蔡唐濤，賈彥武

(1.中交第四公路工程局有限公司，北京 100022； 2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

0 引 言

橋梁工程作為跨越地形的特殊建造工程，極大地提升了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的交流。截止2017年底，全國(guó)已建或在建公路橋梁達(dá)76.37萬(wàn)座，總里程達(dá)3 865.23萬(wàn)m[1-3]。橋梁工程上部連接著不同的公路樞紐，下部承接著不同的水運(yùn)樞紐，儼然成為公路交通行業(yè)連接不同地理位置的重要咽喉，在交通行業(yè)中的地位顯得至關(guān)重要。

在橋梁設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，常常由于種種的原因，致使其使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。如地震、洪水、船撞的沖擊，汽車(chē)、側(cè)風(fēng)的周期性荷載，暴雨、雨雪、泥石流的沖刷都會(huì)嚴(yán)重侵蝕橋梁，再加上設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題都極大地影響著橋梁的質(zhì)量，不同程度地造成了經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[4-5]。采用科學(xué)合理的解決方案減少相應(yīng)的損失、避免橋梁事故已經(jīng)成為現(xiàn)代工程研究中的重要問(wèn)題。然而截止目前，有關(guān)橋梁事故、橋梁坍塌問(wèn)題的研究報(bào)告較少，尚缺乏系統(tǒng)的分析研究，現(xiàn)存的研究對(duì)象多停留在材料、施工工藝、施工方法以及橋梁結(jié)構(gòu)等方面，因此有必要對(duì)橋梁倒塌事故進(jìn)行深入的分析研究，為相應(yīng)的理論研究和施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 橋梁事故綜述

橋梁事故是指橋梁工程在施工以及運(yùn)營(yíng)中所發(fā)生的事故，可能由于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等人為因素以及自然因素等非人為因素導(dǎo)致包括橋梁裂縫和橋梁坍塌，這些都將直接或間接導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損壞、人員傷亡和機(jī)具傾覆等結(jié)果，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

圖1統(tǒng)計(jì)了1950～2016年間導(dǎo)致橋梁事故的各類(lèi)原因以及其數(shù)量；圖2統(tǒng)計(jì)了1950～2016年間橋梁事故的發(fā)生數(shù)量隨時(shí)間的分布。圖1顯示，地震因素誘導(dǎo)的橋梁事故最多，占到了橋梁事故總數(shù)的1/5，其次是人為因素如設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、施工失誤、船撞以及洪水沖刷等。由圖2可知，橋梁坍塌事故的發(fā)生一直呈上升趨勢(shì)，從1950年開(kāi)始一直遞增(1970～1979年間的橋梁坍塌事故大幅度增加與該區(qū)間內(nèi)的海地地震、唐山地震有關(guān))。2000～2016年間的橋梁事故與1950年前幾十年間總的橋梁倒塌事故大體相等。

2 事故統(tǒng)計(jì)

2.1 事故統(tǒng)計(jì)

對(duì)2000～2009年間的12座橋梁事故進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

分析上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，引起橋梁倒塌事故的主要原因包括設(shè)計(jì)失誤、施工問(wèn)題、管理及維護(hù)原因(超載、船只碰撞)、加固拆除不合理、自然原因(洪水、地震)及其他原因。其中自然原因及人為超載原因是釀成橋梁事故的主要問(wèn)題，占據(jù)的比例將近一半[6-10]。

表1 2000～2009年間橋梁事故的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

圖1 塌橋事故數(shù)量分布

圖2 塌橋事故數(shù)量隨時(shí)間分布

2.2 事故的影響

橋梁事故根據(jù)破損的大小分為部分破壞和完全破壞，部分破壞的橋梁可以進(jìn)行修復(fù)，而完全破壞的橋梁需要拆除重建。一般情況下，橋梁修復(fù)的難度大于橋梁建造，且修復(fù)后的橋梁結(jié)構(gòu)難以達(dá)到橋梁理論設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[11-13]。

橋梁倒塌事故會(huì)造成較大的社會(huì)影響，比如經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；影響正常的生活秩序；耗費(fèi)人力，耽誤工期。

3 橋梁倒塌事故原因分析

3.1 設(shè)計(jì)原因

設(shè)計(jì)是橋梁建造的首要環(huán)節(jié)，合理的設(shè)計(jì)才能保證后續(xù)橋梁施工運(yùn)營(yíng)的安全。由于設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致橋梁事故的主要原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、計(jì)算有誤、工藝不成熟以及新材料未加論證就應(yīng)用等問(wèn)題，這些都將成為橋梁后期倒塌事故的隱患[14]。目前已經(jīng)發(fā)生的由于設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的橋梁事故多是因中承式拱橋吊桿斷裂而造成的，例如武夷公館大橋近橋臺(tái)段豎向吊桿的破壞以及新疆庫(kù)爾勒市孔雀河大橋、四川宜賓長(zhǎng)江大橋的吊桿破壞等。

