山区高墩连续刚构桥安全风险评估研究
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第 9 卷第 1 期 2012 年 2 月
现代交通技术 Modern Transportation Technology
Vol.9 No.1 Feb. 2012
山区高墩连续刚构桥安全风险评估研究
虞 辉，李利军，张 溪
（江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017）
摘 要：在分析桥梁安全风险评估理论框架的基础上，结合实际桥梁安全风险评估，对连续刚构桥安全风险评估 的关键技术进行研究，优化了风险辨识和风险估测方法。 对桥梁全寿命周期应用快速风险源辨识法进行风险辨 识，应用优化德尔菲法确定风险概率等级和损失等级。 通过本次连续刚构桥安全风险评估研究，为类似桥梁工程 安全风险评估提供了更加高效的方法。 关键词：连续刚构桥；安全风险评估；风险辨识；风险估测 中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1672－9889（2012）01－0029－04
预应力混凝土连续刚构桥主桥跨径布置为 （88+160+88）m，引桥采用 25 m 预应力混凝土 T 梁。 主墩墩顶与箱梁固结，主桥与引桥相接的过渡墩箱 梁底设 GPZ 盆式滑动支座。 主墩最大墩高 69 m，采 用双肢薄壁墩。 主桥桥墩基础采用挖孔桩基础，主 墩桩基础直径 2.2 m，由于河谷覆盖层较厚，基桩设 计时需要穿透上层的碎石土层，嵌入中风化的基岩 中。 如图 1 所示。
文 献 ［3］ 中 风 险 源 辨 识 的 步 骤 为 ： （1） 进 行 现 场 查看，收集工程基础资料；（2）对所 收 集 的 资 料 分 析、归纳，填写风 险 源 普 查 表 ；（3）根 据 桥 梁 工 程 建 设条件、设计方案、施工技术及运营管理划分评估 单元， 将风险源普查结果按照评估单元划分归类， 分析当前桥梁工程中是否存在该风险源。 当存在 时，则给出依据，填写检查表。 （4）通过相关人员咨 询、评估小组讨论、专家咨询的方式，判断风险源重 要程度，并记录判断依据，填写风险源列表。
故数的 3%， 船撞引起的事故占总事故数的 9%，车 撞引起的事故占总事故数的 8%， 超载引起的事故 占总事故数的 9%， 爆炸引起的事故占总事故数的 1%，结构材料原因引起的事故占总事故数的 6%，其 它未知原因引起的事故占总事故数的 20%。 对国内 事故发生地区进行统计分析，由于区域性的地质灾 害会导致某个地区桥梁事故明显增多，如四川大地 震和沿海地区大风。
亡、 环境破坏或工期延误等潜在不利事件的概率 p 与可能后果 c 的集合，表达式为：R=f（p，c）。 该高墩 连续刚构桥主跨为 160 m， 且桥位处抗震设防烈度 为 9 度，属于《公路桥梁和隧道工程设计安全风险 评估指南》要求评估的桥梁范畴。
桥梁安全风险评估的最大风险是采用错误的 风险辨识方法，不能有效地识别所有可能风险。 本 次研究综合运用资料法、 事故树法和检查表法，即 快速风险源辨识法，进行高墩连续刚构桥安全风险 的辨识。 在无可靠的定量评估模型情况下，采用基 于历史资料和专家经验的德尔菲法。 德尔菲法建立 在满足一致性条件的专家群体意见的统计结果才 有意义， 使专家意见满足一致性条件需要多轮调 查。 针对该高墩连续刚构桥初步设计阶段安全风险 评估研究任务时间短，研究进程紧促等情况，评估 小组开展了深入的研究，提出了优化德尔菲法。 3.2 快速风险源辨识法与优化德尔菲法
针对西部山区某高墩连续刚构桥初步设计阶 段的建设方案，加强对大桥建设条件、结构方案、施 工技术、运营管理的研究，开展全寿命周期的风险 评估工作，减小风险对桥梁安全的影响，获取大桥 实施和运营期的关键风险源，并对其进行风险等级 评价，提出有效的风险控制措施。 通过本次高墩连 续刚构桥安全风险评估，在系统研究桥梁安全风险 评估技术的基础上，对桥梁安全风险评估的关键技 术进行研究， 优化了风险辨识和风险估测方法，为 山区高墩连续刚构桥安全风险评估提供了高效的
