史增朝，孫智峰，李 鑫

(1.河北省邯鄲市交通運(yùn)輸局公路養(yǎng)護(hù)管理處，河北 邯鄲 056000;2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，西安 710064)

引言

礦山橋(東)位于邢峰線武安境內(nèi)，本橋所在線路為一級(jí)公路，由于原橋交通量較大，重載車輛較多，使結(jié)構(gòu)受到損壞，并使病害加速發(fā)展，舊橋修建年代久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法滿足交通流量的要求。根據(jù)橋梁現(xiàn)狀及病害狀況，要使橋梁滿足現(xiàn)有交通量的需求及行車安全，需將礦山橋(東)拆除重建。

礦山橋(東)為上部構(gòu)造15 m+50 m+15 m的普通鋼筋混凝土雙曲拱橋。西側(cè)有礦山大橋(西)，為已建成的15 m+50 m+15 m箱型拱橋，使用狀況良好。兩座橋之間的距離為1.5 m。

新橋橋址與原東橋橋址重合，在拆除過(guò)程中，亦需要使用破碎機(jī)械拆除舊橋橋墩到基礎(chǔ)底板并清理干凈。橋梁拆除是一個(gè)基礎(chǔ)應(yīng)力釋放過(guò)程，基礎(chǔ)的拆除更會(huì)破壞原有的靜態(tài)土體平衡，發(fā)生應(yīng)力狀況的改變，產(chǎn)生釋放變形、基礎(chǔ)回彈，引起周邊地面沉降或位移，從而對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生直接風(fēng)險(xiǎn)。本文嘗試以拆除過(guò)程引起的周邊地面變形為依據(jù)，從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估角度闡述舊橋拆除對(duì)西橋的影響。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法多種多樣，以“量”的概念作為標(biāo)準(zhǔn)，大致可將評(píng)估方法分為定性分析、半定量分析與定量分析三種類別。鑒于嚴(yán)格的定量分析需要以基于統(tǒng)計(jì)方法的概率分析為基礎(chǔ)，這需要大量的相關(guān)工程案例及其工程數(shù)據(jù)資料，客觀條件的限制導(dǎo)致此項(xiàng)工作難以開展，因此本文中將事故概率與事故的嚴(yán)重程度相結(jié)合，采用半定量分析的綜合指數(shù)法予以計(jì)算［1］。

半定量分析法以風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量指標(biāo)為基礎(chǔ)，對(duì)橋梁拆除施工風(fēng)險(xiǎn)事故后果和事故發(fā)生概率按權(quán)重值分配一個(gè)指標(biāo)，然后將事故的概率和事故的嚴(yán)重程度進(jìn)行組合，通過(guò)數(shù)學(xué)方法綜合起來(lái)，形成一個(gè)相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，從而快速簡(jiǎn)單的估算相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。綜合指數(shù)法即屬于半定量分析法。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

在橋梁拆除施工過(guò)程中，對(duì)鄰近橋梁影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要考慮三方面因素:拆除橋梁因素、地層地質(zhì)因素和鄰近橋梁自身因素。通過(guò)對(duì)這三方面因素的分析，可以得到橋梁拆除施工對(duì)鄰近橋梁影響風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估模型［2］。

將拆除橋梁因素與地質(zhì)地層因素結(jié)合起來(lái)，可認(rèn)為是橋梁拆除施工危險(xiǎn)性指數(shù)F1，鄰近橋梁自身的狀況，可認(rèn)為是作為風(fēng)險(xiǎn)承載體的易損性指數(shù)F2。所謂危險(xiǎn)性指數(shù)，即是在一定的時(shí)間段內(nèi)，致災(zāi)因子以一定的強(qiáng)度發(fā)生的可能性。易損性指數(shù)即是在給定的致災(zāi)因子強(qiáng)度下，災(zāi)害承載體受到損壞程度的大?。?］。通過(guò)分析橋梁拆除施工中的致災(zāi)機(jī)理，可得到對(duì)鄰近橋梁影響的各個(gè)致災(zāi)因素。對(duì)致災(zāi)因素進(jìn)行分級(jí)，確定其相對(duì)重要程度。并綜合考慮兩橋位置關(guān)系、鄰近橋梁重要程度、安全補(bǔ)償系數(shù)等，得到影響風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，利用安全補(bǔ)償系數(shù)予以修正，確定綜合指數(shù)(圖1)并對(duì)影響程度進(jìn)行安全分級(jí)。