如圖3所示，橋面受力拉動(dòng)吊桿，再傳到主拱，該力最終將由拱座壓至大地。因此，假如吊桿的強(qiáng)度由于種種原因(例如汽車(chē)或其他沖擊荷載使得吊桿護(hù)筒的砂漿斷裂，吊桿暴露在外受腐蝕破壞)不滿足要求而發(fā)生斷裂，將引起橋梁的破壞。

圖3 中承式系桿拱橋吊桿破裂

3.2 施工原因

施工過(guò)程是橋梁建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工中的失誤是整個(gè)橋梁建造過(guò)程中最容易引起橋梁倒塌事故的。這個(gè)環(huán)節(jié)的失誤主要包括工藝不合理、設(shè)備不匹配以及施工人員的失誤。施工過(guò)程中，由于非法外包、偷工減料、盲目追趕工期等原因?qū)е率┕べ|(zhì)量差的橋梁工程，特別是在一些隱蔽性工程中表現(xiàn)的尤為嚴(yán)重[15]。

2006年的同安灣大橋垮塌事故就是一起因?yàn)槭┕なд`導(dǎo)致的在建橋梁工程倒塌的例子(圖4)。該倒塌事故發(fā)生的直接原因是由于澆注混凝土?xí)r滿堂支架失穩(wěn)。究其原因是：施工方案存在問(wèn)題；支架體系本身存在較大隱患；現(xiàn)場(chǎng)的管理體制不到位。因此，倒塌事故往往不是單方面的失誤，而是伴隨著多方的疏漏而導(dǎo)致的結(jié)果。

3.3 管理及維護(hù)原因

管理及維護(hù)原因事故是指在后期使用階段，由于管理單位對(duì)橋梁的管理、檢測(cè)、維護(hù)工作不到位而引發(fā)的橋梁事故。該管理范圍涉及日常監(jiān)測(cè)、鋼索的抗腐蝕、橋面的裂縫、汽車(chē)的超載限制、船舶的高度限制等。

橋梁自交付使用開(kāi)始，由于車(chē)輛的反復(fù)荷載、陽(yáng)光雨水的作用，使橋梁材料逐步開(kāi)始老化。如果不及時(shí)監(jiān)測(cè)修復(fù)，將會(huì)危及橋梁的安全。另一方面，由于不規(guī)范的作業(yè)，橋梁基礎(chǔ)的承載力也會(huì)受損，致使橋梁破壞。例如，2005年，黑龍江省亞布力鎮(zhèn)由于長(zhǎng)期不斷的挖沙，導(dǎo)致河床變深、基礎(chǔ)承載力變小，最終導(dǎo)致興安橋突然倒塌。

3.4 加固拆除不合理

加固拆除是在現(xiàn)有橋梁的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改建，以重新滿足交通需求。不合理的橋梁加固拆除也會(huì)導(dǎo)致橋梁破壞。例如2001年長(zhǎng)沙撈刀河鎮(zhèn)在進(jìn)行橋梁改建過(guò)程中，由于工人切斷了橫梁導(dǎo)致橋體倒塌；再如2009年湖南株洲紅旗路高架橋在施工過(guò)程中倒塌，原因是由于在未安裝保護(hù)措施時(shí)，工人在橋墩上打眼，導(dǎo)致橋梁震動(dòng)、橋體中心偏移，致使橋墩倒塌。

3.5 自然原因

自然災(zāi)害強(qiáng)烈的影響著橋梁的穩(wěn)定與安全，在所有因素中，地震是影響橋梁穩(wěn)定最主要的因素。地震易使得橋梁的上下結(jié)構(gòu)連接件失效，受力難以穩(wěn)定的傳遞，落梁強(qiáng)大的沖擊力易導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)被破壞。2008年，汶川地震中，共有6 130座橋梁被破壞。其中，由于地震導(dǎo)致的強(qiáng)破壞橋梁達(dá)到該區(qū)域橋梁數(shù)的6.2%，自然原因已經(jīng)成為影響橋梁安全的最大因素。

3.6 其他原因

除了上述主要原因，還有其他一些次要原因，也可稱(chēng)為偶然因素，包括橋梁共振、臺(tái)風(fēng)傾倒、汽車(chē)撞擊、人為破壞等。這些原因，都將對(duì)橋梁的穩(wěn)定安全造成一定的影響。

4 預(yù)防橋梁倒塌的對(duì)策

橋梁工程作為跨越地形的特殊建造工程，由于材料強(qiáng)度離散、外載荷不均勻、結(jié)構(gòu)計(jì)算近似等因素使得其安全性是一個(gè)不確定值。目前中國(guó)投入使用的路用橋梁多在40年以?xún)?nèi)，且多存在一定的病害，如何避免橋梁災(zāi)害發(fā)生是一項(xiàng)值得研究的課題。