文 献 ［3］ 中 德 尔 菲 法 实 施 步 骤 ： （1） 编 制 专 家 调 查表。 （2）选择专家。 （3）专家提出意见，填写风险等 级调查表；当专家意见比较分散时，应再次征询意 见，待专家重新考虑后再次提出自己判定风险发生 概率和风险损失等级的理由， 调整等级判定结果。 （4）整理、统计调查表。
模板支架
设计、拼
√
装风险
1.在高墩柔性结构体系 中 ，墩 身 垂 直 度 对 保 证 全 桥 结 构 受 力 合 理 具 有 重 要 意 义 ；2.墩 身 偏 斜 过 大 会 增 加 墩 底 弯 矩 ，不 利 于 墩 身 受 力 ，并 对 全 桥 内 力 分 布 产 生 影 响 ；3.墩 身 偏 斜 不 仅 是施工质量问题，而且影响结构安全和长期性能。
第1期
虞辉，等：山区高墩连续刚构桥安全风险评估研究
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由于德尔菲法建立在满足一致性条件的基础 上，然而要使专家意见满足一致性条件往往需要多 轮的反复调查统计。 针对该特大桥安全风险评估中 专家群体意见不一致的情况， 基于最优化模型，运 用 FORTRAN 语 言 编 制 了 桥 梁 安 全 风 险 估 测 优 化 程序，获得了满足一致性要求的结果，提高了整个 风险评估工作的效率。
Safety Risk Assessment for Continuous Rigid Frame Bridge with High Pier in Mountain Area
Yu Hui，Li Lijun，Zhang Xi （Jiangsu Transportation Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210017，China）
本桥初步设计阶段全寿命周期内安全风险评 估中风险源发生概率等级和风险损失等级采用优
化德尔菲法确定。 下面以主墩毁坏风险事件为例， 应用优化德尔菲法进行风险等级估测。 风险等级调 查表见表 4。
表 1 风险源普查表
序号
典型风险
风险源所处阶段 设计阶段 施工阶段 运营阶段
描述
高墩施工
垂直度控
√
制风险
1 主墩毁坏
随着我国经济持续快速的发展，在经济发展交 通先行的思想指导下，公路桥梁工程建设的规模越 来越大，工程技术越来越复杂。 由于桥梁建设阶段 存在着许多不确定性因素，其Leabharlann Baidu命周期中潜在可能 的失败会大大降低结构的安全性，导致桥梁工程事 故的发生。 从世界范围来看，桥梁事故数量呈现不 断上升趋势［1］。 面对越来越多的桥梁事故，迫切需要 通过风险评估的实施，整体检查并消除设计中的盲 点；并在工程实施和运营过程中，应用各种风险应 对措施，将意外事故的发生概率降到最低，以提高 桥梁工程实施和运营的安全水平，减少意外事故所 造成的损失，保护公众利益。
4 高墩连续刚构桥安全风险评估
4.1 风险源辨识 通过收集国内外 200 多起桥梁事故资料，对所
有事故桥型统计发现， 梁桥事故占总事故数的 70%，拱桥事故占总事故数的 21%，其它桥型事故占 总事故数的 9%。 对所有事故发生阶段统计发现，施 工阶段事故占总事故数的 22%，使用阶段事故占总 事故数的 73%，拆除阶段占总事故数的 5%。 对所有 事故发生原因统计发现，设计原因引起的事故占总 事故数的 6%， 施工原因引起的事故占总事故数的 16%，洪水引起的事故占总事故数的 8%，地震引起 的事故占总事故数的 14%，大风引起的事故占总事
桥梁安全风险评估旨在以科学系统的分析方 法，辨识并分析桥梁工程风险因素，量化风险发生 的概率，评估风险损失，并寻求各种有效的风险应
对措施 。 ［2-3］ 初步设计阶段是确定工程建设方案的阶 段，是工程安全管控的重要环节［4］。 在初步设计阶段 对桥梁工程方案实行安全风险评估，增加了安全风 险评估工作环节，强化了安全风险意识，保证工程 建设方案成功完成。
