大跨度懸索橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防范
2018-03-05
懸索橋是一種以懸索為主要承重結(jié)構(gòu)的橋。其主要構(gòu)造包括:主纜、橋塔、錨碇、吊索和加勁梁。懸索橋因其主要受力構(gòu)件只受拉力作用、材料利用效率最高的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為大跨度橋梁的主要形式。大跨度懸索橋由于其施工環(huán)境惡劣、施工工序多、施工工藝復(fù)雜的特點(diǎn),在施工過程中將面臨各種風(fēng)險(xiǎn)、極易出現(xiàn)各種事故。
一、橋梁風(fēng)險(xiǎn)事故的分析方法
在工程領(lǐng)域,工程風(fēng)險(xiǎn)可定義為“一項(xiàng)工程在設(shè)計(jì)、施工及移交運(yùn)營各個(gè)階段,造成實(shí)際結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)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(duì)未來行為的決策及客觀條件不確定性而引起的后果與預(yù)定目標(biāo)發(fā)生多種偏離的綜合。
常用風(fēng)險(xiǎn)分析方法有很多,大致可以分為三大類:(1)定性的分析方法;(2)定量的分析方法;(3)定性與定量相結(jié)合的分析方法。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí),應(yīng)該根據(jù)具體問題、問題的不同階段和不同目的、可獲得信息量的多少以及分析方法的特點(diǎn),來選取適合而有效的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。在工程實(shí)際中,定量分析所依據(jù)的數(shù)據(jù)的可靠性很難保證,再加上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)缺乏長期性,計(jì)算參數(shù)的假定及過程的不準(zhǔn)確性,這使得分析結(jié)果的準(zhǔn)確性很難得到保證。因此,目前工程實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)分析以定性分析為主。
二、懸索橋施工風(fēng)險(xiǎn)的分類
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源的不同,懸索橋施工風(fēng)險(xiǎn)大致可分為施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、施工組織風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)等,如圖1所示。
(一)施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)
施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)源主要來自于材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)線型風(fēng)險(xiǎn)。
材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)主要包括混凝土的配制、澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量,鋼筋的質(zhì)量、數(shù)量、焊接質(zhì)量,預(yù)應(yīng)力鋼束質(zhì)量,預(yù)應(yīng)力孔道塌陷、堵塞、灌漿不實(shí)和位置偏差,鋼束張拉時(shí)的滑絲、斷絲。
結(jié)構(gòu)線型質(zhì)量問題主要包括主梁線型質(zhì)量問題、橋塔線型質(zhì)量問題以及主纜線型質(zhì)量問題,其風(fēng)險(xiǎn)源主要來自于模板缺陷、模板變形誤差、支架預(yù)拱度偏差、支架變形誤差、梁體自重偏差、預(yù)應(yīng)力施加偏差。
(二)施工組織風(fēng)險(xiǎn)
1.施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在工期延誤所導(dǎo)致的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)、建造時(shí)間延長以及由此帶來的施工風(fēng)險(xiǎn),如跨江大橋若不能在汛期到來之前完成基礎(chǔ)施工,將增大基礎(chǔ)施工的風(fēng)險(xiǎn),并可能威脅堤岸安全。
2.施工設(shè)備事故。懸索橋施工設(shè)備事故主要有:鉆孔灌注樁施工中的卡鉆、掉鉆和鉆桿折斷事故,混凝土現(xiàn)澆施工中的掛籃破壞和失穩(wěn)事故,加勁梁、主鞍、散索鞍吊裝施工中的機(jī)械故障、吊索斷裂事故。
3.臨時(shí)工程事故。為完成主體工程所建造的臨時(shí)工程,如施工便橋、臨時(shí)碼頭、臨時(shí)變電站,若發(fā)生事故將對(duì)主體工程施工產(chǎn)生重大影響,造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
(三)施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)
橋梁跨徑的不斷增大和結(jié)構(gòu)形式的日趨復(fù)雜給橋梁施工帶來了巨大的挑戰(zhàn),從而導(dǎo)致了施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
(四)環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)
環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素主要有通航、水文、地質(zhì)、地震、氣象等。
三、懸索橋施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)
懸索橋的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、施工組織風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)可通過加強(qiáng)管理、制定應(yīng)急預(yù)案等措施得到規(guī)避,因而其施工風(fēng)險(xiǎn)主要是施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
(一)錨碇基坑施工風(fēng)險(xiǎn)
