秦泗鳳

(大連大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 遼寧 大連 116622)

1 前言

21世紀(jì)以來(lái)，橋梁工程發(fā)展突飛猛進(jìn)，中國(guó)的橋梁技術(shù)進(jìn)步巨大，目前中國(guó)公路橋梁總數(shù)達(dá)到80萬(wàn)座，鐵路橋梁總數(shù)超過(guò)20萬(wàn)座，被稱為橋梁大國(guó)，目前中國(guó)近10萬(wàn)座橋梁存在潛在的危機(jī)[1-2]。一旦橋梁發(fā)生坍塌，將直接危害出行者的生命安全，同時(shí)將給國(guó)家造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，造成惡劣的社會(huì)影響。

概括來(lái)說(shuō)，造成橋梁倒塌的原因包括先天失誤、自然災(zāi)害和人為災(zāi)害，見(jiàn)表1[2-4]。其中因?yàn)楹樗斐傻臉蛄核萃钦w性的，危害性巨大，具有突發(fā)性，一般難以靠監(jiān)測(cè)來(lái)避免。另外，近年來(lái)全球變暖引起極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)，橋梁工程面臨洪水破壞的風(fēng)險(xiǎn)也日益增加[5]。據(jù)調(diào)查1951—1988年美國(guó)垮塌的 79 座橋梁，有29座是因洪水和基底沖刷引起的，占比36.7%[6-7]。1989—2000年美國(guó)運(yùn)營(yíng)橋梁垮塌事故中，其中52.88%的橋梁垮塌與水毀有關(guān)，洪水沖垮的比例為32.80% ，水流掏空基礎(chǔ)的比例為15.51%[3, 5]。

表1 橋梁倒塌原因

該文搜集2000—2019年中國(guó)橋梁水毀情況，列舉水毀橋梁發(fā)生的地點(diǎn)、橋型、使用年限、傷亡情況、事故概要以及原因分析。利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的處理。此外，著重介紹5個(gè)典型案例，并說(shuō)明相應(yīng)的原因，最后給出一些建議和措施。

2 典型水毀案例分析

2.1 臺(tái)灣高屏大橋

2000年8月27日,受到臺(tái)風(fēng)碧利斯降雨影響，臺(tái)灣高屏大橋的部分橋墩被溪水沖毀，使大橋橋面塌陷100 m，造成行駛其上的17輛汽車墜落，22人輕重傷。事故現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 臺(tái)灣高屏大橋事故現(xiàn)場(chǎng)

造成事故的主要原因是正在施工的河床固床工程設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。高屏溪除了自然河床改道外，設(shè)計(jì)單位在固床工程中，把原來(lái)的高屏溪主流引到第21和22號(hào)橋墩，造成第22號(hào)橋墩被洪水淘空。其次，砂石的過(guò)度開(kāi)采，導(dǎo)致河床下降。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)過(guò)后，湍急的河水沖刷橋梁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)裸露嚴(yán)重，致使第22號(hào)橋墩被沖毀。

2.2 四川G318線渠江二橋

2010年7月18日，四川渠縣遭受特大暴雨洪災(zāi)，致使修建中的G318線渠縣段渠江二橋嚴(yán)重?fù)p毀，該橋主體工程已經(jīng)完成的2/3，如圖2所示。

圖2 四川G318線渠江二橋被沖毀留下的支架

渠江二橋設(shè)計(jì)為多跨連拱橋，此種橋型在施工過(guò)程中穩(wěn)定性差，任何一個(gè)拱腳產(chǎn)生變位，都易發(fā)生整橋垮塌。而超預(yù)期的洪水沖刷施工支架基礎(chǔ)，支架產(chǎn)生沉降。因此，渠江二橋發(fā)生橋體毀壞。

2.3 河南省洛陽(yáng)市欒川湯營(yíng)大橋

2010年7月24日，洛陽(yáng)市由于暴雨引發(fā)的洪水，造成欒川湯營(yíng)大橋整體垮塌，如圖3、4所示，這次事故也被稱為“欒川7·24事件”。

圖3 欒川湯營(yíng)大橋塌陷前

圖4 欒川湯營(yíng)大橋塌陷現(xiàn)場(chǎng)

