險評估的角度，基于模糊評價方法對主流鋼橋面鋪裝方案進行比選研究，找到適合南京四橋的鋼橋面鋪裝方案，為后續(xù)鋼橋面鋪裝方案研究提供參考。

1 工程概況

南京四橋位于長江南京區(qū)段內，在南京長江第二大橋下游約10 km處，距離長江入?？诩s320 km，是多條國道主干線在南京的重要過江通道，也是南京市跨江發(fā)展的重要戰(zhàn)略通道，對南京市的經濟、社會發(fā)展有重要作用。南京四橋主橋為主跨1 418 m的3跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋，橋跨布置為575 m+1 418 m+483 m，采用扁平流線型加勁梁，是目前國內跨徑最大的雙塔3跨懸索橋。

2 鋼橋面鋪裝方案研究

我國的鋼橋面鋪裝研究始于虎門大橋，可分為以下3個階段。第1階段：虎門大橋以前，隨著國內鋼橋建設的開始，整個研究處于起步階段，對鋼橋面鋪裝的認識不足，通常采用路面用瀝青混合料進行鋪筑，橋面鋪裝的早期損壞較為嚴重；第2階段：技術引進階段，隨著國內鋼橋建設的進一步展開，鋼橋面鋪裝步入一個多種鋪裝方案研究同時展開的階段；第3階段：深入研究階段，2005年以后，國內的鋼橋建設步入頂峰，一大批世界級的跨江、跨海橋梁建成投入使用，國內鋼橋面鋪裝的研究也獲得較大的突破，取得了一系列的研究成果。

3 風險分析評估

在工程領域，工程風險可以定義為“一項工程在設計、施工及移交運營各個階段，造成實際結果與預期目標的差異性，以及這種差異發(fā)生的概率和所造成的損失”，是人們對未來行為的決策及客觀條件不確定性而引起的后果與預定目標發(fā)生多種偏離的綜合［5-6］。

風險分析可有多種方法，歸納起來，風險評估包括定性方法與定量方法兩種。在工程實際中，定量分析所依據(jù)的數(shù)據(jù)可靠性很難保證，再加上數(shù)據(jù)統(tǒng)計缺乏長期性，計算參數(shù)的假定及過程的不準確性，給量化分析帶來了很大困難，所以目前工程實際應用的風險平評估以定性分析為主［7］。本文采用模糊綜合評價法對南京四橋鋼橋面鋪裝方案進行定性分析。

3.1 建立評估對象集

針對南京四橋鋼橋面鋪裝方案，建立以4種主流鋼橋面鋪裝方案{環(huán)氧瀝青鋪裝方案，澆注式瀝青鋪裝方案，組合式瀝青鋪裝方案，雙層SMA鋪裝方案}為對象的評估對象集。

3.2 建立因素集

對影響判斷對象的風險因素作層次劃分，將各風險因素分為m類，建立風險因素集U，U={U1，U2，…，Um}，各元素Ui代表各類風險因素，這些風險因素具有不同程度的模糊性。

針對南京四橋鋼橋面鋪裝，一級評價因素分為使用性能、施工可控性及后期養(yǎng)護性能3個因素，具體評價因素如表1所示。

3.3 建立評價集

對評判對象可能做出各種評判集合的總體，表示為V，V={V1，V2，…，Vm}，其中各元素Vi代表各種可能的評價結果，模糊綜合評價的目的就在于通過綜合考慮評判對象的所有影響因素，從評價集中獲得一個最佳評判結果。南京四橋鋼橋面鋪裝方案風險分析評價集如表1所示，其中病害發(fā)生概率等級標準如表2所示，評價因素等級標準如表3所示。

表1 各級評價因素及其權重

表2 病害發(fā)生概率定性等級標準

3.4 建立權重集W

為了反映各風險因素的重要程度，對各風險因素賦予相應的權重Wi={W1，W2，…，Wm}，通常各權數(shù)Wi應滿足歸一性和非負性條件（0＜Wi＜1）。南京四橋鋼橋面鋪裝方案風險分析權重集如表4~表6所示。

表3 評價因素等級標準

表4 一級風險因素的權重值

（1）一級風險權重值主要與決策關注點有關，南京四橋鋼橋面鋪裝決策對3個方面均比較重視，3個因素的權重值基本相同。

（2）二級風險和三級風險因素的權重值則主要考慮各風險因素對各方案的影響程度，影響程度大的權重值取大一點，反之取小一點。

王祥在L市里無親無故，也沒個人給他當個導游，去當鋪，他害怕像電視里的大頭鬼一樣被騙了。去商場，他又估摸著那里只有東西買，沒有地方賣。他想來想去突然想起電視里播過城里專門有古玩交易市場，于是便抱著試試看的心態(tài)去看了看，一看之下王祥大吃一驚。

4 風險分析評估結果

4.1 單因素模糊評判

單獨對一個影響因素Ui進行評判，以確定評判對象對評價集元素V的隸屬程度，得到評判結果Ri={γi1，γii2，…，γiin}，將各因素評判集的隸屬度排列成行，構成如下單因素評價矩陣。

