湖北高速大橋事故反思：獨柱墩橋?qū)覍覂A覆，一條“腿”是原罪嗎？

加強橋梁的監(jiān)控與維護、治理超載才是根本。  

12月18日，位于湖北省鄂州市境內(nèi)的滬渝高速滬渝向轉(zhuǎn)大廣高速匝道橋發(fā)生橋梁側(cè)翻，截至當日已造成4人死亡、8人受傷。事發(fā)大橋路權(quán)方稱，引發(fā)此次事故的貨車從陜西臨潼入站上高速，載重198噸，超載400%。  

▲2021年12月19日，航拍G50滬渝高速湖北鄂州段引橋橋面?zhèn)确鹿尸F(xiàn)場來源/中新社  

據(jù)了解，事發(fā)橋梁為獨柱墩橋，而這并不是獨柱墩橋首次發(fā)生事故。  

▲2019年10月10日，江蘇無錫，312國道上海方向錫港路上跨橋路段出現(xiàn)橋面垮塌來源/人民視覺  

獨柱墩橋為什么會屢次垮塌？它安全嗎？  

1、傾覆頻發(fā)  

1995年，日本大阪神戶都市圈發(fā)生7.2級地震。因日本建筑物抗震設(shè)計較好，地震中倒塌的房屋數(shù)量不是很多，但阪神高速公路神戶線獨柱墩橋卻發(fā)生整體傾覆——600多米的獨柱墩橋整體向一側(cè)倒塌，橋墩根部混凝土完全壓潰，鋼筋屈服。  

▲1995年1月17日，日本阪神大地震震后航拍圖。  

不僅在日本，近十年來，我國也發(fā)生多起獨柱墩橋傾覆事故。  

2009年7月15日，津晉高速公路港塘收費站800米外匝道橋坍塌，5輛載貨車墜落，造成6人死亡、4人受傷。后經(jīng)初步查明，5輛載重貨車逆行進入橋體，遇車右拐使橋體重心偏移，導(dǎo)致該橋坍塌。  

2012年8月24日,哈爾濱機場高速由江南往江北方向、即將進入陽明灘大橋主橋的最后一段傾覆，4輛貨車沖下橋體。后經(jīng)調(diào)查，事故直接原因是4輛超載貨車在121.96米的長梁體范圍內(nèi)同時集中靠右側(cè)行駛，匝道鋼混連續(xù)疊合梁一側(cè)偏載受力嚴重超載荷，導(dǎo)致匝道傾覆。  

在這次事故中，超載的確是大橋傾覆的原因——4輛貨車過秤總重量達482噸，遠超橋梁承載能力（197噸）。但也有專家認為，不應(yīng)規(guī)避橋梁的其他問題，其中最主要的是設(shè)計上的問題。獨柱墩的設(shè)計結(jié)構(gòu)導(dǎo)致橋梁平衡性差，事發(fā)時4輛車的重量壓在一側(cè)，橋梁失去平衡進而垮塌。  

2015年6月19日，粵贛高速廣東河源城南出口匝道橋突然傾覆，事故造成1人死亡、4人受傷。事故直接誘因是：3輛大貨車在進入收費站時，緩慢行駛在一跨橋梁的同一側(cè)，導(dǎo)致梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，進而發(fā)生落梁事故。  

【注：落梁即梁從原來的墩柱支座上方脫離并滾落到地面，從當時視頻和照片來看，梁的整體性完好。】  

2019年10月10日，一輛裝載6捆鋼卷的貨車經(jīng)過江蘇省無錫市錫山區(qū)312國道上海方向K135處時，屹立于此達15年之久的跨橋橋面轟然側(cè)翻，錫港路上的3輛汽車被掩埋。  

據(jù)警方介紹，還有一輛大貨車裝載7卷，大貨車荷載只有30多噸，而一卷鋼卷板重量就達28噸多。兩輛大貨車累計超載300多噸。而記者從附近路面的交通指示牌獲悉，該路段的限重只有40噸。  

最終，事故造成3人死亡，2人受傷。  

【注：從無錫各大鋼貿(mào)市場出發(fā)的運輸車，必經(jīng)過312國道，將鋼貿(mào)生意做向全國；而對于無錫錫山區(qū)東湖塘居民來說，國道跨橋下方的錫港路是他們進入城區(qū)的最便利線路。無錫高架橋側(cè)翻事故涉事路段，是他們的“必經(jīng)之路”?！?nbsp; 

根據(jù)流傳的現(xiàn)場視頻來看，此次事故橋面整體發(fā)生側(cè)翻，橋面和橋柱完好，橋面車輛和人員被翻至橋底。這與過往類似案件沒有太大差別，均與超載偏載耦合作用下引起梁體轉(zhuǎn)動有關(guān)。  

