摘要 文章以228國道慈溪庵東至余姚梨洲段工程中的控制性工程雙橢圓異形鋼索塔鋼混疊合梁斜拉橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了橋梁初步設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)評估的過程。根據(jù)項(xiàng)目自身特點(diǎn)，從建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)方案、施工安全與技術(shù)、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)四大方面分析項(xiàng)目存在的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合專家調(diào)查法對該斜拉橋的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，最終得出其風(fēng)險(xiǎn)等級，并提出了相應(yīng)控制措施，保證橋梁安全運(yùn)營。

關(guān)鍵詞 風(fēng)險(xiǎn)評估；異形鋼索塔；鋼混疊合梁；斜拉橋

中圖分類號 U441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0079-03

0 引言

常規(guī)斜拉橋索塔主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)索塔目前在國內(nèi)開始逐步推廣應(yīng)用。某大橋?yàn)?28國道慈溪庵東至余姚梨洲段工程中的控制性工程，設(shè)計(jì)為（92+228+92）m雙塔空間雙索面斜拉橋，其主塔采用鋼結(jié)構(gòu)，造型獨(dú)特美觀，極具特色。但同時(shí)也為設(shè)計(jì)和施工帶來諸多不確定性，根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》相關(guān)要求，需要在初步設(shè)計(jì)階段對該項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，為項(xiàng)目后續(xù)順利推進(jìn)打好基礎(chǔ)[1]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 設(shè)計(jì)方案

某大橋橋跨布置為（92+228+92）m=412 m的雙塔空間雙索面斜拉橋，主梁采用整幅橋面布置，上下行各布置4個(gè)車道，兩側(cè)各設(shè)4.0 m寬的人行道，橋梁全寬48 m（含風(fēng)嘴），方案效果圖如圖1所示。主橋采用三跨連續(xù)半漂浮體系，索塔效果圖如圖2所示，索塔與主梁之間橫梁上豎向設(shè)置一個(gè)雙向支座和一個(gè)單向支座，利用鋼梁下伸牛腿以及橫梁擋塊，設(shè)置橫向抗風(fēng)支座；邊墩主梁一端設(shè)置一個(gè)雙向支座和一個(gè)單向支座，并設(shè)置橫向抗風(fēng)支座。

1.2 雙橢圓索塔

索塔高93 m，其中塔座高4 m。塔柱橫橋向從上到下共分為三個(gè)區(qū)段，分別為橢圓曲線段、緩和曲線過渡段與直線段。緩和曲線過渡段曲線半徑為50 m；直線段的坡度為1∶12.65。橋塔塔高19+74=93 m，其中直線段與緩和曲線過渡段結(jié)構(gòu)高度為19 m，橢圓曲線段的結(jié)構(gòu)高度為74 m。橢圓塔柱中心線的長半軸為71.5 m，短半軸為23.5 m，中心點(diǎn)高程為+18.842 m。主塔縱橋向投影亦呈橢圓狀。

塔柱共劃分為16個(gè)節(jié)段。T0～T15，15個(gè)拼接接縫：J1～J15；節(jié)段長度為4.1～10.0 m。T0鋼混結(jié)合段采用起重吊機(jī)吊裝，其余節(jié)段采用塔吊吊裝，節(jié)段拼接均采用全熔透焊[2]。

1.3 氣象及地質(zhì)概況

場地所在地區(qū)，每年7—9月為臺風(fēng)侵襲期。臺風(fēng)會(huì)帶來大量降水，其特點(diǎn)為水量集中、歷時(shí)短、強(qiáng)度大，易造成洪澇災(zāi)害，同時(shí)存在臺風(fēng)和風(fēng)暴潮等氣象災(zāi)害的影響。

橋位區(qū)處于沖湖積平原區(qū)，地勢平緩，淺部主要分布有淤泥、淤泥質(zhì)黏土，埋深較淺，厚約0.70～17.50 m。

1.4 周邊環(huán)境

經(jīng)調(diào)查，橋位區(qū)水陸交通均較為便利，其跨越的姚江為Ⅲ級航道，橋梁未上跨或下穿重要公路、鐵路等。橋位區(qū)引橋存在高壓燃?xì)夤芫€，需改遷。橋墩承臺距離堤岸較近（最小距離僅10 m），軟土層較厚[3]。

