獨(dú)柱墩梁橋偏載下垮塌案例的統(tǒng)計(jì)分析

張晉豪，鐘立途，陳冠超

（1.廣州新中軸建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000；2.廣州市會(huì)展大廈投資開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510000；3.廣州市琶洲城市建設(shè)投資有限公司，廣東 廣州 510000）

對(duì)于橋梁傾覆問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。長(zhǎng)期荷載作用下，橋面鋪裝破壞，橋梁主體結(jié)構(gòu)開裂，承載能力逐步下降甚至垮塌，其中橋梁垮塌后果是最嚴(yán)重的[1]。WARDHANA 等[2]統(tǒng)計(jì)分析了20 世紀(jì)末期美國(guó)垮塌橋梁的壽命和主要原因；DIAZ 等[3]統(tǒng)計(jì)了哥倫比亞的橋梁垮塌事故，并對(duì)垮塌原因進(jìn)行了分析；汪廣豐[4]分析了近年來(lái)城市橋梁垮塌案例，提出預(yù)防城市橋梁垮塌的對(duì)策；邢麗麗等[5]分析了國(guó)內(nèi)7 座橋梁垮塌案例，發(fā)現(xiàn)造成垮塌的原因是多方面的，主要原因是洪水、超載、設(shè)計(jì)缺陷和養(yǎng)護(hù)不足；SHI 等[6]研究了偏心超載車輛導(dǎo)致獨(dú)柱墩高架橋垮塌的原因和機(jī)理；劉均利等[7]通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在2007—2015 年期間，5座獨(dú)柱墩橋梁發(fā)生傾覆破壞，占垮塌梁橋的62.5%。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外缺少對(duì)因超載導(dǎo)致獨(dú)柱墩橋梁破壞及預(yù)防措施的研究。

1 垮塌橋梁的概況

1.1 內(nèi)蒙古包頭丹拉高速入口引橋

2007-10-23，位于內(nèi)蒙古包頭市民族東路的高架橋，其中一跨長(zhǎng)35 m、寬25.5 m 的箱梁側(cè)翻傾覆，有4 輛貨車墜落。該橋在2005 年12 月投入使用，單跨最大是35 m，至事發(fā)時(shí)投運(yùn)不足2 年。

最終查明原因，事發(fā)時(shí)橋面上該跨正好有3 輛貨車經(jīng)過(guò)，總質(zhì)量嚴(yán)重超出該橋設(shè)計(jì)的允許荷載，結(jié)果導(dǎo)致這跨橋上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生傾覆。此橋梁設(shè)計(jì)為獨(dú)柱墩。

1.2 津晉高速公路港塘互通匝道橋

2009-07-15 凌晨，位于天津?yàn)I海新區(qū)的津晉高速公路跨港塘公路和南環(huán)鐵路的互通式立交A 匝道，在4 號(hào)墩到9 號(hào)墩之間的橋面發(fā)生整體垮塌，損壞長(zhǎng)度約109 m，5 輛貨車從匝道墜落。這座橋梁在2002 年投運(yùn)，至發(fā)生坍塌時(shí)運(yùn)行時(shí)間為7 年。

最終查明坍塌原因，由于3 輛貨車嚴(yán)重超載，而且前后緊貼著匝道右側(cè)前進(jìn)，橋面偏載嚴(yán)重，導(dǎo)致橋面失穩(wěn)坍塌。匝道處連續(xù)梁中墩設(shè)計(jì)成了無(wú)蓋梁獨(dú)柱墩，這種設(shè)計(jì)容易導(dǎo)致橋面上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)傾覆。

1.3 浙江上虞春暉互通立交橋

2011-02-21，浙江上虞春暉互通立交橋從紹興至寧波、臺(tái)州方向的匝道橋面發(fā)生了整體坍塌并傾覆，結(jié)果導(dǎo)致橋面上4 輛貨車側(cè)翻，坍塌傾覆的橋面總長(zhǎng)120 m。這座立交橋在2006 年建成通車，至事發(fā)時(shí)運(yùn)行了5 年。

最終查明坍塌原因，事發(fā)時(shí)有運(yùn)煤車隊(duì)卡車嚴(yán)重超載，同時(shí)有3 輛車緊貼靠右前行，導(dǎo)致偏載嚴(yán)重，超過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的允許荷載。此匝道橋的中墩結(jié)構(gòu)也是采用無(wú)蓋梁的獨(dú)柱墩。

1.4 哈爾濱三環(huán)路群力高架匝道橋

2012-08-24 T05：00，哈爾濱三環(huán)路群力高架在洪湖路上橋的分離式匝道橋突發(fā)傾覆坍塌，損壞橋面長(zhǎng)度約120 m，在橋面上行駛的3 大1 小共4 輛貨車墜落。

最終查明坍塌原因，4 輛貨車總重超過(guò)400 t，嚴(yán)重超載，并在傾覆的120 m 匝道橋面上集中靠右行駛，偏載嚴(yán)重，大大超過(guò)設(shè)計(jì)允許荷載。而且，該匝道橋的連續(xù)梁中墩也是采用無(wú)蓋梁的獨(dú)柱墩。