湯營(yíng)大橋是20世紀(jì)80年代修建的空腹式5跨石拱橋，凈跨40 m，全長(zhǎng)233.7 m。其原料以石塊和砂漿為主，沒(méi)有用鋼筋。這種結(jié)構(gòu)體系容易發(fā)生整體垮塌，洪水對(duì)基礎(chǔ)的沖刷引起基礎(chǔ)變位，產(chǎn)生整體垮塌。

2.4 寶成鐵路石亭江大橋

2010年8月19日，寶成鐵路德陽(yáng)至廣漢間石亭江大橋下行線因特大洪災(zāi)沖擊嚴(yán)重毀損。洪水在沖毀大橋東南側(cè)的河堤后，大橋中段兩個(gè)橋墩相繼傾斜，造成西安開(kāi)往昆明的K165次列車兩節(jié)車廂掉入江中，寶成鐵路中斷(圖5)。經(jīng)分析，造成事故的原因是橋墩被沖刷再加上超預(yù)期洪水。

圖5 石亭江大橋塌陷

2.5 石亭江一號(hào)橋

2012年8月20日，洪水沖毀石亭江一號(hào)橋基礎(chǔ)攔河防沖壩，導(dǎo)致橋梁樁基外露，大橋兩根樁基礎(chǔ)被洪水沖走，如圖6中虛線所示。事后分析主要原因是，非法采砂造成河床下切，樁基外露。再加上暴雨洪水沖刷，致使樁基部分損毀。

圖6 石亭江一號(hào)橋被沖毀

2.6 其他

表2為具有代表性的橋梁水毀事故，由于水毀事故一般是由多種因素共同作用引起，該文只給出了主要原因[8-13]。

表2 典型橋梁水毀案例

續(xù)表2

3 分析與討論

3.1 南北方地區(qū)分布特征

統(tǒng)計(jì)分析了19年間北方地區(qū)和南方地區(qū)發(fā)生橋梁水毀的橋梁，統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。統(tǒng)計(jì)了151座典型橋梁水毀事故，其中發(fā)生在南方的有122起，發(fā)生在北方的有29起，造成至少67人死亡，138人受傷。發(fā)現(xiàn)橋梁水毀事故的發(fā)生率南方地區(qū)比北方地區(qū)要高，但是人員傷亡情況較北方卻有所降低。原因如下：① 南方地區(qū)河道多，而且降雨量大，發(fā)生洪水的概率大，容易發(fā)生橋梁水毀事故；② 南方的橋梁總數(shù)多于北方，基數(shù)大，所以發(fā)生水毀的橋梁數(shù)量多；③ 北方地區(qū)發(fā)生水毀的橋梁往往是人流量和車流量都很大，這也是北方地區(qū)傷亡情況嚴(yán)重的一個(gè)重要原因；④ 大多數(shù)人缺乏危機(jī)意識(shí)，尤其是北方地區(qū)，對(duì)于橋梁水毀的防范意識(shí)差。

表3 水毀橋梁統(tǒng)計(jì)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：橋梁水毀事故發(fā)生在四川省(65起)、廣東省(12起)、江西省(11起)、浙江省(9起)、陜西省(9起)、福建省(6起)、湖北省(6起)、黑龍江省(5起)、貴州省(4起)、遼寧省(4起)、河南省(3起)、甘肅省(3起)、湖南省(2起)、山東省(2起)、臺(tái)灣(2起)、河北省(1起)、吉林省(1起)、江蘇省(1起)、安徽省(1起)、海南省(1起)、廣西自治區(qū)(1起)、新疆自治區(qū)(1起)、西藏自治區(qū)(1起)。不難看出橋梁水毀事故的發(fā)生主要集中在南方，以四川省最多。原因主要有：① 南方地區(qū)臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象頻繁，降雨量多，容易產(chǎn)生泥石流、滑坡；② 汶川地震后，河流含砂量增大，加劇了對(duì)基礎(chǔ)的沖刷，加上超預(yù)期的洪水導(dǎo)致四川地區(qū)的橋梁容易發(fā)生水毀事故。

