公路橋梁倒塌原因分析與質量鑒定研究

張鵬飛

（蘇州市交通工程質量監督站 蘇州 215007）

Zhang peng fei

（Suzhou Transportation Engineering Quality Supervision Station，Suzhou 215007，China）

橋梁作為人工修建的跨越地面障礙的結構物，在建設期間和運營過程中總伴隨著一定的風險，如設計和施工原因導致的先天質量缺陷、頻繁超載，以及自然災害的影響等。在一定條件下，這些風險將導致橋梁倒塌事故的發生，造成巨大的人身財產損失和不良的社會影響。如何根據橋梁結構受力體系、材料、施工工藝等方面的特點，對已完橋梁工程進行質量鑒定，確保工程質量，避免橋梁倒塌事故發生，是我們質量監督工作者須深入研究的課題。本文在分析國內外橋梁倒塌原因的基礎上，著重探討不同材料、不同結構體系橋梁交工驗收質量檢測與鑒定方法。

1 公路橋梁倒塌事故原因分析

橋梁倒塌事故的原因除地震、洪水、泥石流等不可抗拒的自然因素以外，主要是人為因素。如：設計有誤、施工不當、頻繁超載、撞橋等。

1.1 設計有誤

合理的設計是保障橋梁安全性能的源頭。實際工程中，設計不當主要表現為結構不合理、計算有誤、盲目照搬已有設計、趕工期、非法分包等。如1999年重慶綦江彩虹橋，設計分包給2個剛畢業的大學生，由于設計者缺乏工程經驗，不懂施工，對結構力學特性不夠了解，設計的方案構造不合理，最終引起橋梁坍塌。

1.2 施工不當

施工不當、施工質量達不到設計要求是橋梁倒塌最主要的原因。橋梁施工過程中，施工不當主要包括：盲目趕工期，施工質量差，特別是隱蔽工程質量得不到保障；施工工序不按設計進行，違規操作，施工工藝不合理；施工管理混亂，非法分包轉包，偷工減料等。近些年來，國內外由于施工不當而導致橋梁倒塌的事故屢見不鮮。如：1985年英國威爾士發生了一起預應力混凝土橋梁倒塌的事故，事故直接原因為后張法預應力混凝土梁中壓漿的質量較差，影響了混凝土與預應力鋼筋的粘結力；1994年10月21日，韓國漢城的圣水大橋，一座采用鋼桁式結合梁的4車道公路橋，由于焊接不當致使焊縫脆性斷裂而坍塌，造成多人遇難。

1.3 超載

近年來我國公路交通流量驟增，交通運輸量的增長，導致汽車超載頻率更高。汽車頻繁超載使橋梁結構疲勞損傷加劇，嚴重影響橋梁結構的耐久性。正常行駛中，載重車一般行駛在外側車道，即靠近主梁的外邊緣，如果載重車的超載量過大，將極易導致主梁扭矩超出承載能力極限值，從而發生側翻倒塌。2009年6月黑龍江鐵力市西大橋、2012年8月哈爾濱市陽明灘大橋均發生由于汽車超載而導致的單側橋梁倒塌。

1.4 撞橋

水路運輸的增長也導致了撞橋事故更頻繁的發生。由于我國至今沒有船撞設計規范，除特大橋以外，多數橋梁設計時未進行防撞設計，且橋墩周圍沒有安裝防撞裝置，當受到船舶或汽車撞擊引起的巨大沖擊荷載時，橋墩被撞倒，從而導致橋梁坍塌。2007年6月，廣東九江大橋由于運沙船舶偏離航道誤入非通航孔，撞擊23號橋墩，致4孔非通航孔橋面倒塌；2006年7月，渝黔高速公路人行天橋倒塌，據查勘因車輛撞擊所致。

2 公路橋梁交工驗收質量檢測

公路橋梁交工驗收質量檢測是交工驗收前質量監督機構對負責監督的橋梁工程項目進行實體檢測、外觀檢查等。由于不同材料、不同結構體系的橋梁在荷載作用下的力學性能與破壞機理不同，因此，對橋梁進行交工質量檢測除了需檢測交通部《公路工程交工驗收辦法與實施細則》規定的指標外，還需根據橋梁結構受力特點，對影響橋梁結構力學性能較大的指標進行檢測。

2.1 全橋線形和標高檢測

橋梁的標高與線形有聯帶關系，標高是指某點的高程值，線形則是橋梁相關點的連線。一座施工質量良好的橋梁，其標高和線形均應達到設計期望值。任何一座橋梁均應檢測墩臺的支承墊石（即支座墊板）頂面、承臺頂面和梁底處的標高；墩臺身在橋的縱、橫向偏移傾斜等。對于斜拉橋，應量測其主塔塔身在橋的縱、橫向偏移傾斜和塔頂的變位；對于懸索橋，不僅需量測其主塔塔身在橋的縱、橫向偏移傾斜和塔頂的變位，還應量測主纜的線形；對于拱橋，應量測拱肋軸線的線形。

