桥梁支撑系统失效事故案例分析.pdf

广东建材2023年第8期0 前言随着我国桥梁事业突飞猛进的发展，其施工技术要求也越来越高1。桥梁工程上部结构施工主要有预制法和现浇法，由于现浇法施工不需要预制梁场、吊装设备和架梁设备，可以不中断整个梁体钢筋，有着预制法无可比拟的优势2。而现浇施工常采用的支架系统具有通用性强、承载力高、成本低的特点，在桥梁结构施工中广泛使用。但现浇施工也存在预拱度控制误差大，脚手架或支撑系统坍塌容易造成人身财产损失等缺点。本文以现浇桥支架支撑系统冲毁为依托，分析其失效原因，根据新情况提出新的支架支撑方案，为类似工程提供参考。1 项目案例1.1项目概况某跨河桥梁为车行现浇桥，跨径530m，桥面宽12米，上部结构为鱼腹式现浇箱梁，下构均采用直径1.5米单柱式桥墩，高6.911.5m，P1P4共四个墩柱，A0桥台为重力式U型台，A5桥台为桩柱式桥台。原方案采用满堂支架，设计高度 8.5m，支架体系横断面宽度为14.5m，长度约160m。1.2事故过程事发前，该桥梁已完成支架搭设、模板安装和大部分钢筋的安装绑扎工作。2018年4月22日，受连续强降雨影响，河水在短时间内迅速上涨，水流湍急并带有大量的漂浮物，支撑系统迎水面雍水，迎水面水位比背水面水位高约2m。短时间内，第3跨支撑系统迎水面受到洪水压力和上游漂浮物冲击，其架体撕开并冲毁。随后，第2跨和第4跨依次被拉扯移位和变形。支架上已安装好的钢筋和模板也被冲毁、扭曲变形（见图2）。造成经济损失，并导致工期滞后五个月。1.3处理过程事故发生后，参建单位立即启动应急预案，保护事故现场，及时将现场情况向上级单位和职能部门进行汇报3。险情稳定后，组织专家踏勘调查，分析事故原因，并编写事故情况报告。针对冲毁的桥梁支架，编写拆除专项方案，并编制汛期河道新的支架施工方案，组织专家对新的支架方案进行论证。依据已审批通过的拆除方案拆除损毁的支架、模版和钢筋，按照新的支架方案重新搭设箱梁支撑系统。2 案例事故原因分析2.1施工组织松散按照原施工计划，桥梁支架搭设和桥跨主体完成约4个月，即从2017年12月至次年3月底即可完成桥梁主体工程。但由于架体材料到场不及时、施工人员投入不足等组织原因，施工周期延长2个月左右，致使该分项工程施工拖延至雨期，导致事故的发生。2.2原方案考虑不周场地水文资料表明桥址区属季节性河流，水位具有暴涨暴落的特点，洪水期流量较大，桥址区最高洪水位为 1995 年的 67.5m 左右。勘察期间桥址区水位约49.5050.50m，水深 0.51.0m 左右。施工单位进场以来，对该段水位持续观测，雨季汛期最高水位为53.4m。为方便施工和节约成本，该桥梁计划枯水期施工，施工控制水位不超过53m，施工段河水水面宽度约桥梁支撑系统失效事故案例分析宋 晓（宜昌市城市建设投资开发有限公司）【摘要】现浇桥梁的支撑系统，决定着桥跨结构的安全。本文以一个典型的桥梁支撑系统冲毁事故案例为工程背景，分析了汛期施工桥梁支撑系统失效造成的原因，重新验算分析桥梁支撑系统的过水能力，提出了新的解决方案和应对措施，在后期施工中取得了较好效果，可为类似工程提供借鉴。【关键词】汛期；桥梁支撑系统；失效；过水能力施工技术-109广东建材2023年第8期31.4m。而4月22日突降大雨，峰值水位达到56.6m，大大超出预期。在编制桥梁支架体系方案中，对水文资料中的极端情况未做风险过水设计，仅根据自身的观测资料及季节性的施工周期，作出了枯水期满堂支架的施工方案。2.3暴雨袭击，超出预期事故发生时6小时的累计降水量超过150mm，其中支架体系失稳损毁前1小时里，降水量突增至70.9mm。场区内河道49.550.5m的常水位迅速上升至54m，峰值水位达到56.6m，河床宽度从24m增加到110m。短期内水位迅速上涨，水流流速加快，并携带大量上游的树枝、树干等漂浮物越过设置的浮筒，聚积在桥梁架体迎水面。上游20米处设置的1道仅能够拦截20米范围的拦设网，拦设高度在平常过水高度上下3米左右，远远不能起到对大量的漂浮物的拦截作用。从第3跨开始，迎水面聚积的大量漂浮物形成的巨大冲击将第3跨冲毁，随后第2跨和第4跨依次被冲毁。支架上已安装好的钢筋和模板也被冲毁、扭曲变形。3 受力验算分析针对满堂支架本身过水能力的不足，以及在突遭暴雨后，架体因漂浮物壅水所导致的迎水面冲刷受力进行计算3-4，具体分析如下：3.1冲刷计算hp=AdQ2Bcj()hcmhcq5 3Ed1 6Ad=()BzHz0.15=1.063式中：Ad为单宽流量集中系数；Bz为洪水期平均水深处宽度（m）；Hz为河槽平均水深（m）；Bcj为河槽部分桥孔过水净宽（m），Bcj=107.54m；为桥墩水流侧向压缩系数；hcq为桥下河槽平均水深（m）；d为河槽泥沙平均粒径（mm），d=0.39mm；E为与汛期含沙量有关的系数，E=0.46。根据河槽、河滩的断面积及糙率可得河滩、河槽部分流量分别为Q1=13.05m3/s、Q2=1586.95m3/s。3.1.1河槽部分hp=AdQ2Bcj()hcmhcq5 3Ed1 6=6.95m其中，=0.935；hcm=5.79m；hcq=1.20m。