由于上述方法逻辑性不强， 不能实现高效、准 确、全面地进行风险辨识；所以，针对该高墩连续刚 构桥的具体建设特征， 评估小组研究了基于资料 法、事故树法和检查表法的快速风险源辨识法。 快 速 风 险 源 辨 识 法 的 步 骤 为 ： （1） 收 集 本 桥 梁 相 关 资 料及类似桥梁的风险事故，运用资料法判断可能发 生 风 险 事 故 的 风 险 源 ， 建 立 风 险 源 普 查 表 ； （2） 运 用 事故树搜索风险源列表中本桥梁工程的风险源，作 为检查表的检 查 项 目 ，填 写 检 查 表 ；（3）通 过 相 关 人员咨询、评估小组讨论、专家咨询的方式，确定本 桥的风险源，建立最终的风险源列表。
运用资料法归纳不确定风险因素，辨识桥梁全 寿命周期内的可能发生的风险事故。 根据该特大桥 工程概况，通过风险源辨识总共筛选出 140 项风险 源，限于篇幅，下面仅以主墩毁坏风险事故为例，应 用快速风险源辨识法对风险进行。 风险源普查表见 表 1，风险源检查表见表 2，风险源列表见表 3。 4.2 风险估测
作 者 简 介 ：虞 辉 （1972-），男 ，江 苏 常 州 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 路 桥 规 划 、勘 察 、咨 询 方 面 的 工 作 。
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现代交通技术
2012年
方法。 1 工程概况
某高墩连续刚构桥跨越深沟河谷，设计线与沟 底最大落差 144 m；河谷冲积缓坡堆积地貌，两侧山 坡为低中山构造侵蚀、剥蚀、溶蚀陡坡堆积地貌。 地 形中部低，两侧高，地面高程 2 113.30～2 233.70 m，相 对高差 120.40 m，地形坡度 40～50°，局 部 地 段 地 形 坡度近直立。 桥位处在低纬度亚热带高原季风气候 区，年气温在-4.6℃～32.3℃范围内，旱、雨季分明，降 雨主要集中在 5～9 月，占全年降雨总量的 89％ ；常 年为西南风或南风，年平均相对湿度 72%。 地下水 主要接受大气降水及周边山区地下水的补给，地下 水排泄以散流为主。 区内地表水、地下水对混凝土 无腐蚀性。 桥位处位于扬子准地台滇东地台带，区 域上发育的断裂主要有南北向断裂与北东向断裂。 河谷周边地质灾害及不良地质较发育，主要有不稳 定性斜两处（BW1、BW2）及红粘土、岩溶等。 根据地 震安全性评价，桥位处抗震设防烈度为 9 度，区域 地壳稳定性属于不稳定区。 2 推荐设计方案
Abstract： Based on the analysis of theoretical framework of bridge risk assessment，the key technologies of safety risk assessment for continuous rigid frame bridge were studied combined with the practical bridge risk assessment. The risk identification and risk estimation methods were optimized. The fast risk source identification method was applied to identify risks，and the optimal Delphi method was applied to analyze risk probability level and risk loss level in the bridge whole life cycle. Through the research on the safety risk assessment for continuous rigid frame bridge ，more efficient methods are provided. Key words： continuous rigid frame bridge；safety risk assessment；risk source identification；risk estimation
图 1 连续刚构桥示意图
3 安全风险评估关键技术 3.1 安全风险评估概念
