獨柱墩梁橋偏載下垮塌案例的統(tǒng)計分析

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）

對于橋梁傾覆問題，國內(nèi)外學者進行了大量研究。長期荷載作用下，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重的[1]。WARDHANA 等[2]統(tǒng)計分析了20 世紀末期美國垮塌橋梁的壽命和主要原因；DIAZ 等[3]統(tǒng)計了哥倫比亞的橋梁垮塌事故，并對垮塌原因進行了分析；汪廣豐[4]分析了近年來城市橋梁垮塌案例，提出預防城市橋梁垮塌的對策；邢麗麗等[5]分析了國內(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)計缺陷和養(yǎng)護不足；SHI 等[6]研究了偏心超載車輛導致獨柱墩高架橋垮塌的原因和機理；劉均利等[7]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在2007—2015 年期間，5座獨柱墩橋梁發(fā)生傾覆破壞，占垮塌梁橋的62.5%。由此可見，國內(nèi)外缺少對因超載導致獨柱墩橋梁破壞及預防措施的研究。

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)時投運不足2 年。

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

1.2 津晉高速公路港塘互通匝道橋

2009-07-15 凌晨，位于天津濱海新區(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 號墩到9 號墩之間的橋面發(fā)生整體垮塌，損壞長度約109 m，5 輛貨車從匝道墜落。這座橋梁在2002 年投運，至發(fā)生坍塌時運行時間為7 年。

最終查明坍塌原因，由于3 輛貨車嚴重超載，而且前后緊貼著匝道右側(cè)前進，橋面偏載嚴重，導致橋面失穩(wěn)坍塌。匝道處連續(xù)梁中墩設(shè)計成了無蓋梁獨柱墩，這種設(shè)計容易導致橋面上部結(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、臺州方向的匝道橋面發(fā)生了整體坍塌并傾覆，結(jié)果導致橋面上4 輛貨車側(cè)翻，坍塌傾覆的橋面總長120 m。這座立交橋在2006 年建成通車，至事發(fā)時運行了5 年。

最終查明坍塌原因，事發(fā)時有運煤車隊卡車嚴重超載，同時有3 輛車緊貼靠右前行，導致偏載嚴重，超過結(jié)構(gòu)設(shè)計的允許荷載。此匝道橋的中墩結(jié)構(gòu)也是采用無蓋梁的獨柱墩。

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400 t，嚴重超載，并在傾覆的120 m 匝道橋面上集中靠右行駛，偏載嚴重，大大超過設(shè)計允許荷載。而且，該匝道橋的連續(xù)梁中墩也是采用無蓋梁的獨柱墩。

1.5 贛粵高速城南互通匝道橋

2015-06-19，粵贛高速上一個按設(shè)計使用年限100年標準建造的匝道橋，通車時間不到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，獨柱墩橋梁垮塌，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 匝道處當時有重達190 t 的大件運輸車通過，而發(fā)生傾覆坍塌的匝道橋面為獨柱墩。

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重超過車輛準載量，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 座獨柱墩連續(xù)梁橋是被多輛超載車輛所組成的車隊壓垮。津晉高速匝道橋垮塌的5 輛貨車總重超過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190 t[7]。

表1 部分因超載導致垮塌的獨柱墩橋梁

2.2 垮塌橋梁損失情況

橋梁垮塌造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，有關(guān)部門對經(jīng)濟損失情況公布不詳細，本文只統(tǒng)計了人員傷亡情況，如表2 所示。6 座獨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)生了極其負面的社會影響[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)濟發(fā)達的中部及沿海地區(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 垮塌橋梁運營時間

對垮塌橋梁的運營時間進行統(tǒng)計，如表4 所示。從表中可以看出，6 座橋梁運營期均未超過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，遠遠低于橋梁設(shè)計壽命，給社會資源造成極大的浪費。

表4 垮塌橋梁運營時間

3 結(jié)束語

曲線橋獨柱墩設(shè)計存在小概率隱患，國內(nèi)貨車超載等問題進一步增大事故概率。連續(xù)曲線橋中間采用獨柱墩，不但可以節(jié)省工程造價，還能改善橋下視野，因此在立交的匝道中被廣泛采用。獨柱墩結(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)，當轉(zhuǎn)角大到一定程度時，支反力的下滑分力將超過支座側(cè)向的約束能力，此時主梁就會下滑，同時水平分力還會將墩柱側(cè)向推倒，因此獨柱橋梁的橋墩需要專門進行側(cè)向抗推驗算。

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