大桥倾覆是“一条腿”惹的祸吗

文 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 郭腾峰

2021年12月18日，湖北鄂州市境内G50沪渝高速沪渝向花湖互通D匝道独柱墩桥梁发生侧翻事故（以下简称“湖北桥梁事故”），截至当日已造成4人死亡、8人受伤。据官方媒体报道，引发湖北桥梁事故的货车从陕西临潼入站驶上高速，载重198吨，超载400%。

事故发生后的第一时间，大批有关事故调查与分析文章付诸网端。与一般性的讨论、质疑文章相较，在微信公众平台发表的一篇名为《12·18湖北G50沪渝高速花湖互通匝道倾覆事故分析》的文章，因作者以专业性角度对事故桥梁进行了结构建模和分析，并得出一系列验算数据与结论，备受读者推崇，阅读量达到“10万+”，也再次把“独柱墩桥梁安全性”推上舆论的风口浪尖。

湖北桥梁事故虽非独柱墩结构桥梁首次发生倾覆，但“一条腿”真的是事故原罪吗？

“一条腿”存先天劣势但“原罪”结论为时尚早

20世纪80年代开始，独柱墩桥梁理论逐渐形成，到90年代开始初步应用，进入到21世纪后开始在国内外城市立交、公路跨线等领域得到普遍应用。

在公路桥梁建设过程中，受地形、地物、占地面积和景观等因素影响，桥梁下部墩往往采用独柱支撑方式，以减少土地占用、改善下部结构布局、缓解桥基与地下建筑位置冲突、增加视野及桥型美观度。独柱墩桥梁工程量相对较小，特别是跨线斜交时可采用较小跨径跨越，较为经济，在基础设施建设条件有限的情况下，往往成为桥梁修建的唯一选择。

不过，随着我国经济不断发展，交通流量、车辆载重不断增大，特别是大型货车车辆超载现象频发，近年来，独柱墩桥梁倾覆事故发生率逐渐增多。独柱墩桥梁安全性逐渐受到学者的广泛关注。

2019年初，在北京力学会第二十五届学术年会上提交的《独柱墩桥梁倾覆稳定性分析》一文中明确表示，横向抗倾覆稳定性不足，是独柱墩桥的先天劣势。

虽然独柱墩桥的上下部结构受力性能可满足桥梁设计规范要求，但其桥墩横向支承体系为单支点支承，在偏载作用下，结构的横向抗倾覆性会出现不稳定，从而导致桥梁整体抗倾覆稳定性的安全储备不足。

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近年我国独柱墩桥梁相关事故情况

·2009年7月15日，津晋高速公路港塘收费站800米外匝道桥坍塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡、4人受伤。经查明，事故原因是因5辆载重货车逆行驶入桥体，遇车右拐使桥体重心偏移，导致该桥坍塌。

·2012年8月24日,哈尔滨机场高速由江南往江北方向、即将进入阳明滩大桥主桥的最后一段倾覆，4辆货车冲下桥体。后经调查，事故直接原因是4辆过秤总重量达482吨的超载货车在121.96米的长梁体范围内同时集中靠右侧行驶，匝道钢混连续叠合梁一侧偏载受力严重超载荷，导致匝道倾覆。

·2015年6月19日，粤赣高速广东河源城南出口匝道桥突然倾覆，事故造成1人死亡、4人受伤。事故直接诱因是：3辆大货车在驶入收费站时，缓慢行驶在桥梁同一侧，导致梁体发生扭转，进而发生落梁事故。

·2019年10月10日，两辆累计超载300多吨的大货车经过江苏无锡国道312线上海方向135公里处时，导致跨桥桥面侧翻，造成3人死亡，2人受伤。

此外，支座对梁体没有拉结作用，一旦桥梁在突发的超限荷载作用后发生扭转，梁体就会发生侧滑，这也是独柱墩桥梁的另一大劣势，即“倾覆无征兆、难以预防”。

抗倾覆稳定性不足的独柱墩桥梁真的是造成湖北桥梁事故的原罪吗？

据媒体报道，事发时，独柱墩结构的匝道桥没有施工，但有3辆货车同向行驶，其中包括一辆重达198吨的大件运输车辆。然而，事发桥梁荷载设计限重为55吨，具体限重执行标准为49吨。仅一辆货车就超载近400%。

但该文并未着眼于上述关键信息点，仅基于3D建模对桥梁在“超载+偏载”非正常工况与正常工况条件下的桥梁抗倾覆性进行分析对比，并得出“桥梁加固措施如满足相关规范标准提出的加固性能要求，即加固措施连接有效，桥梁并不会发生侧翻”的结论，即事故原因或因大桥加固措施未达到目标效果所造成。

笔者赞成关注者对事故进行不同角度、不同意见的研究、讨论，但在官方事故报告正式发布之前，该文作者作为专业人士，却没有从货车超载400%的实际原因出发，仅凭对桥梁抗倾覆性的对比分析，便传递出事故成因出自桥梁设计和加固方面的片面结论，不仅会误导舆论与社会公众错误认知交通安全和工程标准，还可能对“独柱墩”这种具有较强空间适用性的墩台结构造成扼杀。