根 据 文 献 ［4］ 和 ［5］， 若 存 在 与 预 期 利 益 相 悖 的 损失或不利后果（即潜在损失），或由各种不确定性 造成对工程建设参与各方的损失， 均称为工程风 险。 在公路桥梁工程建设过程中，工程风险 R 可表 示为在工程设计和施工期间发生经济损失、人员伤
现代交通技术 Modern Transportation Technology
Vol.9 No.1 Feb. 2012
山区高墩连续刚构桥安全风险评估研究
虞 辉，李利军，张 溪
（江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017）
摘 要：在分析桥梁安全风险评估理论框架的基础上，结合实际桥梁安全风险评估，对连续刚构桥安全风险评估 的关键技术进行研究，优化了风险辨识和风险估测方法。 对桥梁全寿命周期应用快速风险源辨识法进行风险辨 识，应用优化德尔菲法确定风险概率等级和损失等级。 通过本次连续刚构桥安全风险评估研究，为类似桥梁工程 安全风险评估提供了更加高效的方法。 关键词：连续刚构桥；安全风险评估；风险辨识；风险估测 中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1672－9889（2012）01－0029－04
预应力混凝土连续刚构桥主桥跨径布置为 （88+160+88）m，引桥采用 25 m 预应力混凝土 T 梁。 主墩墩顶与箱梁固结，主桥与引桥相接的过渡墩箱 梁底设 GPZ 盆式滑动支座。 主墩最大墩高 69 m，采 用双肢薄壁墩。 主桥桥墩基础采用挖孔桩基础，主 墩桩基础直径 2.2 m，由于河谷覆盖层较厚，基桩设 计时需要穿透上层的碎石土层，嵌入中风化的基岩 中。 如图 1 所示。
文 献 ［3］ 中 风 险 源 辨 识 的 步 骤 为 ： （1） 进 行 现 场 查看，收集工程基础资料；（2）对所 收 集 的 资 料 分 析、归纳，填写风 险 源 普 查 表 ；（3）根 据 桥 梁 工 程 建 设条件、设计方案、施工技术及运营管理划分评估 单元， 将风险源普查结果按照评估单元划分归类， 分析当前桥梁工程中是否存在该风险源。 当存在 时，则给出依据，填写检查表。 （4）通过相关人员咨 询、评估小组讨论、专家咨询的方式，判断风险源重 要程度，并记录判断依据，填写风险源列表。
故数的 3%， 船撞引起的事故占总事故数的 9%，车 撞引起的事故占总事故数的 8%， 超载引起的事故 占总事故数的 9%， 爆炸引起的事故占总事故数的 1%，结构材料原因引起的事故占总事故数的 6%，其 它未知原因引起的事故占总事故数的 20%。 对国内 事故发生地区进行统计分析，由于区域性的地质灾 害会导致某个地区桥梁事故明显增多，如四川大地 震和沿海地区大风。
亡、 环境破坏或工期延误等潜在不利事件的概率 p 与可能后果 c 的集合，表达式为：R=f（p，c）。 该高墩 连续刚构桥主跨为 160 m， 且桥位处抗震设防烈度 为 9 度，属于《公路桥梁和隧道工程设计安全风险 评估指南》要求评估的桥梁范畴。
桥梁安全风险评估的最大风险是采用错误的 风险辨识方法，不能有效地识别所有可能风险。 本 次研究综合运用资料法、 事故树法和检查表法，即 快速风险源辨识法，进行高墩连续刚构桥安全风险 的辨识。 在无可靠的定量评估模型情况下，采用基 于历史资料和专家经验的德尔菲法。 德尔菲法建立 在满足一致性条件的专家群体意见的统计结果才 有意义， 使专家意见满足一致性条件需要多轮调 查。 针对该高墩连续刚构桥初步设计阶段安全风险 评估研究任务时间短，研究进程紧促等情况，评估 小组开展了深入的研究，提出了优化德尔菲法。 3.2 快速风险源辨识法与优化德尔菲法
针对西部山区某高墩连续刚构桥初步设计阶 段的建设方案，加强对大桥建设条件、结构方案、施 工技术、运营管理的研究，开展全寿命周期的风险 评估工作，减小风险对桥梁安全的影响，获取大桥 实施和运营期的关键风险源，并对其进行风险等级 评价，提出有效的风险控制措施。 通过本次高墩连 续刚构桥安全风险评估，在系统研究桥梁安全风险 评估技术的基础上，对桥梁安全风险评估的关键技 术进行研究， 优化了风险辨识和风险估测方法，为 山区高墩连续刚构桥安全风险评估提供了高效的