2 橋梁風(fēng)險(xiǎn)評估方法

2.1 專家調(diào)查法

專家調(diào)查法是目前國內(nèi)普遍采用的方法之一，具有廣泛的代表性和可靠性，又被稱作德爾菲法（Delphi" method），由美國蘭德公司首先提出并運(yùn)用到實(shí)際工程中。參與調(diào)查的專家相互之間不發(fā)生橫向聯(lián)系，不直接討論，各專家通過調(diào)查人員間接參與討論，經(jīng)過多輪咨詢統(tǒng)計(jì)并修改完善，最終形成專家基本統(tǒng)一的意見，作為評估預(yù)測的結(jié)果。

2.2 基于ALARP準(zhǔn)則的風(fēng)險(xiǎn)矩陣

ALARP（As Low As Reasonably Practicable）準(zhǔn)則認(rèn)為任何項(xiàng)目活動(dòng)都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，采取一定措施只能降低部分風(fēng)險(xiǎn)，但并不能完全消除。而且當(dāng)項(xiàng)目整體的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平較低時(shí)，再采取措施減低風(fēng)險(xiǎn)所需要的成本就會(huì)呈指數(shù)上升，所以需要平衡好項(xiàng)目系統(tǒng)整體的風(fēng)險(xiǎn)水平和成本之間的關(guān)系，ALARP準(zhǔn)則如圖3所示。

風(fēng)險(xiǎn)矩陣評估具有簡單明了、適用范圍廣的特點(diǎn)，聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣與ALARP準(zhǔn)則，可以較好地反映決策者對待風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度以及制定基本的風(fēng)險(xiǎn)對策。風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣見表1所示。

3 橋梁風(fēng)險(xiǎn)分析及評估結(jié)果

3.1 橋梁風(fēng)險(xiǎn)辨識

從建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)方案、施工安全與技術(shù)、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)四大方面，全面分析橋梁在各階段存在的風(fēng)險(xiǎn)，對主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識，形成風(fēng)險(xiǎn)源檢查表。結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，梳理出的主要風(fēng)險(xiǎn)源如表2所示。

3.2 橋梁風(fēng)險(xiǎn)分析

3.2.1 建設(shè)條件

余姚市臺風(fēng)災(zāi)害偶有發(fā)生，且建設(shè)區(qū)域周邊風(fēng)場環(huán)境復(fù)雜，具備發(fā)生異常風(fēng)致災(zāi)害的前提條件；大橋索塔構(gòu)造復(fù)雜、氣動(dòng)特性經(jīng)驗(yàn)少，且雙肢塔柱之間存在相互干擾的可能。主要造成經(jīng)濟(jì)損失。

橋址處存在較厚的淤泥質(zhì)地層，且承臺埋置于地面線以下，需要開挖基坑等施工措施，應(yīng)關(guān)注主墩施工對臨近堤壩的影響。

3.2.2 結(jié)構(gòu)方案

鋼結(jié)構(gòu)索塔目前在國內(nèi)開始逐步推廣應(yīng)用，鋼材具有抗拉強(qiáng)度高、局部穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，與索塔壓彎受力特征存在差異。特別是塔梁合理的剛度匹配、鋼塔整體和局部穩(wěn)定、鋼塔溫度荷載取值、連接部位的傳力比分配等，在現(xiàn)行的規(guī)范中存在不完善的情況，相應(yīng)設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)少[4]。

寬幅鋼混疊合梁設(shè)計(jì)分段不合理、構(gòu)造配筋不合理。接縫分段位置由于存在齡期差異，且現(xiàn)澆施工往往比預(yù)制施工質(zhì)量差，現(xiàn)有的縱向分段較長，需要考慮工廠預(yù)制生產(chǎn)能力，且避開輪跡帶等沖擊受力明顯區(qū)域；寬幅預(yù)制板受力同常規(guī)的混凝土箱梁、鋼箱梁加勁頂板存在差異，相應(yīng)的構(gòu)造配筋應(yīng)考慮雙向板的受力特征，應(yīng)用拉應(yīng)力域配筋理念進(jìn)行構(gòu)造配筋[5]。

3.2.3 施工安全與技術(shù)

