在建系桿拱橋坍塌事故原因分析

項宏亮 陳亮

摘 要：扣件式支架是橋梁建造階段常用的臨時結構，支架問題則是橋梁建造階段坍塌事故最主要原因。本文以某在建系桿拱橋坍塌事故為研究對象，通過橋梁施工進度、支架設置等情況調查和對支架結構進行受力分析，明確了橋梁事故的主要原因，強調了按照規范進行扣件式支架立桿穩定性計算的前提。

關鍵詞：橋梁坍塌 扣件式支架 立桿穩定性

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0069-03

橋梁坍塌事故往往造成生命財產損失和惡劣社會影響，建造階段則是橋梁坍塌事故發生的主要階段，其原因往往是多方面的，而支架問題一般是其中最主要的原因[1]。本文結合某在建系桿拱橋坍塌事故案例，對其原因進行分析，為日后類似工程提供借鑒。

1 橋梁概況

某管線橋梁上部結構主橋為跨徑66.5m的鋼管混凝土系桿拱，橋面凈寬9.3m，橋梁拱軸線為二次拋物線，矢高13.30m，拱肋采用圓端形鋼管內灌注微膨脹混凝土，系梁、端橫梁、中橫梁采用預應力混凝土結構；各橫梁間澆筑22cm現澆橋面板，其上澆筑10cm鋼筋混凝土整澆層。橋梁縱向單邊設吊桿11根，吊桿標準間距為5m。橋梁下部結構采用柱式墩+群樁基礎。該橋在施工過程中發生坍塌事故。

2 事故調查

2.1 施工進度及施工過程調查

根據相關單位提供的事故情況說明和現場調查，事故發生前橋梁各部分施工進度如下。

（1）主橋結構中的系梁、橫梁已施工完成；系梁、橫梁預應力鋼束全部張拉完成，錨具處已用水泥砂漿封堵。

（2）拱肋鋼管及跨中一字型橫撐已安裝，鋼管內未灌注混凝土；拱肋鋼管無支架支撐。

（3）橋面板、橋面整澆層已施工完成，欄桿未安裝，橋面有部分堆載。

（4）現澆中橫梁、橋面板下方支架已拆除。

橋梁下方地基在前期經過壓實處理，并澆筑有30cm素混凝土層。事故發生在橋面下方支架拆除后次日上午8點，因當日未安排施工任務，未造成人員傷亡。

事故發生后支撐系梁的扣件式鋼管支架被壓曲，系梁跨中位置落地，截面破壞；1#拱肋跨中壓曲變形嚴重，2#拱肋于跨中位置斷裂，拱肋鋼管與拱腳預埋鋼管焊縫開裂并完全脫離，見圖1。

2.2 橋梁設計施工過程調查

根據橋梁設計圖紙，設計施工過程如下。

（1）施工主橋橋墩基礎、承臺、墩身。

（2）處理地基，搭設支架，支架預壓；現澆主橋系梁及主橋端橫梁。

（3）吊裝就位主橋預制中橫梁。

（4）張拉端橫梁第一批鋼束及中橫梁鋼束。

（5）搭設主拱支架；拱肋吊裝、固定拱肋和拱梁連接段；調整拱軸線；安裝風撐。

（6）灌注拱肋鋼管內的微膨脹混凝土。

（7）待混凝土達到設計強度拆除拱肋支架。

（8）張拉系梁預應力束N2。

（9）安裝吊桿；第一次張拉吊桿。

（10）現澆主橋橋面板，橋面板混凝土達到設計強度的90%后張拉橋面板預應力鋼束。

（11）張拉系梁預應力鋼束N3、N4。

（12）第二次張拉吊桿，張拉至設計噸位。

（13）現澆橋面鋪裝層、護欄等，張拉橋面板內剩余鋼束，張拉端橫梁剩余鋼束。

（14）涂刷防腐涂料，拆除支架，成橋。

2.3 橋面堆載情況調查

現場調查檢測過程中，對橋梁結構物尺寸、鋼結構焊接質量、橋面堆載情況和支架設置情況進行了詳細調查。橋面堆載主要為未安裝的風撐鋼管、施工支架、水泥材料，各種堆載物具體位置按橋梁坍塌后現狀測量所得，合計452.5kN。

2.4 支架設置情況調查

經現場量測調查，現有系梁承重支架縱橋向立桿間距600mm，設置在系梁底全長范圍，橫橋向立桿間距300mm，橫向設5根立桿；掃地桿高300mm，掃地桿上方每1.2m設縱橫向水平桿，共設5道。

