桥梁施工临时结构安全评价研究

周 奎 何永东

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400074)

近些年来我国的桥梁建设事业得到了飞速的发展。在高速发展的同时也带来了许多问题，由于所处地理环境的复杂和不完全明了性，自然灾害不确定性大，工期较长，造成桥梁基础施工风险的难预测性。桥梁建设中会涉及到很多风险因素，包括政治上的、经济上的、社会上的、自然的和技术上的因素等，由于桥梁工程建设中这些因素都会不同程度的作用，同时对桥梁建设产生错综复杂的影响。而且，不同的风险因素都会产生许多不同的风险事件，所以增大了桥梁建设过程的风险概率。因此一旦发生风险事件往往会造成巨大的损失。由于工程中的单个风险出现是随机的，没有规律可以去摸索。假如产生风险的概率很高很频繁，我们就可以通过概率论与数理统计以及风险分析理论的方法相结合去抓住事故出现的规律性。通过对已发生的桥梁事故，总结归纳事故产生的原因，对新建桥梁进行风险评估和估算，提出相应的预防风险的措施，从而可以很好的避免各种风险的发生，降低了施工过程中的风险程度，确保了整个工程施工建设能够顺利进行。在这方面讲，桥梁施工风险安全评价现在应该已经成为从事桥梁工程者最关注的课题之一。

1 桥梁施工阶段的风险识别［1-4］

桥梁施工的风险因素有很多，但是桥梁施工项目在有些方面比如施工环境、施工方法和机械使用等有相似之处，因此，可以将这些相似之处加以对比，从而找出其中有规律的东西。而对于各个桥梁施工特点存在的各种风险，由于桥梁施工项目周围的自然环境、社会环境以及桥梁自身结构的差异，相应的采取的应对或防范风险的措施也有所差异，这就使桥梁施工项目的特点具有自身独特的性质，这就决定了进行风险识别和风险分析的工作人员具有较高的专业素质和细致的观察能力。

桥梁施工风险识别主要分4个步骤进行:1)根据桥梁施工具有的信息性特点，对项目各个方面的信息进行全面的搜集和整理。根据上述对桥梁施工阶段风险因素的分类，从自然环境、桥梁结构形式、桥梁施工技术及管理、管理制度等方面进行材料的收集。信息收集完之后，研究信息的可信度和准确度，确保所收集的信息可供风险识别研究。2)将收集到的信息进行归纳整理，确认其是否是桥梁施工的风险因素也即桥梁施工的不确定性。对桥梁施工阶段可能存在的各种风险事故进行风险识别，并推测出这些风险因素可能产生的后果或危险性。3)总结出可能发生的风险事故后，以各种风险事故为研究对象，找出这些风险事故的不确定性因素，根据上述对桥梁施工阶段风险因素的分类，从自然风险因素和人为因素两方面进行考虑。对风险因素进行研究时，可以运用专家调查法、故障树分析法、幕景分析法、WBSRBS法等常用风险识别方法。4)在识别出潜在的风险因素之后，按照一定的规律对这些风险因素进行详细分类，将主要的风险因素和次要的风险因素区别开来，建立风险清单对风险源进行归纳整理，得出风险识别的结论。

2 模糊层次分析法［5-7］

在一般问题的层次分析中，引入模糊数改进层次分析法是由于在对有些问题进行专家咨询时，专家们往往会给出一些模糊量(进行三个取值判读时:最高可能值、最可能值、最低可能值;二值区间判断:很可能、不可能等)。

模糊层次评价法的一般程序如下:

1)确定因素集。把影响评价对象的各因素组成一个集合，即:U={u1，u2，…，un}。其中，ui为各影响因素，ui=(1，2，…，n);n为影响因素的个数。

2)确定评价集。评价集是由评价者对评价对象给出的各种评价结果所组成的集合，可表示为:V={v1，v2，…，vk}。其中，V为评价集;v为评价标准，一般由模糊语言来表述。

3)确定隶属度，建立评价矩阵。模糊数学中用［0，1］间取值的隶属度函数量化，构造隶属度函数的方法有很多。每个因素具有m个等级，隶属度表示每个因素等级对评价指标的影响程度，将它们建立成评价矩阵Ri。

4)建立因素等级的权重值。假设 uij(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)表示第i个因素第j个等级，它相应的权重为aij，则对于ui的权重集为:Ai=(ai1，ai2，…，aim)。因为因素的等级表征因素本身的重要程度，故实际运算中取Ai与ui等同。