鋼索塔采用塔吊吊裝，由于橋塔造型獨(dú)特、高度較大；該橋?yàn)殡p向八車道超寬橋梁，索塔未閉環(huán)之前，縱橫向無可靠的連接、穩(wěn)定性較差。因此在施工過程中存在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，一是橋塔自身的穩(wěn)定性；二是隨著橋塔高度增加，塔吊等起吊設(shè)備的穩(wěn)定性控制也十分重要。

惡劣的天氣條件會(huì)對鋼索塔的架設(shè)安裝作業(yè)造成安全隱患，故在施工時(shí)需要充分考慮氣候的影響。溫度變化對索塔及鋼索器安裝時(shí)的測量定位影響較大，進(jìn)而影響安裝精度。加之索塔為拱形曲線造型，線形控制較為困難。

另外，承臺基坑大、開挖較深，橋址區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層較厚，堤壩與基坑斜交，基坑支護(hù)不足易造成堤壩失穩(wěn)破壞。施工期間應(yīng)做好水位資料收集，加強(qiáng)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及監(jiān)測監(jiān)控。

3.2.4 運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)

運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)是指由于水文、氣象、車船撞、車輛實(shí)際荷載與設(shè)計(jì)差異程度等因素所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。橋位區(qū)風(fēng)環(huán)境相對復(fù)雜，橋面風(fēng)速比地面風(fēng)速高，可能產(chǎn)生行車風(fēng)安全相關(guān)事故。

3.3 橋梁風(fēng)險(xiǎn)評估

在梳理主要風(fēng)險(xiǎn)源的基礎(chǔ)上，形成風(fēng)險(xiǎn)源調(diào)查表，采用專家調(diào)查法匯總計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級。除施工安全與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅲ級外，建設(shè)條件風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)方案風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)均為Ⅱ級。風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果處于風(fēng)險(xiǎn)水平有條件接受范圍內(nèi)。根據(jù)目前我國工程界設(shè)計(jì)、施工、管理技術(shù)水平，該大橋在建設(shè)期和營運(yùn)期都不會(huì)發(fā)生不可克服的風(fēng)險(xiǎn)，橋梁風(fēng)險(xiǎn)等級一覽表見表3所示：

4 橋梁風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）主塔、主梁施工屬于高空作業(yè)，施工步驟多，管理難度大，施工時(shí)的不可預(yù)料因素也非常多，施工風(fēng)險(xiǎn)相對較高。建議加強(qiáng)工程的設(shè)計(jì)與施工工作，細(xì)化施工流程和工序，并在施工階段加強(qiáng)監(jiān)理工作，提高施工質(zhì)量；同時(shí)加強(qiáng)施工安全的控制，保證施工人員在作業(yè)時(shí)的安全。

（2）建立天氣預(yù)警系統(tǒng)，做好對大風(fēng)、大霧、高溫、大雨等惡劣天氣的監(jiān)控；針對橋梁方案存在結(jié)構(gòu)柔性大、穩(wěn)定性弱等特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對強(qiáng)風(fēng)的預(yù)報(bào)工作。在大風(fēng)期間應(yīng)停止施工，避開臺風(fēng)期施工，同時(shí)在施工的時(shí)候做好臨時(shí)抗風(fēng)措施，提高結(jié)構(gòu)剛度，保證施工的穩(wěn)定性。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行大橋建設(shè)項(xiàng)目工期，尊重工程建設(shè)的客觀規(guī)律，科學(xué)合理地進(jìn)行工期安排，避免出現(xiàn)隨意壓縮工期的狀態(tài)。

5 結(jié)語

從國內(nèi)外類似異形鋼結(jié)構(gòu)橋塔的施工經(jīng)驗(yàn)來看，大致分為兩類：一類是吊裝拼接施工，另一類是地面拼接之后轉(zhuǎn)體施工。兩種施工工藝均較為成熟，有較多成功案例可供參考，建議在設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步加強(qiáng)施工工藝的比選，后續(xù)加強(qiáng)施工單位的選擇，盡量選擇符合相應(yīng)資質(zhì)要求并有類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的施工單位及專業(yè)分包隊(duì)伍，進(jìn)一步降低橋塔施工中的風(fēng)險(xiǎn)，以保障工程施工過程中的質(zhì)量和安全。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-02-02

作者簡介：方大（1993—），男，本科，工程師，從事公路橋梁設(shè)計(jì)工作。