圖1 綜合指數(shù)法

2 評(píng)估模型建立

評(píng)估模型建立的關(guān)鍵因素在于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選取。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選取應(yīng)具有代表性、全面性［4］。指標(biāo)的代表性要求所用指標(biāo)能反映被評(píng)對(duì)象某方面的特性;指標(biāo)體系的全面性則要求所選指標(biāo)體系能反映出研究對(duì)象在所研究問(wèn)題上的全部信息。

2.1 拆除施工危險(xiǎn)性指數(shù)F1

拆除施工的危險(xiǎn)性指數(shù)在這里主要為影響周邊基礎(chǔ)變位的各項(xiàng)因素，主要有:基礎(chǔ)的埋置深度、工程規(guī)模、地質(zhì)狀況、基礎(chǔ)規(guī)模尺寸、拆除施工方式、施工技術(shù)水平、工期影響和監(jiān)控水平等，各因素權(quán)重見(jiàn)表1。

2.2 工藝影響系數(shù)S1

工藝影響系數(shù)，表示施工技術(shù)水平、監(jiān)控水平和工期等因素對(duì)拆除施工危險(xiǎn)性指數(shù)的影響程度的大小。在拆除施工過(guò)程中。危險(xiǎn)性植入未納入這三類主觀因素，忽視主觀因素是不合情理的，在這里將主觀因素綜合為工藝影響系數(shù)，用來(lái)對(duì)危險(xiǎn)性指數(shù)F1進(jìn)行調(diào)整，這樣得出的結(jié)論更合理。在這里將施工技術(shù)水平、工期影響和監(jiān)控水平作為工藝影響系數(shù)S1考慮(表2)。

表1 危險(xiǎn)性指數(shù)F1各因素權(quán)重及賦值

表2 施工工藝影響系數(shù)權(quán)重及賦值

2.3 橋梁易損性指數(shù)F2

該指數(shù)反映了鄰近橋梁對(duì)拆除施工所產(chǎn)生的附加影響的響應(yīng)敏感程度及風(fēng)險(xiǎn)承受能力。根據(jù)橋梁常見(jiàn)損壞形式，結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)外類似工程經(jīng)驗(yàn)，該指數(shù)的確定主要考慮因素包括:橋梁服役狀態(tài)、上部結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、基礎(chǔ)埋深及所處持力層圍巖等級(jí)(表3)［5］。

2.4 位置系數(shù)S2和橋梁重要性系數(shù)S3

2.4.1 位置系數(shù)S2

兩橋之間的位置系數(shù)反映橋梁之間的水平距離對(duì)橋梁易損性的重要性系數(shù)。對(duì)于橋梁間位置系數(shù)的劃分，目前沒(méi)有公認(rèn)的確定方法。在這里參考王夢(mèng)恕對(duì)地鐵車站施工隊(duì)鄰近樁基礎(chǔ)的影響范圍劃分為5個(gè)等級(jí)的做法［6］，亦將橋梁間位置關(guān)系劃分為4個(gè)等級(jí)(表4)。

表3 橋梁易損性指數(shù)各因素權(quán)重及賦值

表4 位置系數(shù)取值

2.4.2 橋梁重要性系數(shù)

參考《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)橋梁重要性系數(shù)的設(shè)定，根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重程度劃分為3個(gè)等級(jí)(表5)。

表5 橋梁重要性系數(shù)

2.5 綜合指數(shù)的確定及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

參考危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法中的計(jì)算方法，通過(guò)工藝影響系數(shù)S1對(duì)拆除施工危險(xiǎn)指數(shù)F1進(jìn)行修正，通過(guò)位置關(guān)系系數(shù)S2和橋梁重要性系數(shù)S3修正橋梁易損性指數(shù)F2，綜合修正后的F1和F2得到風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)指數(shù)BRI(Basis Risk Index):

對(duì)體系風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行二次修正，在BRI的基礎(chǔ)上乘以安全補(bǔ)償系數(shù)SC(Safety compensating Coefficient)，得到處理后的影響風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)CRI(Comprehensive Risk Index)［7］:

根據(jù)以上分析計(jì)算，得到針對(duì)本橋拆除過(guò)程中對(duì)鄰近橋梁影響風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，將本橋的橋梁風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)定為4級(jí)(表6)。

表6 橋梁拆除影響風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

3 工程實(shí)例安全評(píng)價(jià)

3.1 工程地質(zhì)概況

橋址跨越礦山村最郭二莊公路干線及二線之間的小河溝，該河段河道微彎，水位較低，水流平緩，無(wú)橫流斜流。地表覆有薄厚不等的沖擊土;其下為強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖、微風(fēng)化閃長(zhǎng)巖。橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)坐落在堅(jiān)硬的巖石之上，地質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)斷裂及活動(dòng)性斷裂構(gòu)造，穩(wěn)定性好。橋址地區(qū)無(wú)論地表水還是地下水對(duì)混凝土均無(wú)結(jié)晶類、分解類及結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕性。

3.2 東橋的拆除施工概況

雙曲拱橋的拆除順序與建造順序相反，其施工順序?yàn)?橋面附屬結(jié)構(gòu)物—橋面鋪裝—拱橋填料—護(hù)拱—腹拱拱圈—腹拱墻蓋梁—腹拱墻身—墻座—拱波—橫系梁—拱肋—墩臺(tái)及基礎(chǔ)拆除。

施工期間各種工法輪換頻繁，工序要求復(fù)雜，施工進(jìn)度計(jì)劃變化較多，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備和施工技術(shù)人員要求很高，工期相對(duì)緊張。

3.3 西橋的技術(shù)狀況

對(duì)西橋進(jìn)行外觀檢查，檢查結(jié)果表明:下部結(jié)構(gòu)整體狀況良好，除發(fā)現(xiàn)幾處墩、臺(tái)拱腳處泛白外，未有其他病害發(fā)現(xiàn);上部結(jié)構(gòu)整體狀況較好，除發(fā)現(xiàn)幾處腹拱底梁處有明顯水跡外，未發(fā)現(xiàn)其他病害。經(jīng)綜合評(píng)定，該橋?qū)儆诙悩?，技術(shù)狀況良好。

3.4 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程

危險(xiǎn)性指數(shù)F1:地質(zhì)狀況25分;埋置深度8分;基礎(chǔ)尺寸規(guī)模8分;工程規(guī)模8分;施工方式7分。確定F1值為56。

施工工藝影響系數(shù)S1:施工技術(shù)水平42;監(jiān)控水平24;工期影響2.5。確定S1值為0.9。

鄰近橋梁易損系數(shù)F2:橋梁服役技術(shù)狀況8;上部結(jié)構(gòu)形式10;基礎(chǔ)形式10;基礎(chǔ)埋深12;巖等級(jí)所處持力層圍16。確定F2值為56。

位置系數(shù)S2:S2=1。

重要性系數(shù)S3:S3=1。

CRI=0.01×SC×BRI，由于在拆除施工過(guò)程中并未對(duì)鄰近橋梁基礎(chǔ)進(jìn)行任何形式的防護(hù)，故SK=1，

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，東橋拆除施工對(duì)西橋影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借鑒隧道施工對(duì)鄰近橋梁影響的安全風(fēng)險(xiǎn)的分析，建立起橋梁拆除施工過(guò)程對(duì)鄰近橋梁影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，給出了拆除施工對(duì)鄰近橋梁的風(fēng)險(xiǎn)管理流程。橋梁易損性系數(shù)各風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重的確定是采用定性分析方法，這需要一大批豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專家和大量的類似工程數(shù)據(jù)資料，為提高評(píng)估的準(zhǔn)確性和可信度，需要形成一個(gè)完備的動(dòng)態(tài)專家評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)專門的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，使評(píng)估模型程序化、可視化，有助于加強(qiáng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的管理。

［1］JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］王世斌.隧道施工對(duì)鄰近橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法評(píng)估［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

［4］嵇正永.橋梁工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2009.

［5］李運(yùn)生，張彥玲，王慧東.拱橋穩(wěn)定分析的規(guī)范方法與建議［J］.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，15(3)：60-64.

［6］張圣坤，白 勇，唐文勇.船舶于海洋工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

［7］徐培德.項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析理論方法及應(yīng)用［M］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2007.