4.1 深化科學(xué)研究

深化科學(xué)研究可以從源頭上解決橋梁倒塌的問(wèn)題，其中包括新材料、新工藝、新技術(shù)、新管理的深化研究。例如，國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用環(huán)氧涂層和熱鍍鋅鋁的方法來(lái)提高橋梁拉桿的抗腐蝕性，防止中承式拱橋上的吊桿傳力構(gòu)件以及其他剛結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于腐蝕斷裂而引起橋的坍塌。

另一方面，橋梁規(guī)范的制定也需要與時(shí)俱進(jìn)?；诶碚摶A(chǔ)與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將新的理念、新的設(shè)計(jì)、新的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于新的橋梁規(guī)范之中。

4.2 加大維護(hù)管理

橋梁的維護(hù)管理是穩(wěn)定橋梁結(jié)構(gòu)、防止橋梁破壞的主要階段。目前中國(guó)的橋梁工程重建輕養(yǎng)，所有的已建橋梁幾乎都沒(méi)有完整的自我檢測(cè)、自我修復(fù)系統(tǒng)。為了能隨時(shí)監(jiān)控橋梁狀況，應(yīng)該進(jìn)行周期性系統(tǒng)的橋梁檢測(cè)任務(wù)，人車(chē)密集的地方應(yīng)該加強(qiáng)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即停運(yùn)修復(fù)。除此之外，還要加強(qiáng)公路交通的安全管理，防止超載行車(chē)、違規(guī)行車(chē)；避免車(chē)輛撞橋、船舶撞橋情況的發(fā)生。

4.3 完善安全體系

完善橋梁施工安全體系能夠大范圍提高橋梁的施工質(zhì)量，是保證橋梁后期安全的關(guān)鍵。工程施工人員的理論水平一般較低，缺乏基本的橋梁安全控制理念。因此，應(yīng)當(dāng)建立健全安全施工體系。具體可從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：提高安全意識(shí)，強(qiáng)化安全施工觀念；選擇安全的施工工序和方法；不偷工減料，保證材料質(zhì)量；橋梁修復(fù)前，應(yīng)掌握較全的設(shè)計(jì)資料等。

4.4 建立評(píng)估體系

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系可以隨時(shí)明確地反映橋梁的工程質(zhì)量，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全隨時(shí)監(jiān)測(cè)。以往的橋梁評(píng)估體系較為單一，僅僅對(duì)某一項(xiàng)或某一類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，缺乏系統(tǒng)性，科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)該逐步過(guò)渡到整個(gè)系統(tǒng)中來(lái)，應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的評(píng)估涉及到從規(guī)劃、涉及到施工、運(yùn)營(yíng)的整個(gè)方面。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)當(dāng)有緊有松，對(duì)較老橋、危橋重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格把關(guān)，力求防患于未然。

5 結(jié) 語(yǔ)

橋梁工程作為跨越地形的特殊建造工程極大地提升了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)了文化的交流，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)做了了貢獻(xiàn)。但是由于設(shè)計(jì)不合理、施工失誤、管理維護(hù)不當(dāng)、加固拆除不合理、自然因素等使其存在巨大的不穩(wěn)定因素。一座橋梁的倒塌并不只是上述一個(gè)因素的結(jié)果，而是上述多重因素共同作用的結(jié)果，因此，應(yīng)當(dāng)從以下方面進(jìn)行改善。

(1)避免橋梁超載、船舶撞橋，加強(qiáng)交通管理。超載是除施工外，引起橋梁失穩(wěn)最大的人為因素，因此應(yīng)當(dāng)限制汽車(chē)荷載。

(2)外部因素為誘發(fā)橋梁事故的主要原因，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)橋梁工程的安全管理工作。建立從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)到監(jiān)測(cè)全周期的橋梁工程安全管理工作，保證全周期內(nèi)橋梁工程的順利進(jìn)行。

(3)制定完善的管理及維護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)危橋、大橋的實(shí)時(shí)監(jiān)控。應(yīng)當(dāng)完善橋梁的隨時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)修復(fù)功能，真正的實(shí)現(xiàn)橋梁工程的“重養(yǎng)重建”工作，從后期維護(hù)上保證橋梁運(yùn)行的有序進(jìn)行。

(4)加強(qiáng)橋梁施工的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理。標(biāo)準(zhǔn)化包括工藝標(biāo)準(zhǔn)化、材料標(biāo)準(zhǔn)化以及理論的標(biāo)準(zhǔn)化。要及時(shí)更新規(guī)范，與新技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，避免由于規(guī)范的不同而導(dǎo)致的橋梁倒塌事故。

(5)橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，適當(dāng)加大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全儲(chǔ)備。將偶然因素，例如地震、洪水的安全系數(shù)適當(dāng)增強(qiáng)，增強(qiáng)橋梁工程應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力。

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