桥梁倒塌事故问题分析

蔡唐涛，贾彦武

(1.中交第四公路工程局有限公司，北京 100022； 2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西 西安 710065)

0 引 言

桥梁工程作为跨越地形的特殊建造工程，极大地提升了社会经济的发展速度，推动了社会经济文化的交流。截止2017年底，全国已建或在建公路桥梁达76.37万座，总里程达3 865.23万m[1-3]。桥梁工程上部连接着不同的公路枢纽，下部承接着不同的水运枢纽，俨然成为公路交通行业连接不同地理位置的重要咽喉，在交通行业中的地位显得至关重要。

在桥梁设计、施工、运营过程中，常常由于种种的原因，致使其使用寿命达不到设计寿命。如地震、洪水、船撞的冲击，汽车、侧风的周期性荷载，暴雨、雨雪、泥石流的冲刷都会严重侵蚀桥梁，再加上设计、施工以及运营过程中的相关问题都极大地影响着桥梁的质量，不同程度地造成了经济损失和人员伤亡[4-5]。采用科学合理的解决方案减少相应的损失、避免桥梁事故已经成为现代工程研究中的重要问题。然而截止目前，有关桥梁事故、桥梁坍塌问题的研究报告较少，尚缺乏系统的分析研究，现存的研究对象多停留在材料、施工工艺、施工方法以及桥梁结构等方面，因此有必要对桥梁倒塌事故进行深入的分析研究，为相应的理论研究和施工提供经验。

1 桥梁事故综述

桥梁事故是指桥梁工程在施工以及运营中所发生的事故，可能由于设计、施工、运营等人为因素以及自然因素等非人为因素导致包括桥梁裂缝和桥梁坍塌，这些都将直接或间接导致桥梁结构损坏、人员伤亡和机具倾覆等结果，造成较大的经济损失和人员伤亡。

图1统计了1950～2016年间导致桥梁事故的各类原因以及其数量；图2统计了1950～2016年间桥梁事故的发生数量随时间的分布。图1显示，地震因素诱导的桥梁事故最多，占到了桥梁事故总数的1/5，其次是人为因素如设计错误、施工失误、船撞以及洪水冲刷等。由图2可知，桥梁坍塌事故的发生一直呈上升趋势，从1950年开始一直递增(1970～1979年间的桥梁坍塌事故大幅度增加与该区间内的海地地震、唐山地震有关)。2000～2016年间的桥梁事故与1950年前几十年间总的桥梁倒塌事故大体相等。

2 事故统计

2.1 事故统计

对2000～2009年间的12座桥梁事故进行分析，结果见表1。

分析上述统计结果可知，引起桥梁倒塌事故的主要原因包括设计失误、施工问题、管理及维护原因(超载、船只碰撞)、加固拆除不合理、自然原因(洪水、地震)及其他原因。其中自然原因及人为超载原因是酿成桥梁事故的主要问题，占据的比例将近一半[6-10]。

表1 2000～2009年间桥梁事故的统计分析结果

图1 塌桥事故数量分布

图2 塌桥事故数量随时间分布

2.2 事故的影响

桥梁事故根据破损的大小分为部分破坏和完全破坏，部分破坏的桥梁可以进行修复，而完全破坏的桥梁需要拆除重建。一般情况下，桥梁修复的难度大于桥梁建造，且修复后的桥梁结构难以达到桥梁理论设计的结构强度[11-13]。

桥梁倒塌事故会造成较大的社会影响，比如经济损失和人员伤亡；影响正常的生活秩序；耗费人力，耽误工期。

3 桥梁倒塌事故原因分析

3.1 设计原因

设计是桥梁建造的首要环节，合理的设计才能保证后续桥梁施工运营的安全。由于设计问题导致桥梁事故的主要原因有：结构设计不合理、计算有误、工艺不成熟以及新材料未加论证就应用等问题，这些都将成为桥梁后期倒塌事故的隐患[14]。目前已经发生的由于设计问题导致的桥梁事故多是因中承式拱桥吊杆断裂而造成的，例如武夷公馆大桥近桥台段竖向吊杆的破坏以及新疆库尔勒市孔雀河大桥、四川宜宾长江大桥的吊杆破坏等。

如图3所示，桥面受力拉动吊杆，再传到主拱，该力最终将由拱座压至大地。因此，假如吊杆的强度由于种种原因(例如汽车或其他冲击荷载使得吊杆护筒的砂浆断裂，吊杆暴露在外受腐蚀破坏)不满足要求而发生断裂，将引起桥梁的破坏。

图3 中承式系杆拱桥吊杆破裂

3.2 施工原因

施工过程是桥梁建设的关键环节，施工中的失误是整个桥梁建造过程中最容易引起桥梁倒塌事故的。这个环节的失误主要包括工艺不合理、设备不匹配以及施工人员的失误。施工过程中，由于非法外包、偷工减料、盲目追赶工期等原因导致施工质量差的桥梁工程，特别是在一些隐蔽性工程中表现的尤为严重[15]。

2006年的同安湾大桥垮塌事故就是一起因为施工失误导致的在建桥梁工程倒塌的例子(图4)。该倒塌事故发生的直接原因是由于浇注混凝土时满堂支架失稳。究其原因是：施工方案存在问题；支架体系本身存在较大隐患；现场的管理体制不到位。因此，倒塌事故往往不是单方面的失误，而是伴随着多方的疏漏而导致的结果。

3.3 管理及维护原因

管理及维护原因事故是指在后期使用阶段，由于管理单位对桥梁的管理、检测、维护工作不到位而引发的桥梁事故。该管理范围涉及日常监测、钢索的抗腐蚀、桥面的裂缝、汽车的超载限制、船舶的高度限制等。