“一条腿”劣势如何解一边要加固一边更要减负

为解决独柱墩结构桥梁的问题，美国自1971年开始，逐渐在公路桥梁建设中使用限位器，以防止相邻桥梁之间产生过大的相对位移，以及防止地震时桥跨发生落梁。

日本在1972年的《道路桥耐震设计指针解说》中便引入了防落梁的规定；2002年3月，日本发布《道路桥示方书同解说·耐震设计篇》，要求特别考虑桥梁系统整体的抗震性能,把支座、连梁装置作为主要结构构件来设计。

我国对此也做出诸多努力。我国旧版桥梁设计规范中曾明确要求，公路桥涵的持久状态设计应按承载能力极限状态的要求，对构建进行承载力及稳定计算，必要时应进行结构的倾覆和滑移的验算……2018年行业规范修订后，内容做了更细致的规定，使独柱墩桥梁的冗余设计量、超载承载能力得到大大提高。

还有一些城市颇具先见之明，对已有独柱墩结构桥梁进行了抗倾覆性能加固。以湖北武汉为例，武汉有16座独柱墩结构桥梁，共有277根独柱墩。从2013年起，武汉相关部门决定对独柱墩桥梁进行加固。经过前期论证，最终通过加钢盖梁和辅助支座的方案，对桥梁实施加固。目前，武汉已完成全部16座独柱墩桥梁加固改造工程，给桥梁安全上了一道保险。

2019年，南京市交通运输局亦对城市桥梁独柱墩结构桥梁进行摸底，并开展城市桥梁独柱墩抗倾覆专题研究。经摸排和抗倾覆验算，城市桥梁29座独柱墩桥梁合计308联跨中，165联跨抗倾覆性能满足了最新规范要求。

针对囿于各种因素而不能满足安全要求的桥梁联跨，南京计划通过减小基础负荷、增设抗拉拔装置或支座、增设钢牛腿、增大桥墩截面等加固手段提高桥梁抗倾覆性能。

桥梁内伤多来自超载超载非设计工况考虑条件

在过去我国发生的独柱墩桥梁倾覆事故中，几乎都有超载的身影。部分货车司机出于运输成本考虑，冒险超载运输。对此，有专家曾指出，车辆超载对桥梁安全具有明显危害。

如果超载过度，使得桥梁的应力或者倾覆系数超过设计安全系数，桥梁可能立即倒塌；如果超载尚未大到能把桥梁压倒，但由此产生的应力仍会对桥梁结构的使用寿命造成影响。长此以往，一座符合标准的桥梁服役10多年后，可能就会被压出“内伤”。

例如，钢结构的疲劳寿命一般可以假设与应力幅的3次方成反比。如果车辆超载100%，应力幅就大了1倍，那么原本具有百年寿命的桥梁，使用寿命会减少为12.5年。此外，据测算，车辆每超载超限30%，公路养护费用就要增加200%。

既然是超载车辆导致桥梁破坏，那能否提高桥梁设计等级，使得桥梁即便在超载车辆的重压下依然不坍塌呢？

笔者认为，虽然每种桥型结构具有各自的优缺点，但都是在经过反复验证后的正常工况设计条件下建造，虽然建设方在设计时会考虑荷载作用，并按极限状态下的不利组合效应进行设计、验算，预留一定的安全冗余。但是，再不利的荷载效应或组合也一定是以合法合规、正常使用为前提，并不包括此次事故中出现的“超载400%+偏载”的非正常工况条件。

虽然新版桥梁设计规范结合公路车型组成变化，特别是货运车辆大型化趋势，进一步细化了对抗倾覆设计的要求，行业也积极安排对部分独柱墩桥梁采取加固措施，以进一步提高独柱墩桥梁的抗倾覆安全性，但即便对工程设计加固，也不可能会选择使加固满足“超载400%+偏载”的非正常工况条件。

另一需要让外界了解的是，通过加固提高桥梁的抗倾覆安全系数（2.5），并不等同于使桥梁设计的荷载标准提高2.5倍，更非按照“超载400%+偏载”的非正常工况条件来对桥梁加固设计和验算。

由此可见，事故桥梁设计本身不可能满足“超载400%+偏载”的非正常工况条件，任何桥梁遇到这种特殊工况都会存在倾覆或失稳的可能性。换句话说，不发生事故才是侥幸的意外。

我国交通基础设施快速发展的同时，随之产生的交通、运输安全等问题将是行业乃至全社会长期关注的焦点问题。作为业内的一名专业技术人员，笔者能理解交通基建工程师们的“技术控”情节——遇到问题总是习惯性地思考、琢磨以期通过改善工程或技术措施加以解决。例如，在发生人为交通事故后，希望通过增加各种路侧设施降低事故发生率和发生程度；在超载超限运输车辆引发事故后，希望通过加固桥梁加以应对……出发点虽好，但超载无上限，即便以技术手段应对了超载400%的非正常工况条件，那么遇到超限500%乃至更高，又该怎么办？

交通运输系统想要实现安全、可持续发展的目标离不开标准与规范，就好比国家、社会的安定有序离不开法律法规。纵观世界各国的工程标准、工程设计，都是基于合法的人车环境，正常、合法的工况条件所制定。桥梁设计不能以满足超载超限的非正常工况条件为对象，加固措施也无法成为应对超载超限的根本之策。换句话说，工程措施永远无法弥补管理漏洞。