橋與墩的博弈

黃　祺

與廣東九江大橋那龐大的橋體相比,一艘運(yùn)沙船顯得如此單薄?預(yù)期使用壽命以百年計(jì)的橋梁如此"不堪一擊",令人難以接受?坍塌事故真的與大橋的設(shè)計(jì)有關(guān)嗎?

這是建國后最嚴(yán)重的一起船撞橋梁坍塌事故,截至記者發(fā)稿時(shí),救援部門還在艱苦地打撈廣東九江大橋船撞橋梁坍塌事故中的遇難者?

與廣東九江大橋那龐大的橋體相比,一艘運(yùn)沙船顯得如此單薄?預(yù)期使用壽命以百年計(jì)的橋梁如此"不堪一擊",令人難以接受?公眾自然地將釀成九江大橋?yàn)?zāi)難的原因直指大橋的設(shè)計(jì)弊端和工程質(zhì)量?

為此,本刊專訪了同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王君杰教授,請他分析橋梁工程的船撞風(fēng)險(xiǎn)?

新民周刊:從專業(yè)角度看,造成廣東九江大橋船撞倒塌事故的原因有哪些?

王君杰:九江大橋遭受船撞后倒塌的具體原因,需要技術(shù)主管部門的進(jìn)一步調(diào)查和論證,我在這里對最可能的原因做一般性的分析?

廣東九江大橋是1988年竣工的,大橋的設(shè)計(jì)應(yīng)該參照的是我國1985年頒布的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),舊標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)的技術(shù)規(guī)定,但對實(shí)際操作來說是不夠的?當(dāng)時(shí)我國內(nèi)河航道上的通航船只噸位普遍比較小,船只的通航密度也沒有現(xiàn)在這樣大?這可能是其中的一個(gè)原因?2004年,交通部頒布的新標(biāo)準(zhǔn)對船舶撞擊力作出了新規(guī)定?

另外,一座橋有很多橋墩,工程設(shè)計(jì)時(shí),航道所在橋孔的橋墩一般會有很高的防船撞要求,但禁止船只通行的非航道橋孔,橋墩的防船撞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般會低一些,抗撞能力因此也比較低?這次九江大橋肇事船只,損壞的是非航道橋孔的橋墩,所以,對于設(shè)計(jì)來說,這種情況是一種意外事故?

橋梁基礎(chǔ)受到?jīng)_刷,水平抗撞能力下降,也可能是原因之一?

現(xiàn)在媒體上討論較多的就是上面講到的工程上的幾個(gè)原因,但被大家忽視的還有一個(gè)導(dǎo)航?預(yù)警的原因?如果航道導(dǎo)航?預(yù)警系統(tǒng)很好地發(fā)揮作用,可以避免船撞事故的發(fā)生,或降低事故發(fā)生的可能性?近年來,航道緊急事件的預(yù)警和救援受到相關(guān)部門的重視,建設(shè)部已經(jīng)立項(xiàng)研究三峽庫區(qū)橋梁船撞預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)?

新民周刊:這次事故的發(fā)生是不是提出警示,對于非航道上的橋墩也需要抗船撞設(shè)計(jì)?

王君杰:非航道上的橋墩確實(shí)也需要抵抗意外的船撞力,但目前我國橋梁工程設(shè)計(jì)中防船撞標(biāo)準(zhǔn)還不十分完善,非通航孔橋墩的船撞力設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)沒有明確的技術(shù)規(guī)定?目前的做法是,在建造一座橋梁前,針對這座橋梁進(jìn)行專項(xiàng)研究,確定橋墩的防船撞能力?這個(gè)安全系數(shù)的確定,除了參照我國的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),還參照一些國外技術(shù)規(guī)程中的規(guī)定,如美國道路工程師協(xié)會頒布的"公路橋梁船撞設(shè)計(jì)指南"?

新民周刊:如果橋梁航道和非航道橋墩的防船撞標(biāo)準(zhǔn)都足夠高,是不是就不會發(fā)生九江大橋這樣的事故?

王君杰:從理論上說,我們可以把橋梁的每一根橋墩都造得足夠堅(jiān)固,甚至建一個(gè)"小島"把橋墩圍起來,保證船撞不會威脅橋梁的安全,但很多情況下(如水較深?或行道方面的考慮等)難于實(shí)現(xiàn)?