表5 二級風險因素的權重值

表6 三級風險因素的權重值

（1）使用性能評價

國內鋼橋面鋪裝使用情況統(tǒng)計如表7所示。從推廣應用情況看，環(huán)氧瀝青鋪裝占有絕多優(yōu)勢，澆注式和ERS鋼橋面鋪裝方案從規(guī)模和數(shù)量上均不能與環(huán)氧瀝青鋪裝方案相比。從實體工程使用情況看，環(huán)氧瀝青鋪裝方案成功的和失敗的例子都有；澆注式鋼橋面鋪裝方案除早期的江陰大橋病害發(fā)生嚴重外，其余橋面鋪裝鋪裝使用狀況都比較良好；ERS鋼橋面鋪裝除去西陵長江大橋和江東大橋鋪裝病害嚴重外，其余橋面鋪裝使用狀況均比較良好；雙層SMA方案從虎門大橋應用以來，橋面鋪裝病害現(xiàn)象嚴重［8］。

（2）施工可控性評價

施工的難易程度對于保證鋪裝最終的性能和鋪裝的推廣應用具有重要意義，工可控性評價集結果如表8所示。

表7 國內鋼橋面鋪裝使用情況統(tǒng)計

表8 施工可控性評價集結果

（3）后期養(yǎng)護難度評價

鋼橋面鋪裝的后期養(yǎng)護方案是一個重要的方面，合適的養(yǎng)護方案能夠極大地保證鋼橋面鋪裝的使用性能，提高鋼橋面鋪裝使用年限，后期養(yǎng)護評價集結果如表9所示。

表9 后期養(yǎng)護評價集結果

4.2 模糊綜合評判

從構成單因素評判矩陣的性質可以看出：R的第i行，反映了第i個因素影響評判對象取各個評價及元素的程度，R的第j列，反映了所有因素影響評價對象對第j個評價集元素的程度；可用每列元素之和來反映所有因素的影響，在各項作用以相應因素權數(shù)W（ii=1，2，…，m），便能合理地反映所有因素的綜合影響，得到模糊綜合評價指標B=W×R={b1，b2，…，bm}。

綜合考慮所有因素影響，將各因素的權重值作用于各因素的評價指標上，得到模糊綜合評價指標，如表10所示，風險水平等級矩陣和風險水平接受準則如表11、表12所示。

通過模糊綜合評價指標，最終得到幾種鋪裝方案的風險等級，其中環(huán)氧瀝青鋪裝、澆注式瀝青鋪裝和ERS鋼橋面鋪裝方案風險等級均為Ⅱ級，雙層SMA鋪裝方案風險等級為Ⅲ級；模糊綜合評價指標雙層SMA為3.1，環(huán)氧瀝青鋪裝為2.7，澆注式瀝青鋪裝為2.2，ERS鋼橋面鋪裝為2.3。綜合風險等級與模糊綜合評價結果，澆注式鋼橋面鋪裝和ERS鋼橋面鋪裝綜合性能更為優(yōu)良，考慮南京四橋大跨徑懸索橋的大變形特點，可以優(yōu)先考慮澆注式瀝青鋼橋面鋪裝。

表10 模糊綜合評價結果

表11 風險水平等級矩陣

表12 風險水平接受準則

5 結論

本文結合南京四橋工程實例，從使用性能、施工難度、后期養(yǎng)護等方面對國內主流鋼橋面鋪裝方案進行了風險評估，結果表明澆注式鋼橋面鋪裝和ERS鋼橋面鋪裝綜合性能更為優(yōu)良，考慮南京四橋大跨徑懸索橋的大變形特點，可以優(yōu)先考慮澆注式瀝青鋼橋面鋪裝。本文基于風險評估對各鋪裝方案進行決策評估，包括方案設計、施工可控性和后期養(yǎng)護難度3個因素，為后續(xù)鋼橋面鋪裝決策研究提供一種新的研究思路。

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［2］顧新宇.懸索橋橋面瀝青鋪裝層力學分析及結構設計研究［D］.南京：東南大學，2002.

［3］李智，錢振東.典型鋼橋面鋪裝結構的病害分類分析［J］.交通運輸工程與信息學報，2006，14（2）：110-115.

［4］萬濤濤，鄒桂蓮.國外澆筑式鋼橋面鋪裝方案在中國的應用探究［J］.公路與汽運，2012（5）：159-162.

［5］Beghini M，Bertini L，F(xiàn)ontanari V. Fatigue life evaluation by weight functions for orthotropic bridge decks［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics，1997，28（1）：41-50.

［6］陶小蘭，王鵬.橋梁設計方案風險評估分析［J］.公路交通技術，2011（2）：86-90.

［7］王詩青.公路橋梁風險評估關鍵技術研究［D］.天津：天津大學，2010.

［8］黃衛(wèi).大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.