在尚可見的系梁承重支架內，未見明顯的剪刀撐桿件。支架鋼管銹蝕嚴重。

因系梁支架鋼管銹蝕嚴重，采用游標卡尺對系梁支架的立桿進行了截面尺寸測量，現場隨機抽取了5根支架立桿進行測量，壁厚從2.4～3.0mm不等，見表1。

3 事故原因分析

3.1 理論分析模型的建立

采用橋梁計算專用軟件按照實橋施工過程及進度，建立了橋梁坍塌前已安裝就位的橋梁結構模型，橋面板、橋面鋪裝層等以荷載形式考慮。采用在系梁下方建立虛擬分配梁的形式，模擬橫梁、橋面板等荷載由系梁傳遞給系梁支架后的不均勻效果。

3.2 結構驗算的主要施工階段

根據現場檢測情況，結合施工單位提供的相關資料，至橋梁坍塌前的主要施工階段如下。

（1）搭設系梁支架，系梁澆筑完成階段。

（2）搭設橫梁和橋面板支架，橫梁和橋面板澆筑完成階段。

（3）橫梁和橋面板支架拆除完畢階段。

（4）拱肋鋼管、跨中一字風撐上橋，橋面堆載階段。

橋梁坍塌前，因橫梁和橋面板的支架已完全拆除，實際的支架設置情況無法了解，且該階段下橋梁已建成部分和支架的受力情況相對安全，故不對該階段進行受力分析。

3.3 各階段支架受力分析

3.3.1 系梁澆筑完成階段

鋼管支架壁厚按照2.4mm和3.0mm兩種情況分別進行考慮，系梁澆筑完成階段支架鋼管最大應力分別為-20.48MPa和-16.81MPa，線彈性分析下的整體穩定系數分別為5.08和6.11，見圖2。

3.3.2 橫梁和橋面板支架拆除完畢階段

橫梁和橋面板支架拆除完畢階段支架鋼管最大應力分別為-52.38MPa和-44.32MPa，線彈性分析下的整體穩定系數分別為2.46和2.96，見圖3。

3.3.3 拱肋、風撐上橋，橋面堆載階段

拱肋鋼管、跨中一字風撐上橋，橋面當前堆載階段支架鋼管最大應力分別為-54.82MPa和-46.28MPa，線彈性分析下的整體穩定系數分別為2.39和2.87，見圖4。當前階段系梁支架失穩形態與橫梁及橋面板支架拆除階段失穩形態類似。

根據相關工程經驗，鑒于鋼管構件初始缺陷、外界擾動等影響，整體穩定系數一般要求不小于4。由計算分析可得到如下結論：

（1）各計算階段扣件式鋼管支架構件強度滿足要求。

（2）系梁澆筑完成階段，鋼管支架穩定性能夠滿足要求。橫梁和橋面板支架拆除完成階段以及拱肋、跨中一字撐上橋和橋面堆載階段，支架線彈性整體穩定系數為2.46～2.96和2.39～2.87，支架體系存在較大安全隱患。

3.4 橋梁坍塌原因分析

（1）管線橋實際的橋梁施工順序與設計不符，系梁和橋面系施工進度與拱肋和吊桿的施工進度不匹配。

（2）錯誤應用《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 130-2011）相關計算公式，導致過早拆除橋面系下方支架。

根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》第5.3.4條規定進行立桿穩定性驗算時，立桿計算長度應考慮長度附加系數k和第6.4節規定的連墻件設置情況而確定系數；施工單位提供的支架計算書中管線橋在橫梁和橋面板支架拆除完畢后，系梁支架并不存在橫橋向約束桿件情況下，支架立桿的整體穩定性驗算中支架步距取水平桿間距1200mm，造成立桿允許軸向力計算錯誤，錯誤地指導了橋梁施工。

（3）系梁支架鋼管銹蝕嚴重、鋼管外緣無防銹漆、鋼管壁厚變薄且厚度不均、構件老化現象非常明顯，由此造成的系桿支架承載能力下降對事故的發生也有一定的影響。

橋梁施工順序不當和支架計算錯誤是造成本次橋梁坍塌事故的主要原因。

4 結論

（1）橋梁施工過程應嚴格遵守設計確定的施工順序，并合理設計支架等輔助設施。

（2）鋼管支架為橋梁結構中所廣泛應用的支架形式，一般情況下支架體系面外僅設拋撐桿件，與規范驗算條款設置有連墻件的計算前提不符，設計計算時應特別加以注意。

（3）鋼管支架應按規范要求設置內部撐桿。

（4）支架搭設前應進行鋼管質量檢查，易腐蝕環境下應采取合理除銹、防銹措施。

參考文獻

[1] 易仁彥.近15年國內橋梁坍塌事故的原因和風險分析[J].交通科技，2015（7）：61-64.

[2] JGJ 130-2011，中華人民共和國行業標準.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].