桥梁施工风险控制论文

1工程概况

该工程为珠海市高栏港高速公路某（前锋涌）预应力混凝土箱梁桥，该桥跨径尺寸为5×20m+3×30m+5×20m。随着河道通航需求不断增长，桥下净空已不能满足现有通行要求，需要整体升高满足净空。大桥桥面宽度为22.5m，顶升面积为6525m2，顶升质量为15376t。

2工程地质条件

桥位处地质情况为：表层以第四系沉积层为主，主要是粉质黏土、淤泥质粉质黏土；黏土下以含水砂层为主；基底以燕山3期花岗岩为主，其内部裂隙水较为贫乏。地下水构成主要为土层中的孔隙水和基底岩层裂隙水，补给源为大气降水，水位在0.4～1.4m范围变化，对混凝土基本无腐蚀性。

3顶升支点选择

3.1初步施工方案

采用先断柱后顶升方法，即利用下抱柱梁-盖梁体系进行顶升托换，在盖梁底部吊挂千斤顶，并交替对角布置在桥梁轴线两侧，完成整体顶升施工。该施工方案存在以下问题：

1）桥梁修建时采用了CFG桩处理软基，并且进行了预压。若方案采用下抱柱结构，则需要进行围堰施工，且向下开挖难度较大。即使开挖完毕，之后的软基处理在施工空间受影响的条件下如何进行也是施工的难点。

2）原有系梁距盖梁底部的距离最小只有1.03m，而原托换结构下抱柱梁高度为1.5m，墩柱切割位置为距抱柱梁顶面0.3m处，而现场墩柱的净空高度大多不满足施工空间要求。

3）千斤顶为对角布置，顶升过程中会使盖梁结构产生扭矩，影响盖梁整体稳定性，而且千斤顶产生的反力不均衡，会产生纵、横桥向水平力，对千斤顶受力和稳定极为不利。总之，该顶升方案难度高、投资大且工期太长，需要对其进行优化。

3.2施工方案优化

3.2.1总体改进

针对初步施工方案中的问题进行了优化，具体情况如下：

1）对于桥台结构，采用直接顶升然后接高盖梁方法，利用盖梁-板梁体系进行顶升托换，这样可避免桥台下的软基处理问题。

2）对于桥墩结构，采用先断柱顶升，再接高立柱方法，利用加固原有系梁-盖梁体系进行顶升托换。采用植筋法对系梁结构加高30cm，以增加安全系数储备。

3）千斤顶采用轴线布置，消除纵桥向反力，且中间千斤顶受力更为均匀。

3.2.2改进分析

以跨中6号、7号墩之间的30m跨组合小箱梁为研究对象，为充分说明各种情况下箱梁可能出现的受力情况，采用以下3种顶升方案：

1）6号、7号墩同步顶升；

2）6号、7号墩逐次顶升（每个墩的支座同步顶升）；

3）6号、7号墩各个支座依次顶升。针对上述3种方案具体分析如下：方案1：梁结构的受力最佳，但对于墩台顶升高度的一致性要求极为严格，实际施工中很难控制。施工中需将顶升过程分多步进行，必须控制前期各顶升高度完全一致。因此需要使用大量的千斤顶，虽然投资较大，但可以缩短工期。方案2：施工过程中梁为简支结构，对梁体本身受力影响不大。逐墩顶升时若高差过大，可能造成梁端伸长，磕碰临跨桥梁；逐墩顶升还会产生额外附加应力，甚至会产生支座脱空现象。因此施工前需要精确计算，施工时采取相应措施。因投入的千斤顶数量较少，可节约投资，且施工控制简单，但因千斤顶反复拆装会延长工期。方案3：施工过程中，采用PLC计算机液压同步顶升技术控制逐次顶升高度的精度（2mm），则不会影响到主梁的稳定性。如顶升高差过大，在梁体自身抗弯刚度作用下，很容易产生侧向偏移，甚至导致顶升点脱离顶升支座，梁体脱空的同时顶升的千斤顶瞬时承受巨大局部应力，对于长期服役的桥梁具有较大施工风险。虽该方案所需要千斤顶数量最少，但拆卸千斤顶工作的次数最多，风险也最大。经上述分析，该桥先采用方案1整体顶升法，每次顶升高度为10cm；最后一轮顶升采用方案2，即逐墩台顶升，精确控制顶升高差（10cm之内）。顶升施工过程中对桥梁整体进行全面监控，施工中一旦发生超过监控预警值情况，应立即按照受力稳定原则进行补偿顶升，消除超过预警值的应力、应变，隐患消除后方可继续整体顶升。