3.1.2河滩部分hp=AdQ2Bcj()hcmhcq5 3Ed1 6=0.88m其中，=1.00；hcm=0.79m；hcq=1.20m。根据水深1m非粘性土不冲刷流速可知：VH 1=0.38m/s。3.2架体局部冲刷计算采用修正公式计算一般冲刷深度。V=Ed1 6hp2/3=2.055m/sV0=0.0246()hpd0.14332d+10+hpd0.72=0.522m/sV0=0.462()dB10.06V0=0.231m/sV V0，则：n1=()V0V0.25d0.19=0.751K1=0.8()1d0.45+1d0.15=2.14hb=KK1B10.6hp0.15(V0V0)()VV0V0V0n1=2.16m式中：hb为局部冲刷深度（m）；K为墩形系数，取K=1.00；B1为计算宽度（m）；hp为一般冲刷后的最大水深（m）；K1为河床颗粒影响系数；V为一般冲刷后墩前行进流速（m/s）；V0为河床泥沙起动流速（m/s）；V0为泥沙起冲流速（m/s）。一般冲刷深度为6.951.205.75m，总冲刷深度为11.95+2.167.797.91m，取7.9m。由于上游大量固体漂浮物堆积在架体迎水面侧，导致架体正常过水受阻，因此架体迎水面侧冲刷深度范围的等效静力水荷载为：Q水局部=0.8h=0.8 10 7.9=63.2kN/m2Q水平均=0.8h=0.8 10 5.75=46kN/m2架体局部单立杆受荷为：Q立管=1.2 63.2=75kN/m2架体局部单立杆弯矩为：M立管=0.125 63.2 1.5 1.5=17.77kN m=17.77 106/8345=2129N/mm2 300N/mm2（立管设计强度），不满足要求。由此可以推断，架体坍塌主要由于立杆破坏造成局部失稳引起整体变形。4 方案调整及措施3/53/53/5施工技术-110广东建材2023年第8期由于架体坍塌导致工期延误至汛期，对架体支撑方案必须进行重新设计及优化。新方案以提高支架过水能力为主要目的，增加架体整体刚度及抗侧压能力为辅，同时控制周转材料的成本，将原满堂支架改为钢管柱+贝雷梁形式5，新旧方案对比见表 1。具体实施如下：重新设定支撑标高。施工常水位为51.2m，理论允许最高水位为贝雷架最低点57.3m，根据相关水利单位提供的水文资料及近年桥边河施工段实际水位综合考虑，汛期预计水位56.6m，新方案设计支撑形式以此标高作为支撑下限。河道两侧边坡及上、下游均采用砼满包保护，防止河水冲刷及掏空。根据雨期河道汛情实际水位变化情况，以及河道的过水断面、河道宽度及架体高度等因素情况，将过水桥跨满堂架改为门架。原河道位于P2与P3墩柱之间，宽约810m，河床底标高49.0m。为保障施工区域过水断面，将该处河道拓宽至22.8m，基底开挖至原河床标高 49.0m 左右。两侧砼垫层标高为52.4m，河道挖深为3.4m。该范围钢管柱条形基础落于河床中风化岩层上，条形基础施工前，先将条基位置岩层向下开凿30cm，以抵抗水流对架体的冲击滑移。该桥梁工程在后期的汛期施工中，遭遇多次暴雨袭击，每次河水暴涨暴跌，新的支架方案均能安全抵御冲击，较好的保证了桥梁上部结构的现浇施工（见图1）。方案旧新支架形式60盘扣钢管支架钢管柱+贝雷梁支撑方式简述C20混凝土基础厚15cm+盘扣钢管支架+顶托+定型模架+10*10cm木枋+胶合板C30钢筋砼基础+600钢立柱+双I45b工字钢横梁+321贝雷纵梁+定型模架+1010cm木枋+胶合板过水能力/m/min326782表1 新旧箱梁支撑方案对比5 结语分析本案例支架坍塌原因和前后两个方案优劣性对比，得出以下几点结论：涉水桥梁施工，必须合理组织人力、材料、机械设备等资源，确保现场实际施工方案严格按照审批的方案实施。否者，必须及时调整施工方案并重新组织专家评审。支架迎水面必须设置拦水浮筒和拦污栅，以拦截大的漂浮物，避免漂浮物对架体的冲击，确保架体稳定。随时关注天气预报，安排专人观测记录河流每日水位变化和河道管理单位发布的最新水文信息。实践证明，采用新的钢管柱+贝雷梁形式的支撑方式，不仅提高了架体的安全性，而且能对难以预料的汛情提供足够的过水断面，使跨河桥现浇箱梁支架在汛期的实用性大大提高。作为桥梁支撑系统失稳后优化设计的典型案例，可以为类似工程提供参考。【参考文献】1 李月松.桥梁工程施工中桥梁支架法的应用分析J.交通世界.2015.2 赵国梁.桥梁工上部结构支架现浇施工技术的应用研究J.建设科技.2017.3 任建民，季日臣.工程水文与桥渡设计M.兰州大学出版社.2003.4 JGJ/T 231-2020 建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准S.5 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册M.北京.人民交通出版社.2004.作者简介宋晓，女，1989年生，本科学历，工程师，主要从事工程技术管理方面工作.电子邮箱:.图1 新方案钢管柱+贝雷门架支撑施工技术-111