2、一條“腿”，是原罪嗎？  

獨柱墩橋?qū)覍覂A覆，獨柱墩是原罪嗎？  

33年前，一張照片曾轟動廣州，乃至全國。  

▲2021年8月19日，廣州人民路高架橋  

1987年9月20日，國內(nèi)第一座城市高架橋——廣州人民路高架橋正式落成。開通那天15萬人涌上高架橋參觀，時任《羊城晚報》攝影記者朱穗風從新亞酒店天臺往下拍攝，捕捉了這一歷史瞬間。  

在那個年代，城市高架路便是現(xiàn)代化城市標志。廣州人民路高架路改善了通車情況，加大了可通行車輛的數(shù)量，當時通車數(shù)量超過5萬輛。  

它正是用一個橋墩來支撐整個高架橋的。  

20世紀80年代開始，獨柱墩橋的理論逐漸形成，到90年代開始初步應(yīng)用，進入到21世紀后開始在國內(nèi)外城市立交、公路跨線等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。  

在公路橋梁建設(shè)過程中，受地形、地物、占地面積和景觀等因素影響，下部墩往往采用獨柱支承方式，以減少土地占用、改善下部結(jié)構(gòu)布局、緩解橋梁基礎(chǔ)與地下建筑位置沖突、增加視野及橋型美觀度。而且獨柱墩橋梁工程量相對較小，特別是跨線斜交時可采用較小跨徑跨越，較為經(jīng)濟。  

在基建條件有限的情況下，這類橋梁往往成為唯一選擇。  

不過，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，交通流量、車輛載重不斷增大，特別是大型貨車車輛超載現(xiàn)象頻發(fā)，獨柱墩橋梁傾覆事故也漸漸增多。  

近幾年，獨柱墩橋的安全問題也受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。  

在2019年初召開的北京力學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會上，中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)者彭世魁、羅穿云就提交了《獨柱墩橋梁傾覆穩(wěn)定性分析》論文，明確表示，“獨柱墩橋梁橫向穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生整體傾覆事故?！?nbsp; 

橫向抗傾覆穩(wěn)定性不足，是獨柱墩橋的先天劣勢。  

雖然獨柱墩橋的上下部結(jié)構(gòu)受力性能可滿足橋梁設(shè)計規(guī)范要求，但其橋墩橫向支承體系為單支點支承，在偏載作用下，結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆非常不穩(wěn)定，導(dǎo)致橋梁整體抗傾覆穩(wěn)定性的安全儲備不足。  

這就好比一個人單腿獨立很容易摔倒，雙腿站立就沒問題。超載車輛偏載通過只有一條“腿”的獨柱墩橋時，就存在橋梁整體側(cè)翻和墩柱被破壞的安全隱患。  

傾覆無征兆、難以預(yù)防，也是獨柱墩橋的劣勢。  

支座對梁體沒有拉結(jié)作用，一旦橋梁在突發(fā)的超限荷載作用后發(fā)生扭轉(zhuǎn)，梁體就會發(fā)生側(cè)滑。在橋梁設(shè)計中，為防止梁體側(cè)滑，一般會在蓋梁兩端增加2個混凝土擋塊。但在梁體碩大的重力作用下，混凝土擋塊起的作用非常有限。  

【注：支座，梁身與橋墩之間起緩沖作用的構(gòu)造物?！?nbsp; 

實際上，面對以上問題，全國各省市都開始了對獨柱墩橋的自查，獨柱墩橋應(yīng)用逐漸減少，多使用雙柱墩或者多柱墩。  

3、歷史遺留問題如何解決？  

我們首先來看看國外經(jīng)驗：  

美國自1971年開始，逐漸在公路橋梁建設(shè)中使用限位器，以防止相鄰橋梁之間產(chǎn)生過大的相對位移，以及防止地震時橋跨發(fā)生落梁；  

日本在1972年的《道路橋耐震設(shè)計指針解說》中便引入了防落梁的規(guī)定；2002年3月，日本發(fā)布《道路橋示方書同解說·耐震設(shè)計篇》，要求特別考慮橋梁系統(tǒng)整體的抗震性能,把支座、連梁裝置作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件來設(shè)計。  

為解決獨柱墩橋的問題，中國也做出了諸多努力：  

我國舊版橋梁設(shè)計規(guī)范明確要求，“公路橋涵的持久狀態(tài)設(shè)計應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)的要求，對構(gòu)建進行承載力及穩(wěn)定計算，必要時應(yīng)進行結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移的驗算……”2018年，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》實施，明確要求進行橫向抗傾覆設(shè)計。  

舊版規(guī)范對橋梁抗傾覆亦有設(shè)計要求，2018年行業(yè)規(guī)范修訂后，行業(yè)規(guī)范做了更細致的規(guī)定，冗余設(shè)計量、對超載的承載能力大大提高。  