基坑工程施工周期長,常需經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動(dòng)、施工失當(dāng)?shù)仍S多不利條件, 故深基坑工程事故時(shí)有發(fā)生。在軟土、高水位及其他復(fù)雜場地條件下開挖基坑,發(fā)生事故的幾率更高。
對(duì)策:在開挖前應(yīng)制定了詳盡的施工標(biāo)準(zhǔn),對(duì)坑外堆載、水平支撐堆載、降水設(shè)施及監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)等均作了嚴(yán)格規(guī)定并準(zhǔn)備了可靠的預(yù)案措施。按分層、分步、對(duì)稱、平衡及限時(shí)的原則進(jìn)行基坑開挖與支撐的施工。在每層中分區(qū)開挖和分段澆筑支撐,適當(dāng)減少每步開挖土方的空間尺寸,并減少每步開挖未支撐前基坑坑壁所暴露的時(shí)間,將每層、每區(qū)開挖和支撐的施工時(shí)間限制在控制指標(biāo)之內(nèi)。
(二)橋塔施工風(fēng)險(xiǎn)
1.基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)條件是決定基礎(chǔ)形式的主要條件,對(duì)基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)有直接的影響。橋塔基礎(chǔ)形式主要有樁(柱)基礎(chǔ)、沉井、沉箱基礎(chǔ)等形式。(1)鉆孔灌注樁基礎(chǔ),除深度很淺的挖孔樁外,一般深度較大,易出現(xiàn)坍孔、卡鉆、擴(kuò)孔與縮孔、斷樁等事故。樁數(shù)較少時(shí)處理比較麻煩,風(fēng)險(xiǎn)較大;(2)對(duì)于深水軟弱地基上采用沉箱或沉井基礎(chǔ),由于基底以下土層主要為粘性土,固結(jié)時(shí)間較長,沉降不能較快完成,工后還會(huì)有一定沉降量,會(huì)產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。沉井基礎(chǔ)若采用墩位筑島施工,下沉速度較慢,工期較長,自然災(zāi)害侵襲的機(jī)會(huì)較大,而且下沉過程中事故因素較多。如遇土層中含有孤石、井身位置發(fā)生偏斜等。若采用浮運(yùn)沉井,則技術(shù)水平要求更高。對(duì)策:加強(qiáng)與以上基礎(chǔ)形式相對(duì)應(yīng)的勘探、施工技術(shù)和裝備的研發(fā),如深海施工勘探技術(shù);大型專用起重、鉆孔、挖泥設(shè)備的研發(fā);深水海底挖泥與基床整平技術(shù);巨型沉井(箱) 錨碇定位技術(shù)、基底深水灌漿技術(shù)等。
2.承臺(tái)施工風(fēng)險(xiǎn)。(1)施工過程中大型船只撞擊鋼圍堰(鋼吊箱)。對(duì)策:增強(qiáng)鋼圍堰(鋼吊箱)自身的防撞性能;采取相應(yīng)的交通管制措施,加強(qiáng)航道監(jiān)督管理,避免通航船只和施工船只對(duì)鋼圍堰(鋼吊箱)的撞擊事故;(2)多雨季節(jié)超額荷載導(dǎo)致雙壁鋼圍堰下沉偏歪。對(duì)策:在設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰時(shí)應(yīng)考慮一定的洪水荷載,并避開洪水期施工,掌握水流流速資料;(3)鋼圍堰(鋼吊箱)封底失敗。對(duì)策:鋼圍堰(鋼吊箱)封底失敗主要是由不合格的混凝土澆筑所導(dǎo)致的,可通過控制封底混凝土的厚度和混凝土質(zhì)量、控制封底導(dǎo)管的布置得到解決。
(三)主纜施工風(fēng)險(xiǎn)
1.貓道的風(fēng)振風(fēng)險(xiǎn)。貓道由于質(zhì)量小、剛度柔的特點(diǎn),容易遭受大風(fēng)襲擊,造成重大安全事故。對(duì)策:(1)大跨度懸索橋貓道的重力剛度對(duì)于貓道的穩(wěn)定取關(guān)鍵作用。在貓道設(shè)計(jì)時(shí),除滿足貓道施工使用外,可在貓道承重主索外增加制動(dòng)索,增大貓道豎向及抗扭剛度;(2)可將貓道橫梁與橋塔門架斜向聯(lián)系為空間索制振系統(tǒng),為了加強(qiáng)減振效果還可在橫梁上設(shè)置阻力減振滑輪。(3)采用抗風(fēng)索或貓道制振體系;(4)兩幅貓道之間加設(shè)適量的橫向通道也可提高貓道的抗風(fēng)能力。
2.主纜架設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。主纜架設(shè)施工的風(fēng)險(xiǎn)主要是索股架設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)的“呼啦圈”、扭轉(zhuǎn)、散絲及索股表面劃傷等問題,對(duì)索股安裝質(zhì)量和安全造成不利影響。對(duì)策:(1)在索股牽引過程中,可采用卷揚(yáng)機(jī)始終反拉索股后端或組合式被動(dòng)放索支架,使索股保持一定的張力,避免索股松弛,出現(xiàn)“呼啦圈”現(xiàn)象;(2)為了避免索股扭轉(zhuǎn),可采取減小滾筒寬度、調(diào)整拽拉器平衡重位置、在拽拉器與索股錨頭間采用剛性連接等措施;(3)加密塔頂、散索鞍支墩位置處的托滾,在不影響索股橫移入鞍的前提下,盡可能增大此處索股滾筒所組成的曲線的豎向曲率半徑,以克服索股牽引過程中的散絲現(xiàn)象;(4)恰當(dāng)選擇托滾間距,適當(dāng)加大托滾直徑,將握索器及夾具邊角打磨成圓角,并增大握索器與主纜索股的接觸面積,以降低對(duì)索股表面的損傷。
四、結(jié)語
大跨度懸索橋因其施工工序多、施工難度大和施工環(huán)境惡劣等原因,在施工過程中將面臨各種風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源的不同,可以將懸索橋的施工風(fēng)險(xiǎn)劃分為施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、施工組織風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)大跨度懸索橋的結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn),本文重點(diǎn)討論了大跨度懸索橋的施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),并提出了相應(yīng)的防范措施。這些措施對(duì)于減少大跨度懸索橋的施工風(fēng)險(xiǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
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