工程設(shè)計(jì)必須考慮風(fēng)險(xiǎn)和成本的平衡?比如跨海大橋東海大橋,在水中的橋墩有數(shù)百根,現(xiàn)在東海大橋的造價(jià)已經(jīng)達(dá)到130億,如果提高每一根橋墩的船撞標(biāo)準(zhǔn),工程造價(jià)就會大大提高?所以,工程設(shè)計(jì)既要防范風(fēng)險(xiǎn),又要考慮成本,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)就是兩者的平衡點(diǎn)?嚴(yán)重的船撞事故是小概率的事件,絕對安全的設(shè)計(jì)可能意味著難以接受的建造費(fèi)用?

新民周刊:歷史上船撞橋梁事件發(fā)生的概率很小嗎?

王君杰:嚴(yán)重的船撞事件還是比較少的,全世界范圍內(nèi)每年發(fā)生1-2起?這次廣東九江大橋事故是我國建國后最嚴(yán)重的船撞橋梁事故,上一次比較嚴(yán)重的事故是2004年江蘇東匯大橋受到船撞,造成40多米橋面坍塌?

世界上著名的船撞橋梁事件,是1980年美國舊陽光大橋船撞事故,造成2孔橋面落水,35人在事故中死亡?這次船撞事件發(fā)生后,工程界開始對橋梁防船撞問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究?

自1960年以來,僅在美國就有近20座橋梁因船舶撞擊而倒塌,近350人因此而喪生?1975年1月5日,7200噸的依拉瓦納輪撞在塔斯曼橋兩個(gè)未設(shè)防的橋墩上,橋梁的三跨上部結(jié)構(gòu)墜水,兩個(gè)橋墩完全被撞毀,依拉瓦納輪沉沒,20人死亡?2002年5月26日,由于船長突發(fā)疾病,拖輪失去控制,駁船撞擊導(dǎo)致阿肯色河公路橋坍塌,17輛汽車墜河,17人死亡?該事故嚴(yán)重阻礙了橫穿俄克拉荷馬的40號州際高速公路,直到6個(gè)月后才得以重新開放?

2004年5月26日夜,江蘇省江都市樊川鎮(zhèn)東匯大橋遭受一艘駁船的撞擊,導(dǎo)致上部橋面坍落并壓住了肇事駁船,嚴(yán)重影響了公路交通和河流的通航?2004年9月,京杭大運(yùn)河蘇州段橫塘亭子橋被貨船撞毀,大橋坍塌后還壓住了兩艘貨船,使得京杭大運(yùn)河蘇州段交通受阻?

嚴(yán)重事故雖然不多,但一般的船撞事故在我國還是經(jīng)常發(fā)生?武漢長江一橋自建成以來受到船舶撞擊達(dá)70多次,南京長江一橋建成后也遭受到30多次船撞,橋墩表面混凝土受到損傷,多次修補(bǔ)?但這些事故還沒有造成對橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響?

新民周刊:還有哪些措施可以防止船撞橋梁跨塌事故的發(fā)生?

王君杰:對于大型橋梁,盡量減少深水區(qū)的橋墩數(shù)量,可以減少航道上船只碰撞橋墩的機(jī)會,但這樣的設(shè)計(jì)勢必增加工程造價(jià)?第二個(gè)方法是提高橋墩本身的堅(jiān)固程度,讓橋墩的基礎(chǔ)更加牢固?

還有一個(gè)辦法就是在橋墩上增加防撞結(jié)構(gòu),比如說各種獨(dú)立的防撞墩(如阿根廷的Rosario-Victoria橋和我國虎門大橋輔航道橋),和各種消能緩沖防撞裝置(如湖北黃石大橋和湛江海灣大橋采用的防撞裝置)等?

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,航運(yùn)噸位和密度增加,橋梁受到船撞的可能性也在增加,橋梁受到船撞后的后果也越來越嚴(yán)重?所以,橋梁防船撞的問題,應(yīng)該受到足夠的重視?我國相關(guān)的專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在加緊制定中?