肖坤

摘要：為了節(jié)約土地資源，提高鐵路線路駕駛安全及平穩(wěn)度，橋梁在高鐵中使用頻率越來越高。然而在高鐵運(yùn)營(yíng)過程中橋梁一旦發(fā)生破壞，其造成的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失難以估量。本文根據(jù)實(shí)際案例情況，利用故障樹模型對(duì)橋梁樁基結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)研究和探討，并給出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略

關(guān)鍵詞：樁基;風(fēng)險(xiǎn);故障樹

一、引言

現(xiàn)代橋梁建設(shè)己經(jīng)取得了很多舉世矚目的成績(jī)，特別是國(guó)內(nèi)橋梁技術(shù)迅猛的發(fā)展，己經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，斜拉橋、懸索橋、跨海大橋等取得的技術(shù)突破讓其成為許多城市的地標(biāo)性建筑。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，高速鐵路項(xiàng)目中的橋梁占比越來越高，例如京滬高鐵橋占比為80%，京津城際為88%，滬杭高鐵高達(dá)92%。橋梁的安全、質(zhì)量無疑是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，樁基作為橋梁主要受力部分承擔(dān)著橋梁是否安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵所在，由于其隱蔽性特點(diǎn)，樁基施工直接造成的橋梁事故眾多，除地質(zhì)本身情況外，人為操作因素占比較大。一旦發(fā)生安全質(zhì)量事故，其造成的后果將不堪設(shè)想。不僅會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，更有可能造成各類人員傷亡，這就表明在橋梁方案制定和施工過程中，對(duì)事故安全風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)和防范都是極為重要。

從橋梁發(fā)生的重大事故原因來看，許多事故的案例都表現(xiàn)出極其復(fù)雜的邏輯關(guān)系。在各項(xiàng)邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上采用故障樹分析方法可以對(duì)橋梁樁基的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，從而計(jì)算事故發(fā)生的概率。

二、模糊故障樹法的橋梁樁基分析

2.1工程概況

某JT城際鐵路，起止里程為DK101+167.09～DK128+077.46。主要工作內(nèi)容為特大橋一座，正線長(zhǎng)26.91公里，施工范圍為501#墩～1292#墩，鉆孔樁基礎(chǔ)7966根，地質(zhì)多為粉質(zhì)黏土、粉、細(xì)砂，部分地區(qū)分布有粗砂、礫砂、礫土。設(shè)計(jì)時(shí)速目標(biāo)值350公里/小時(shí)。

2.2風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)清單的建立

由于該項(xiàng)目地處北方，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繁雜的施工工藝以及漫長(zhǎng)的冬季施工工期等各種不確定性都決定了橋梁風(fēng)險(xiǎn)的不可預(yù)見性。橋梁樁基的風(fēng)險(xiǎn)事故一般包括：樁基底沉渣過厚、樁基礎(chǔ)軸線偏差、承載力不足、斷樁、地基沉降過大等。但究其原因，橋梁樁基事故經(jīng)歸納總結(jié)其一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素不外乎勘察、設(shè)計(jì)、施工和自然災(zāi)害等原因，下面就以上因素進(jìn)一步分析得出二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素。

在橋梁勘察設(shè)計(jì)階段，勘察設(shè)計(jì)失誤往往會(huì)對(duì)樁基施工構(gòu)成致命風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富與否將直接決定橋梁建設(shè)成敗。而在橋梁施工作業(yè)階段，由于橋梁施工地處野外，作業(yè)過程環(huán)境變化難控，室外溫度起伏不定，施工工期持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)等因素都會(huì)導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)得不到精準(zhǔn)的控制。與此同時(shí)，在組織施工過程中，施工工序復(fù)雜多變，垂直交叉作業(yè)頻發(fā)，工程物資和機(jī)械設(shè)備在橋梁建設(shè)過程中也是風(fēng)險(xiǎn)因素的重要組成部分，具體清單如表1所示。

清單中的風(fēng)險(xiǎn)因素僅為橋梁樁基礎(chǔ)的一些常見風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際情況中，從橋梁的勘察設(shè)計(jì)到施工運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，樁基事故的發(fā)生是復(fù)雜多變的，也是不可預(yù)測(cè)的，所以本文也就不可能對(duì)每一種風(fēng)險(xiǎn)因素加以預(yù)判。

2.3故障樹定性分析

故障樹法在項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)用的比較多，本文根據(jù)每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素可能發(fā)生的概率，用下行法求出故障樹所有的最小割集，得出故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為：