文 献 ［3］ 中 德 尔 菲 法 实 施 步 骤 ： （1） 编 制 专 家 调 查表。 （2）选择专家。 （3）专家提出意见，填写风险等 级调查表；当专家意见比较分散时，应再次征询意 见，待专家重新考虑后再次提出自己判定风险发生 概率和风险损失等级的理由， 调整等级判定结果。 （4）整理、统计调查表。
模板支架
设计、拼
√
装风险
1.在高墩柔性结构体系 中 ，墩 身 垂 直 度 对 保 证 全 桥 结 构 受 力 合 理 具 有 重 要 意 义 ；2.墩 身 偏 斜 过 大 会 增 加 墩 底 弯 矩 ，不 利 于 墩 身 受 力 ，并 对 全 桥 内 力 分 布 产 生 影 响 ；3.墩 身 偏 斜 不 仅 是施工质量问题，而且影响结构安全和长期性能。
第1期
虞辉，等：山区高墩连续刚构桥安全风险评估研究
· 31 ·
由于德尔菲法建立在满足一致性条件的基础 上，然而要使专家意见满足一致性条件往往需要多 轮的反复调查统计。 针对该特大桥安全风险评估中 专家群体意见不一致的情况， 基于最优化模型，运 用 FORTRAN 语 言 编 制 了 桥 梁 安 全 风 险 估 测 优 化 程序，获得了满足一致性要求的结果，提高了整个 风险评估工作的效率。
Safety Risk Assessment for Continuous Rigid Frame Bridge with High Pier in Mountain Area
Yu Hui，Li Lijun，Zhang Xi （Jiangsu Transportation Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210017，China）
本桥初步设计阶段全寿命周期内安全风险评 估中风险源发生概率等级和风险损失等级采用优
化德尔菲法确定。 下面以主墩毁坏风险事件为例， 应用优化德尔菲法进行风险等级估测。 风险等级调 查表见表 4。
表 1 风险源普查表
序号
典型风险
风险源所处阶段 设计阶段 施工阶段 运营阶段
描述
高墩施工
垂直度控
√
制风险
1 主墩毁坏
随着我国经济持续快速的发展，在经济发展交 通先行的思想指导下，公路桥梁工程建设的规模越 来越大，工程技术越来越复杂。 由于桥梁建设阶段 存在着许多不确定性因素，其Leabharlann Baidu命周期中潜在可能 的失败会大大降低结构的安全性，导致桥梁工程事 故的发生。 从世界范围来看，桥梁事故数量呈现不 断上升趋势［1］。 面对越来越多的桥梁事故，迫切需要 通过风险评估的实施，整体检查并消除设计中的盲 点；并在工程实施和运营过程中，应用各种风险应 对措施，将意外事故的发生概率降到最低，以提高 桥梁工程实施和运营的安全水平，减少意外事故所 造成的损失，保护公众利益。
4 高墩连续刚构桥安全风险评估
4.1 风险源辨识 通过收集国内外 200 多起桥梁事故资料，对所
有事故桥型统计发现， 梁桥事故占总事故数的 70%，拱桥事故占总事故数的 21%，其它桥型事故占 总事故数的 9%。 对所有事故发生阶段统计发现，施 工阶段事故占总事故数的 22%，使用阶段事故占总 事故数的 73%，拆除阶段占总事故数的 5%。 对所有 事故发生原因统计发现，设计原因引起的事故占总 事故数的 6%， 施工原因引起的事故占总事故数的 16%，洪水引起的事故占总事故数的 8%，地震引起 的事故占总事故数的 14%，大风引起的事故占总事
桥梁安全风险评估旨在以科学系统的分析方 法，辨识并分析桥梁工程风险因素，量化风险发生 的概率，评估风险损失，并寻求各种有效的风险应
对措施 。 ［2-3］ 初步设计阶段是确定工程建设方案的阶 段，是工程安全管控的重要环节［4］。 在初步设计阶段 对桥梁工程方案实行安全风险评估，增加了安全风 险评估工作环节，强化了安全风险意识，保证工程 建设方案成功完成。
由于上述方法逻辑性不强， 不能实现高效、准 确、全面地进行风险辨识；所以，针对该高墩连续刚 构桥的具体建设特征， 评估小组研究了基于资料 法、事故树法和检查表法的快速风险源辨识法。 快 速 风 险 源 辨 识 法 的 步 骤 为 ： （1） 收 集 本 桥 梁 相 关 资 料及类似桥梁的风险事故，运用资料法判断可能发 生 风 险 事 故 的 风 险 源 ， 建 立 风 险 源 普 查 表 ； （2） 运 用 事故树搜索风险源列表中本桥梁工程的风险源，作 为检查表的检 查 项 目 ，填 写 检 查 表 ；（3）通 过 相 关 人员咨询、评估小组讨论、专家咨询的方式，确定本 桥的风险源，建立最终的风险源列表。