還有一些城市頗具先見之明，對已有獨柱墩橋梁進行抗傾覆性能加固。  

【注：抗傾覆性能加固主要是對獨柱墩橋梁下部結(jié)構(gòu)進行改造加固，增加橫橋向支撐點的數(shù)量，以提高獨柱墩橋梁整體抗傾覆穩(wěn)定性。】  

以武漢為例。武漢有16座獨柱墩橋梁，共有277根獨柱墩。從2013年起，武漢決定對獨柱墩橋梁進行加固。經(jīng)過前期論證，最終拿出了加鋼蓋梁和輔助支座的方案，實施加固。隨后，加固工程陸續(xù)鋪開，給獨柱墩裝上“蝴蝶”托翼。目前，武漢已完成16座獨柱墩橋梁加固改造，給橋梁安全上了一道保險。  

此外，武漢在每塊梁下安裝傳感器，及時掌握橋梁的“身體狀況”，防患于未然。今年11月，傳感器發(fā)回的數(shù)據(jù)顯示，三環(huán)線琴斷口橋兩塊并排的梁，承受力一大一小。這說明存在安全隱患，要及時排除隱患。  

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，這可能是超限超載車輛造成的。兩塊橋梁需要重新加強橫向聯(lián)系，達到平均受力，才能消除隱患。按照這一思路處置后，琴斷口橋很快恢復(fù)健康。  

2019年，南京市交通運輸局亦對城市橋梁獨柱墩橋梁進行摸底，開展城市橋梁獨柱墩抗傾覆專題研究。經(jīng)摸排和抗傾覆驗算，城市橋梁29座獨柱墩橋梁合計308聯(lián)跨中，165聯(lián)跨抗傾覆性能滿足最新規(guī)范要求。  

針對囿于各種因素而不能滿足安全要求的橋梁聯(lián)跨，南京計劃通過減小基礎(chǔ)負荷、增設(shè)抗拉拔裝置或支座、增設(shè)鋼牛腿、增大橋墩截面等加固手段提高橋梁抗傾覆性能。  

4、不能承受之重，壓出“內(nèi)傷”  

當前，部分貨車司機出于運輸成本考慮，仍然會超載運輸，一些貨車甚至超載至其最大總質(zhì)量的2倍甚至3倍。  

▲2018年7月30日，江蘇鎮(zhèn)江交警在夜查重型貨車。圖｜ICphoto  

在我國過去發(fā)生的獨柱墩橋傾覆事故中，多少都有超載的身影。  

中國工程院外籍院士、美國工程院院士鄧文中曾指出，車輛超載對橋梁安全有明顯危害。  

如果超載過度，使得橋梁的應(yīng)力或者傾覆系數(shù)超過設(shè)計的安全系數(shù)，橋梁可能立即倒塌；如果超載尚未大到能把橋梁壓倒，引起的應(yīng)力仍會對結(jié)構(gòu)的使用壽命產(chǎn)生很大的影響。長此以往，一座符合標準的橋梁服役十多年后，可能就會被壓出“內(nèi)傷”。  

例如，鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命一般可以假設(shè)與應(yīng)力幅的3次方成反比。如果車輛超載100%，應(yīng)力幅就大了1倍，那么原本100年的橋梁使用壽命就減少為12.5年。此外，據(jù)測算，車輛每超限超載30%，公路養(yǎng)護費用就要增加200%。  

無錫事故中的312國道，是無錫市區(qū)最主要的一條干線公路，承擔了往來于上海、蘇州、常州、南京的大量過境交通和貨運交通，事故路段周邊聚集大量物流貨運停車場。截至高架傾覆，其通車已有14年左右。  

附近群眾表示，超載運輸在這里是常態(tài)?！按笮拓涇噷嵲谔啵以S多都嚴重超載，睡在床上連床都是搖晃的?！碑?shù)匾晃皇忻裾f：“超載的大貨車真是馬路殺手。晚上很多大貨車呼嘯而過，大家一直議論遲早出大事?！?nbsp; 

本次湖北事發(fā)大橋路權(quán)方稱，引發(fā)此次事故的貨車從陜西臨潼入站上高速，載重198噸，超載400%，不排除進站口收費站有失職的可能。  

對此，陜西高速臨潼站方面表示，涉事超載貨車有道路運輸部門的超限審批手續(xù)，經(jīng)檢測入站，已將數(shù)據(jù)報湖北交管部門，但不排除貨車有假報審批數(shù)據(jù)違規(guī)進站的可能，具體情況正由兩地高速交管部門調(diào)查。  

既然是超載車輛導(dǎo)致橋梁破壞，那能否提高橋梁設(shè)計等級，使得橋梁即便在超載車輛的重壓下依然不坍塌呢？  

對此，專家表示，提高設(shè)計標準意味著工程造價的大幅提高，再堅固的橋梁也無法承受無限制的超載。因此，加強橋梁的監(jiān)控與維護、治理超載才是根本。