4顶升施工风险分析

桥梁顶升施工中具有客观的偶然因素，同时人的主观意识也会导致风险的发生。一般认为桥梁风险具有随机性，所以应针对桥梁风险潜在因素进行辨别，对可能出现的风险进行实时跟踪、监控、测量，并对采集数据进行分析、评价，积极采取合理的风险应对措施。

4.1风险等级确定

顶升和落梁施工中可能存在的风险主要有：顶升电脑控制系统故障、液压顶升设备故障、监测值超预警值、千斤顶内泄跑压及现场出现的安全事故。将上述风险分别归入不同的风险等级内，如下所示。

1）低等级风险：电脑系统故障。

2）中等级风险：液压设备故障；千斤顶发生内泄。

3）高等级风险：结构监测值超限事故；现场安全事故。

4.2风险控制

针对顶升和落梁过程中的关键施工环节，详细分析，制订了可能发生意外的紧急应对措施。关键环节施工过程中，由技术负责人现场统筹协调，组建现场应急预案小组随时待命，小组成员由结构工程师、电脑软件维护工程师、液压控制系统专家、机械专家及经验丰富的技术人员等组成。

4.2.1电脑控制系统故障及处理措施

1）由电脑软件控制技术人员将系统设置为一旦电脑无信号传输，则整体系统停止、液压系统保压，千斤顶锁死，并及时发出警报。警报发出后电脑技术人员马上介入处理，备份资料数据，其他无关人员禁止触碰电脑，桥下施工人员暂时撤至安全范围内。

2）将专门应急操作按钮设置在操作界面上，便于紧急情况下快速启动该程序，使整个工程立即进入事先设定的顶升系统闭锁状态。故障应急处理后，由现场总指挥根据具体情况决定是否继续顶升作业。

3）为主控电脑提供专用保障电源，安排专业电工实时待命，以紧急处理电线、电路方面的问题。

4）操作系统出现故障，严禁其他人员尝试排除，必须由专业工程师进行检查排除。

4.2.2液压设备故障及处理措施

1）泵站不能正常提供动力：利用千斤顶自锁功能，自动关闭保护阀，维持顶升力恒定。

2）油管突然暴裂：由于千斤顶上均装有均载保护阀，可保证液压千斤顶的油不外泄和结构的绝对安全。

3）千斤顶压力不足：备足千斤顶和垫块，先用垫块进行支撑，由液压工程师对千斤顶进行维修或者彻底更换。

4）液压系统异常：施工中由专业人员对液压系统压力进行监控，遇到问题立即上报主控室，由专家判断是否继续顶升或排除故障后再开机、调试、顶升施工。

4.2.3结构监测值超限

1）结构出现裂缝：立即停止顶升，由应急小组进行综合评价，制订处理措施，决定是否继续顶升，同时加强监测。

2）箱梁和盖梁两侧顶升不同步：立即停止顶升，组织应急小组人员分析原因进行“纠偏”；使较高箱梁和盖梁一侧千斤顶保压静止，另一侧缓慢加压顶升，两侧达到平衡位置时，则停止“纠偏”操作。

4.2.4千斤顶发生内泄

千斤顶一旦发生内泄，将导致顶升施工中断，严重时还会导致顶升失败，并会因千斤顶不同步使结构产生附加应力导致结构破坏，因此对内泄需提前预防、及时发现，应做到以下几点：

1）千斤顶在顶升前均需保压；

2）通过监控液压泵站供油速度是否加快，顶升速度是否下降，来及时判断千斤顶是否发生内泄；

3）千斤顶顶升或下落施工时，采用辅助螺旋千斤顶微调跟进，保证顶升施工万无一失。

5结语

1）整体顶升施工工艺为工程的顺利完成奠定了基础，并可为今后类似工程的施工提供参考。

2）先整体同步顶升、后逐孔顶升调整纵坡的施工方法，减少了对既有桥梁的影响，最大可能地保证了既有桥梁原有状态，桥梁顶升过程中未出现超标的附加应力及裂缝。

3）依据对多跨桥梁整体顶升施工所造成的影响程度，将施工风险划分为低、中、高3个等级，并根据风险等级及风险种类制订了详细的风险控制措施及应急处理预案，保证了工程的顺利完成。

作者:程达峰单位:中铁十八局集团