5)模糊综合评价。为了处理因素的模糊性，通过综合一个因素的各个等级，对评价对象取值的贡献，来做一个单因素的模糊评价。Bi=Ai·Ri=(bi1，bi2，…，bim)。其中，“·”为模糊矩阵的合成运算，采用M(·，+)算法，其表达式为:bik=∑aijrijk。得到模糊矩阵:B=

6)建立因素权重集。因素集中，不同因素对于评价目标的重要程度是不一样的，对不同的因素应赋予一合理的权数，由这些权数所组成的集合就称为因素权重集。因此因素权重集反映了各因素对于评价对象的影响大小，记为:A=(a1，a2，…，an)。本文用层次分析法来确定因素权重集。

7)评价结果。由最大隶属度原则来确定评价指标vl，得到最终的评价结果。用公式表示为

3 工程实例

3．1 概况

某高速大桥设计行车速度100 km/h，按双向六车道标准建设。主桥为(95+170+95)m的连续刚构桥，上部箱梁底宽11 m，顶宽19．58 m，外翼板悬臂长4．29 m，桥面全宽39．5 m。箱梁采用单箱单室截面，为三向预应力结构。箱梁0号段长2 m(包括墩两侧各外伸1．5 m)，每个T构纵桥向为24个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为6 m×2．5 m，6 m×3 m，6 m×3．5 m，6 m×4．0 m，单侧悬臂累计总长78 m。1号～24号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，悬臂浇筑梁段最大控制重量2 000 kN(未考虑施工荷载)，挂篮设计自重1 200 kN。全桥合龙段(两幅桥)共有6个，分别是2个中跨合龙段和4个边跨合龙段，合龙段长度均为2．0 m，边跨现浇段长8．75 m。

3．2 挂篮施工的安全评价

把挂篮施工安全评价分解成一个二级三层结构的指标体系，这些指标大多数具有模糊性。依据上面的模糊综合评价方法，把次准则层对主准则层的评价看成第一级评价，把主准则层对目标层的评价看成第二级评价。

1)确定因素集。

首先把挂篮安全评价分成表1的三层结构，挂篮安全评价的第一层因素集为:U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}。

第二层因素集有6个，其中挂篮施工为:U1={U11，U12，U13，U14，U15，U16}。

钢筋安装为:U2={U21，U22，U23}。

模板施工为:U3={U31，U32，U33，U34，U35}。

预应力构件及预埋件安装为:U4={U41，U42，U43}。

混凝土浇筑为:U5={U51，U52，U53，U54，U55，U56}。

文明安全施工保证措施为:U6={U61，U62，U63，U64，U65，U66}。

2)确定评价集。

请专家对桥梁临时结构施工进行安全等级评定(见表1)，并得到最终的评价集V，V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级}={优，良，中，差，很差}。

表1 安全评价等级

3)确定权重。

运用层次分析法进行权重的确定，邀请相关专家对准则层的Ui(i=1，2，…，6)的下层元素Uij进行比较，以标度1～9来确定判断矩阵的元素值，得到各因素的判断矩阵。

求解各权重，归一化后得:

4)模糊评价。

邀请专家对各种因素作出评价，确定各因素的评价矩阵。然后进行模糊变换Bi=wi·Ri，其中，“·”为模糊算子。得到各单因素的模糊层次评价结果如下:

将6个Bi组合建立二级评价矩阵R，得:

然后进行二级模糊评价，B=(0．097 4，0．154 6，0．266 7，0．060 1，0．038 0，0．383 2)。

归一化得:B=(0．233 3，0．175 0，0．296 0，0．262 4，0．033 2)。

总得分为:F=B·VT=73．855 74。

总得分说明该临时结构施工安全状态为中等偏上。

4 结语

进入了新时代，我国的桥梁事业在改革开发初期已经开始大力发展。在新型桥梁建设方面，相继进入了实施阶段。在桥梁建设飞速发展的同时，如何提高施工安全管理成为迫切需要解决的问题。本文选择桥梁施工阶段临时结构的风险分析为研究课题，运用模糊层次分析法对具体的临时结构施工过程进行评估。

模糊层次分析方法是模糊数学理论和层次分析法的综合，评价过程很好地实现了主观评价与客观评价相统一，将定性分析和定量分析相结合并兼具二者优点。

运用模糊层次评估模型对桥梁施工中的临时结构安全评估，安全评估的结果符合工程的实际情况，说明了模型的建立是正确合理的。对临时构筑物的施工进行安全评估，弥补了以往桥梁临时结构安全评估中的不足。

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