3.2 使用壽命分析

調(diào)查的151座橋梁的生命周期見(jiàn)圖7。調(diào)查的橋梁的平均使用壽命為28.9年，絕大部分水毀橋梁的壽命集中在30～40年。此外，不同的橋梁差異很大，其中河南省南車線鬼溝橋通車次日突降3 h暴雨，基礎(chǔ)沖刷掏空近2 m而下沉，橋臺(tái)斷裂橋梁垮塌，兩車墜毀，使用壽命僅1 d，是最短壽命公路橋。而廣東省的增城東門橋使用壽命為82年，山東省的青島棧橋使用壽命121年。大多數(shù)橋梁的使用壽命低于40年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于設(shè)計(jì)壽命50年或100年。

圖7 水毀橋梁使用壽命統(tǒng)計(jì)圖(單位:年)

3.3 橋梁水毀事故發(fā)生的時(shí)間分析

圖8統(tǒng)計(jì)了橋梁水毀事故發(fā)生的時(shí)間。橋梁水毀事故主要集中發(fā)生在2009—2014年，分析原因如下：① 2009—2014年間毀壞的橋梁主要發(fā)生在四川地區(qū)，這與四川的天氣條件和地形條件有關(guān)系。2008年汶川地區(qū)發(fā)生地震，多座橋梁發(fā)生不同程度的損傷，有些橋梁沒(méi)有及時(shí)修復(fù)或者完全修復(fù)，加上超預(yù)期的洪水導(dǎo)致橋梁坍塌；② 2009年之前的資料可能不夠完整，某些橋梁沒(méi)有記載。

圖8 不同年份水毀橋梁數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

3.4 水毀橋梁類型分析

調(diào)查的151座橋梁中,梁橋水毀發(fā)生97起(64.24%)，拱橋發(fā)生21起(13.91%)，懸索橋發(fā)生3起(1.99%)，有30座橋梁的橋型無(wú)法分類或者缺乏資料，將其歸為未知。梁橋由橋墩支撐，橋墩較多，易受水流沖刷而倒塌。拱橋一般建在山區(qū)，在洪水或泥石流中容易坍塌。對(duì)于懸索橋和斜拉橋，索是主要的承重結(jié)構(gòu)，比梁橋的跨度大，適合在水深處建造，不容易被水破壞。

此外，對(duì)151座橋梁的坍塌原因進(jìn)行分析，直接由洪水和臺(tái)風(fēng)造成的事故有93起，因?yàn)檫^(guò)度采砂造成基底被掏空，橋墩被沖空進(jìn)而坍塌的有39起，由于橋面開(kāi)裂造成坍塌的有10起，因?yàn)榈刭|(zhì)問(wèn)題有5起，因?yàn)樽o(hù)坡被沖刷造成坍塌的有4起。

橋梁水毀事故的發(fā)生是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果。洪水沖毀橋梁原因有[12, 14-17]：

(1) 對(duì)預(yù)期洪水估計(jì)不足，橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低。尤其是地基與基礎(chǔ)方面，大多數(shù)橋梁采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，并且基礎(chǔ)埋深不足，洪水沖刷掉橋墩基礎(chǔ)周圍巖土，使基礎(chǔ)暴露于水中，減小了基礎(chǔ)承載能力。

(2) 洪水中夾雜的異物阻塞、碰撞，造成梁體移位和完全脫離。

(3) 對(duì)于舊橋和危橋的維修加固不及時(shí)，缺乏危機(jī)意識(shí)。一般認(rèn)為，舊橋的承載力有所下降，如果遭遇洪水，那么舊橋就更容易發(fā)生倒塌。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)近19年中國(guó)151座橋梁水毀事故分析發(fā)現(xiàn)：橋梁水毀主要發(fā)生在南方，四川省數(shù)量最多。這些橋梁的平均使用壽命為28.9年，絕大部分水毀橋梁的壽命集中在30～40年。橋梁水毀事故主要發(fā)生在2009—2014年，梁橋占比最大。橋梁水毀的主要原因有自然因素和人為因素，如超預(yù)期洪水、舊橋、過(guò)度采砂等。為了減少橋梁水毀事故，給出以下建議：

(1) 大多數(shù)水毀橋梁都是舊橋。一方面，舊橋往往不滿足現(xiàn)有的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，舊橋的承載力有所下降。因此，需要對(duì)舊橋進(jìn)行防洪加固改造。

(2) 建造新橋，為了避免水毀事故，應(yīng)選擇橋墩少的橋梁類型，如斜拉橋和懸索橋。

(3) 要注意河床的防護(hù)設(shè)計(jì)，杜絕過(guò)度采砂。