运用资料法归纳不确定风险因素，辨识桥梁全 寿命周期内的可能发生的风险事故。 根据该特大桥 工程概况，通过风险源辨识总共筛选出 140 项风险 源，限于篇幅，下面仅以主墩毁坏风险事故为例，应 用快速风险源辨识法对风险进行。 风险源普查表见 表 1，风险源检查表见表 2，风险源列表见表 3。 4.2 风险估测
作 者 简 介 ：虞 辉 （1972-），男 ，江 苏 常 州 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 路 桥 规 划 、勘 察 、咨 询 方 面 的 工 作 。
· 30 ·
现代交通技术
2012年
方法。 1 工程概况
某高墩连续刚构桥跨越深沟河谷，设计线与沟 底最大落差 144 m；河谷冲积缓坡堆积地貌，两侧山 坡为低中山构造侵蚀、剥蚀、溶蚀陡坡堆积地貌。 地 形中部低，两侧高，地面高程 2 113.30～2 233.70 m，相 对高差 120.40 m，地形坡度 40～50°，局 部 地 段 地 形 坡度近直立。 桥位处在低纬度亚热带高原季风气候 区，年气温在-4.6℃～32.3℃范围内，旱、雨季分明，降 雨主要集中在 5～9 月，占全年降雨总量的 89％ ；常 年为西南风或南风，年平均相对湿度 72%。 地下水 主要接受大气降水及周边山区地下水的补给，地下 水排泄以散流为主。 区内地表水、地下水对混凝土 无腐蚀性。 桥位处位于扬子准地台滇东地台带，区 域上发育的断裂主要有南北向断裂与北东向断裂。 河谷周边地质灾害及不良地质较发育，主要有不稳 定性斜两处（BW1、BW2）及红粘土、岩溶等。 根据地 震安全性评价，桥位处抗震设防烈度为 9 度，区域 地壳稳定性属于不稳定区。 2 推荐设计方案
Abstract： Based on the analysis of theoretical framework of bridge risk assessment，the key technologies of safety risk assessment for continuous rigid frame bridge were studied combined with the practical bridge risk assessment. The risk identification and risk estimation methods were optimized. The fast risk source identification method was applied to identify risks，and the optimal Delphi method was applied to analyze risk probability level and risk loss level in the bridge whole life cycle. Through the research on the safety risk assessment for continuous rigid frame bridge ，more efficient methods are provided. Key words： continuous rigid frame bridge；safety risk assessment；risk source identification；risk estimation
图 1 连续刚构桥示意图
3 安全风险评估关键技术 3.1 安全风险评估概念
根 据 文 献 ［4］ 和 ［5］， 若 存 在 与 预 期 利 益 相 悖 的 损失或不利后果（即潜在损失），或由各种不确定性 造成对工程建设参与各方的损失， 均称为工程风 险。 在公路桥梁工程建设过程中，工程风险 R 可表 示为在工程设计和施工期间发生经济损失、人员伤