桥梁自交付使用开始，由于车辆的反复荷载、阳光雨水的作用，使桥梁材料逐步开始老化。如果不及时监测修复，将会危及桥梁的安全。另一方面，由于不规范的作业，桥梁基础的承载力也会受损，致使桥梁破坏。例如，2005年，黑龙江省亚布力镇由于长期不断的挖沙，导致河床变深、基础承载力变小，最终导致兴安桥突然倒塌。

3.4 加固拆除不合理

加固拆除是在现有桥梁的基础之上进行改建，以重新满足交通需求。不合理的桥梁加固拆除也会导致桥梁破坏。例如2001年长沙捞刀河镇在进行桥梁改建过程中，由于工人切断了横梁导致桥体倒塌；再如2009年湖南株洲红旗路高架桥在施工过程中倒塌，原因是由于在未安装保护措施时，工人在桥墩上打眼，导致桥梁震动、桥体中心偏移，致使桥墩倒塌。

3.5 自然原因

自然灾害强烈的影响着桥梁的稳定与安全，在所有因素中，地震是影响桥梁稳定最主要的因素。地震易使得桥梁的上下结构连接件失效，受力难以稳定的传递，落梁强大的冲击力易导致下部结构被破坏。2008年，汶川地震中，共有6 130座桥梁被破坏。其中，由于地震导致的强破坏桥梁达到该区域桥梁数的6.2%，自然原因已经成为影响桥梁安全的最大因素。

3.6 其他原因

除了上述主要原因，还有其他一些次要原因，也可称为偶然因素，包括桥梁共振、台风倾倒、汽车撞击、人为破坏等。这些原因，都将对桥梁的稳定安全造成一定的影响。

4 预防桥梁倒塌的对策

桥梁工程作为跨越地形的特殊建造工程，由于材料强度离散、外载荷不均匀、结构计算近似等因素使得其安全性是一个不确定值。目前中国投入使用的路用桥梁多在40年以内，且多存在一定的病害，如何避免桥梁灾害发生是一项值得研究的课题。

4.1 深化科学研究

深化科学研究可以从源头上解决桥梁倒塌的问题，其中包括新材料、新工艺、新技术、新管理的深化研究。例如，国内开始采用环氧涂层和热镀锌铝的方法来提高桥梁拉杆的抗腐蚀性，防止中承式拱桥上的吊杆传力构件以及其他刚结构构件由于腐蚀断裂而引起桥的坍塌。

另一方面，桥梁规范的制定也需要与时俱进。基于理论基础与实际经验，将新的理念、新的设计、新的标准应用于新的桥梁规范之中。

4.2 加大维护管理

桥梁的维护管理是稳定桥梁结构、防止桥梁破坏的主要阶段。目前中国的桥梁工程重建轻养，所有的已建桥梁几乎都没有完整的自我检测、自我修复系统。为了能随时监控桥梁状况，应该进行周期性系统的桥梁检测任务，人车密集的地方应该加强检测，一旦发现问题，立即停运修复。除此之外，还要加强公路交通的安全管理，防止超载行车、违规行车；避免车辆撞桥、船舶撞桥情况的发生。

4.3 完善安全体系

完善桥梁施工安全体系能够大范围提高桥梁的施工质量，是保证桥梁后期安全的关键。工程施工人员的理论水平一般较低，缺乏基本的桥梁安全控制理念。因此，应当建立健全安全施工体系。具体可从以下几个方面展开：提高安全意识，强化安全施工观念；选择安全的施工工序和方法；不偷工减料，保证材料质量；桥梁修复前，应掌握较全的设计资料等。

4.4 建立评估体系

风险评估体系可以随时明确地反映桥梁的工程质量，对桥梁的结构安全随时监测。以往的桥梁评估体系较为单一，仅仅对某一项或某一类指标进行评估，缺乏系统性，科学的风险评估应该逐步过渡到整个系统中来，应当对桥梁结构的评估涉及到从规划、涉及到施工、运营的整个方面。风险评估应当有紧有松，对较老桥、危桥重点监测，严格把关，力求防患于未然。

5 结 语

桥梁工程作为跨越地形的特殊建造工程极大地提升了社会经济的发展，推动了文化的交流，为经济建设做了了贡献。但是由于设计不合理、施工失误、管理维护不当、加固拆除不合理、自然因素等使其存在巨大的不稳定因素。一座桥梁的倒塌并不只是上述一个因素的结果，而是上述多重因素共同作用的结果，因此，应当从以下方面进行改善。

(1)避免桥梁超载、船舶撞桥，加强交通管理。超载是除施工外，引起桥梁失稳最大的人为因素，因此应当限制汽车荷载。

(2)外部因素为诱发桥梁事故的主要原因，应当加强桥梁工程的安全管理工作。建立从设计、施工、运营到监测全周期的桥梁工程安全管理工作，保证全周期内桥梁工程的顺利进行。

(3)制定完善的管理及维护系统，加强危桥、大桥的实时监控。应当完善桥梁的随时监测和及时修复功能，真正的实现桥梁工程的“重养重建”工作，从后期维护上保证桥梁运行的有序进行。

(4)加强桥梁施工的标准化和规范化管理。标准化包括工艺标准化、材料标准化以及理论的标准化。要及时更新规范，与新技术与时俱进，避免由于规范的不同而导致的桥梁倒塌事故。

(5)桥梁设计过程中，适当加大结构强度的安全储备。将偶然因素，例如地震、洪水的安全系数适当增强，增强桥梁工程应对自然灾害的能力。

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