大跨度懸索橋施工風險評估與防范
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,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、施工工藝復雜的特點,在施工過程中將面臨各種風險、極易出現(xiàn)各種事故。
一、橋梁風險事故的分析方法
在工程領域,工程風險可定義為“一項工程在設計、施工及移交運營各個階段,造成實際結(jié)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。
常用風險分析方法有很多,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。在進行風險分析時,應該根據(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,來選取適合而有效的風險分析方法。在工程實際中,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)計缺乏長期性,計算參數(shù)的假定及過程的不準確性,這使得分析結(jié)果的準確性很難得到保證。因此,目前工程實際應用的風險分析以定性分析為主。
二、懸索橋施工風險的分類
根據(jù)風險源的不同,懸索橋施工風險大致可分為施工質(zhì)量風險、施工組織風險、施工技術風險和環(huán)境影響風險等,如圖1所示。
(一)施工質(zhì)量風險
施工質(zhì)量風險源主要來自于材料質(zhì)量風險和結(jié)構(gòu)線型風險。
材料質(zhì)量風險主要包括混凝土的配制、澆筑和養(yǎng)護質(zhì)量,鋼筋的質(zhì)量、數(shù)量、焊接質(zhì)量,預應力鋼束質(zhì)量,預應力孔道塌陷、堵塞、灌漿不實和位置偏差,鋼束張拉時的滑絲、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,其風險源主要來自于模板缺陷、模板變形誤差、支架預拱度偏差、支架變形誤差、梁體自重偏差、預應力施加偏差。
(二)施工組織風險
1.施工進度風險。施工進度風險主要表現(xiàn)在工期延誤所導致的財務風險、建造時間延長以及由此帶來的施工風險,如跨江大橋若不能在汛期到來之前完成基礎施工,將增大基礎施工的風險,并可能威脅堤岸安全。
2.施工設備事故。懸索橋施工設備事故主要有: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械故障、吊索斷裂事故。
3.臨時工程事故。為完成主體工程所建造的臨時工程,如施工便橋、臨時碼頭、臨時變電站,若發(fā)生事故將對主體工程施工產(chǎn)生重大影響,造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。
(三)施工技術風險
橋梁跨徑的不斷增大和結(jié)構(gòu)形式的日趨復雜給橋梁施工帶來了巨大的挑戰(zhàn),從而導致了施工技術風險。
(四)環(huán)境影響風險
環(huán)境影響風險因素主要有通航、水文、地質(zhì)、地震、氣象等。
三、懸索橋施工技術風險
懸索橋的施工質(zhì)量風險、施工組織風險和環(huán)境影響風險可通過加強管理、制定應急預案等措施得到規(guī)避,因而其施工風險主要是施工技術風險。
(一)錨碇基坑施工風險
基坑工程施工周期長,常需經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動、施工失當?shù)仍S多不利條件, 故深基坑工程事故時有發(fā)生。在軟土、高水位及其他復雜場地條件下開挖基坑,發(fā)生事故的幾率更高。
對策:在開挖前應制定了詳盡的施工標準,對坑外堆載、水平支撐堆載、降水設施及監(jiān)測點的保護等均作了嚴格規(guī)定并準備了可靠的預案措施。按分層、分步、對稱、平衡及限時的原則進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間,將每層、每區(qū)開挖和支撐的施工時間限制在控制指標之內(nèi)。
(二)橋塔施工風險
1.基礎施工風險。地質(zhì)條件是決定基礎形式的主要條件,對基礎施工風險有直接的影響。橋塔基礎形式主要有樁(柱)基礎、沉井、沉箱基礎等形式。(1)鉆孔灌注樁基礎,除深度很淺的挖孔樁外,一般深度較大,易出現(xiàn)坍孔、卡鉆、擴孔與縮孔、斷樁等事故。樁數(shù)較少時處理比較麻煩,風險較大;(2)對于深水軟弱地基上采用沉箱或沉井基礎,由于基底以下土層主要為粘性土,固結(jié)時間較長,沉降不能較快完成,工后還會有一定沉降量,會產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。沉井基礎若采用墩位筑島施工,下沉速度較慢,工期較長,自然災害侵襲的機會較大,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。若采用浮運沉井,則技術水平要求更高。對策:加強與以上基礎形式相對應的勘探、施工技術和裝備的研發(fā),如深海施工勘探技術;大型專用起重、鉆孔、挖泥設備的研發(fā);深水海底挖泥與基床整平技術;巨型沉井(箱) 錨碇定位技術、基底深水灌漿技術等。
2.承臺施工風險。(1)施工過程中大型船只撞擊鋼圍堰(鋼吊箱)。對策:增強鋼圍堰(鋼吊箱)自身的防撞性能;采取相應的交通管制措施,加強航道監(jiān)督管理,避免通航船只和施工船只對鋼圍堰(鋼吊箱)的撞擊事故;(2)多雨季節(jié)超額荷載導致雙壁鋼圍堰下沉偏歪。對策:在設計雙壁鋼圍堰時應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、控制封底導管的布置得到解決。
(三)主纜施工風險
1.貓道的風振風險。貓道由于質(zhì)量小、剛度柔的特點,容易遭受大風襲擊,造成重大安全事故。對策:(1)大跨度懸索橋貓道的重力剛度對于貓道的穩(wěn)定取關鍵作用。在貓道設計時,除滿足貓道施工使用外,可在貓道承重主索外增加制動索,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),為了加強減振效果還可在橫梁上設置阻力減振滑輪。(3)采用抗風索或貓道制振體系;(4)兩幅貓道之間加設適量的橫向通道也可提高貓道的抗風能力。
2.主纜架設風險。主纜架設施工的風險主要是索股架設中經(jīng)常出現(xiàn)的“呼啦圈”、扭轉(zhuǎn)、散絲及索股表面劃傷等問題,對索股安裝質(zhì)量和安全造成不利影響。對策:(1)在索股牽引過程中,可采用卷揚機始終反拉索股后端或組合式被動放索支架,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)恰當選擇托滾間距,適當加大托滾直徑,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險。根據(jù)風險源的不同,可以將懸索橋的施工風險劃分為施工質(zhì)量風險、施工組織風險、施工技術風險和環(huán)境影響風險。針對大跨度懸索橋的結(jié)構(gòu)和施工特點,本文重點討論了大跨度懸索橋的施工技術風險,并提出了相應的防范措施。這些措施對于減少大跨度懸索橋的施工風險具有一定的指導意義。
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