式中：X1，X2，X3……Xn表示故障樹的n個(gè)基本事件;Mi表示第i個(gè)最小割集，并有：Mi=∏xi∈miXj（2）構(gòu)建故障樹，如下圖1所示

由以上故障樹可以看出，利用下行法求解故障樹的最小割集分別是{A1}{}、{Z2}、{A3}、{A4}、{A5}、{B1}、{B2}、{B3}、{B4}、{C1}、{C2}、{C3}、{D1}、{D2}、{D3}、{D4}、{D5}，以上割集為最小割集，只要最小割集內(nèi)的任意一個(gè)事件發(fā)生都會(huì)造成T事件的發(fā)生。

2.4故障樹定量分析

由于在二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)下還有三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，例如在施工措施當(dāng)中就含有：造漿、鉆孔沖擊、清孔、二次清孔;通過對(duì)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行專家打分，與此同時(shí)通過以往數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)得到二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率如表1中所示：

設(shè)xi（t）=1表示第i個(gè)部件在t時(shí)刻故障。本文計(jì)算事件i發(fā)生的概率，也就是計(jì)算隨機(jī)變量xi（t）的期望值，即：

經(jīng)計(jì)算得出頂事件T發(fā)生的概率P（T）=0.991，由此可知在樁基施工過程中發(fā)生事故的概率較大。

2.5概率重要度分析

既然頂事件樁基發(fā)生事故的概率極大，也難以避免，那么通過有針對(duì)性的分析最小割集的重要度來研究下一步對(duì)策。其相關(guān)函數(shù)如下所示：

根據(jù)以上各項(xiàng)底事件的概率重要度值來判斷，排在前三位的分別是D5>D1>D3=A3。

三、風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估

通過以上數(shù)據(jù)分析得出，在橋梁樁基事故風(fēng)險(xiǎn)分析中施工管理、施工組織、材料質(zhì)量以及地質(zhì)勘察洗洗度等因素存在較大風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)以上情況提出如下建議：

3.1加強(qiáng)過程施工管理

在項(xiàng)目開工前應(yīng)該建立健全項(xiàng)目經(jīng)理部的各項(xiàng)管理制度，明確責(zé)任。對(duì)每一項(xiàng)工作應(yīng)該有目標(biāo)、有計(jì)劃、有落實(shí)、有獎(jiǎng)懲。特別是在樁基施工過程中應(yīng)該尤其關(guān)注施工人員和機(jī)械設(shè)備的管理。

3.2科學(xué)部署施工組織設(shè)計(jì)

施工組織設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目的綱領(lǐng)性文件，一方面在編制施工組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目施工實(shí)際情況科學(xué)的安排各項(xiàng)施工方案，避免由于方案不合理造成返工，甚至發(fā)生安全、質(zhì)量事故;另一方面，在確定好施工組織設(shè)計(jì)后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該嚴(yán)格按照方案施工，如需變更方案應(yīng)該組織專家進(jìn)行方案論證。

3.3杜絕不合格原材料的使用

工程項(xiàng)目涉及的材料眾多，而工程質(zhì)量的合格與否直接取決于原材料的好壞。一方面，在項(xiàng)目物資招標(biāo)采購(gòu)環(huán)節(jié)，項(xiàng)目物資人員應(yīng)該加大甄別力度，貨比三家;另一方面，已進(jìn)場(chǎng)的關(guān)鍵物資應(yīng)該加大試驗(yàn)檢測(cè)力度，杜絕不合格材料在實(shí)體工程中使用。

3.4加強(qiáng)地質(zhì)的觀察與資料收集

由于項(xiàng)目前期勘探不可能對(duì)每一根樁基的地質(zhì)情況進(jìn)行全面的勘察，所以在樁基施工過程中應(yīng)該加強(qiáng)鉆施工過程中的觀察與分析，并及時(shí)做好相關(guān)資料的收集與整理，如地質(zhì)確實(shí)與設(shè)計(jì)圖紙不符應(yīng)及時(shí)組織變更設(shè)計(jì)。

結(jié)語

通過以上樁基事故的研究結(jié)果來看，可以得出橋梁樁基事故的發(fā)生主要集中在施工過程中，因此，為避免樁基事故的發(fā)生應(yīng)該著重關(guān)注樁基在施工過程中的管理，這對(duì)橋梁事故風(fēng)險(xiǎn)的防范有積極的意義。