1.5 贛粵高速城南互通匝道橋

2015-06-19，粵贛高速上一個(gè)按設(shè)計(jì)使用年限100年標(biāo)準(zhǔn)建造的匝道橋，通車時(shí)間不到10 年，就發(fā)生了垮塌。

最終查明坍塌原因，4 輛滿載瓷土的重載五型貨車并排行駛在粵贛高速城南互通匝道橋梁時(shí)，獨(dú)柱墩橋梁垮塌，4 輛重載貨車掉落橋下。

1.6 湖北鄂州滬渝高速與大廣高速花湖互通匝道橋

2021-12-18，滬渝高速與大廣高速在湖北鄂州境內(nèi)花湖互通，由滬渝高速向大廣高速轉(zhuǎn)向的匝道發(fā)生傾覆坍塌。

最終查明坍塌原因，D 匝道處當(dāng)時(shí)有重達(dá)190 t 的大件運(yùn)輸車通過(guò)，而發(fā)生傾覆坍塌的匝道橋面為獨(dú)柱墩。

2 超載垮塌橋梁具體分析

2.1 車輛超載情況

在6 座超載致毀的獨(dú)柱墩橋梁中，在垮塌前橋梁技術(shù)狀況良好，車輛超載情況如表1 所示[7]。從表中可以看出，肇事車輛單車總重均嚴(yán)重超過(guò)車輛準(zhǔn)載量，其中津晉高速匝道橋，哈爾濱三環(huán)路群力高架匝道橋，贛粵高速城南互通匝道橋3 座獨(dú)柱墩連續(xù)梁橋是被多輛超載車輛所組成的車隊(duì)壓垮。津晉高速匝道橋垮塌的5 輛貨車總重超過(guò)700 t，湖北鄂州滬渝高速與大廣高速花湖互通匝道橋超載車輛重達(dá)190 t[7]。

表1 部分因超載導(dǎo)致垮塌的獨(dú)柱墩橋梁

2.2 垮塌橋梁損失情況

橋梁垮塌造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，有關(guān)部門對(duì)經(jīng)濟(jì)損失情況公布不詳細(xì)，本文只統(tǒng)計(jì)了人員傷亡情況，如表2 所示。6 座獨(dú)柱墩橋梁垮塌均造成了人員傷亡，總共有13 人死亡，27 人受傷。尤其是津晉高速匝橋垮塌事故造成6 死7 傷，哈爾濱三環(huán)路群力高架匝道橋造成3 死5 傷，都產(chǎn)生了極其負(fù)面的社會(huì)影響[7]。

表2 垮塌橋梁損失情況

表2 （續(xù)）

2.3 垮塌橋梁地理分布

從橋梁垮塌地理分布情況可以看出，主要集中在老工業(yè)區(qū)（黑龍江）、礦產(chǎn)能源豐富地區(qū)（內(nèi)蒙古）、及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的中部及沿海地區(qū)（天津、浙江、廣東、湖北），如表3 所示。

表3 垮塌橋梁地理分布

2.4 垮塌橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間

對(duì)垮塌橋梁的運(yùn)營(yíng)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4 所示。從表中可以看出，6 座橋梁運(yùn)營(yíng)期均未超過(guò)10 年，尤其是哈爾濱三環(huán)路群力高架匝道橋和湖北鄂州滬渝高速與大廣高速花湖互通匝道橋，均是維修后不滿1 年就發(fā)生坍塌，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于橋梁設(shè)計(jì)壽命，給社會(huì)資源造成極大的浪費(fèi)。

表4 垮塌橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間

3 結(jié)束語(yǔ)

曲線橋獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)存在小概率隱患，國(guó)內(nèi)貨車超載等問(wèn)題進(jìn)一步增大事故概率。連續(xù)曲線橋中間采用獨(dú)柱墩，不但可以節(jié)省工程造價(jià)，還能改善橋下視野，因此在立交的匝道中被廣泛采用。獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)抗扭能力較弱，扭矩全部轉(zhuǎn)移到梁端致使一端支座脫空。在偏心荷載作用下，主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)角大到一定程度時(shí)，支反力的下滑分力將超過(guò)支座側(cè)向的約束能力，此時(shí)主梁就會(huì)下滑，同時(shí)水平分力還會(huì)將墩柱側(cè)向推倒，因此獨(dú)柱橋梁的橋墩需要專門進(jìn)行側(cè)向抗推驗(yàn)算。

基于此，提出如下建議：①為了安全，應(yīng)盡量少用獨(dú)柱式橋墩結(jié)構(gòu)，并以建設(shè)運(yùn)營(yíng)的獨(dú)柱墩橋梁結(jié)合實(shí)際情況，更改交通標(biāo)線，在獨(dú)柱橋墩的這幾跨的橋面上僅設(shè)置中間一個(gè)車道；②高速公路管理公司等業(yè)主單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)貨車的管理，嚴(yán)禁超載車輛上橋；③獨(dú)柱墩連續(xù)梁的高速公路匝道橋和城市高架橋的垮塌風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)盡快進(jìn)行維修加固處理，提高這類橋的整體性和構(gòu)件的承載能力。