2.2 不同材料橋梁結構檢測

鋼筋混凝土梁橋應著重檢查主梁是否有豎向裂縫、斜向裂縫及順主筋方向的縱向裂縫等。對于寬度較大的裂縫，如寬度大于0.2mm的裂縫應量測其深度，并繪制裂縫分布、走向、長度、寬度及深度圖。

鋼結構橋梁應檢測構件油漆涂層有無起皮、剝落、銹斑等；對于車輛荷載作用下易發生疲勞裂紋的部位，如承受拉壓應力循環的桿件與節點板連接處或桿件接頭處、梁格體系縱梁與橫梁的連接角鋼處、U形肋與頂板橫隔板連接處焊縫焊趾、單剪鉚釘處、無蓋板的縱梁上翼緣角鋼等，應檢測是否有裂紋、穿孔、硬傷、硬彎、歪扭、爆皮及材料夾層；焊接鋼箱梁應檢測工地拼接的環形焊縫（即底板—腹板—頂板—腹板連接焊縫）和U形加勁肋縱向連接焊縫是否有焊接缺陷；鉚接鋼橋應檢查鉚釘和高強螺栓是否擰緊。

2.3 不同結構體系橋梁結構檢測

拱橋應重點檢查拱肋拱腳、跨中及1／4斷面；對于中承式和下承式拱橋，還須檢查吊桿與主流的連接是否良好，因為該部位在車輛振動下極易發生松動；鋼管拱橋應檢測鋼管連接焊縫和支承端焊縫質量。

斜拉橋應檢查拉索與主梁、拉索與主塔的錨固區是否有裂縫，錨頭涂裝是否已按要求完成，拉索防護套是否完好，主梁與主塔連接支座安裝是否符合設計要求，主塔頂有無偏移，塔身及塔根有無裂縫。

懸索橋應檢查主纜線形，主纜、主纜索股及其錨頭的防護是否良好，主鞍座和散索所在位置是否正確，吊索索夾是否有銹蝕，各連接螺栓是否擰緊，主塔頂有無偏移，塔身及塔根有無裂縫，支座安裝是否滿足要求，錨室內有無積水，有無除濕設備；是否有防雷設施等。

3 荷載試驗質量評定

對于跨度較小、結構較簡單的橋梁，根據《公路工程交工驗收辦法與實施細則》及上述的檢測方法進行檢測，再結合設計、施工內業資料，便可進行質量評定；但對于大中型橋梁和具有特殊設計要求的橋梁，僅僅采用一般方法進行檢測，其結果難以判斷橋梁整體受力性能是否滿足設計和規范要求，需進行橋梁荷載試驗。橋梁荷載試驗是彌補施工質量檢測和設計計算中的不足、檢驗設計與施工質量、評定正常運營狀態下橋梁承載能力最直接和最有效的方法。

橋梁荷載試驗通過荷載作用引起橋梁結構的變位和振動，測試橋梁結構特定部位的應力、應變、位移及加速度。按加載方式不同，分為靜載試驗和動載試驗。由靜載試驗可判斷橋梁結構整體強度和剛度；由動載試驗可得到結構的自振特性（自振頻率、振型和阻尼比）和系統參數（剛度、質量和阻尼矩陣），進而可判定橋梁結構承載能力，掌握橋梁實際受力狀態，發現一般性檢測中難以發現的質量問題。

3.1 靜載試驗

橋梁工程交工驗收靜載試驗主要測試橋梁控制斷面的應變和撓度，將試驗結果與靜力計算結果進行對比，以確定橋梁結構的實際工作狀態是否符合設計期望值，從而判定結構施工質量。

應變測試是在理論計算確定的橋梁受力控制斷面處粘貼振弦式應變計或電阻應變片測量應變。通過實測應變值和理論計算值對比，可得到橋梁結構的強度校驗系數，該系數反映了橋梁結構實際強度與設計預計值的偏差程度。采用百分表、精密水準儀或全站儀觀測控制斷面在荷載作用下的變形，通過實測變形和理論計算值的對比，可得到橋梁的結構剛度校驗系數，它反映了橋梁結構實際剛度與設計期望值的偏差程度。

3.2 動載試驗

動載試驗主要測試汽車荷載作用下橋梁結構動力放大系數、沖擊系數以及結構固有頻率、振型和阻尼比等動力特性參數。理論計算時這些動力特性參數是通過動力微分方程求得，而影響動力微分方程求解結果的是結構剛度矩陣和質量矩陣，若橋梁結構實際剛度與設計期望值不符，那么動力特性參數測試結構將與理論計算值有較大差異。因此，動力特性參數測試亦可直觀地再現橋梁結構實際施工質量。

按照激勵方式的不同，橋梁結構動載試驗可分為跑車試驗、沖擊試驗和隨機環境脈動試驗。跑車試驗是測試車輛以不同速度通過橋面時，控制斷面的動撓度時程曲線，以獲得正常行駛狀態下橋梁結構的動力放大系數和沖擊系數；沖擊試驗是模擬橋面鋪裝不平整，測試橋面不良狀態時運行車輛荷載作用下的動態響應；隨機環境振動試驗是通過在控制斷面安放傳感器，拾取橋梁結構在自然狀態（即無交通荷載、無其他振源）下的動態響應，從而測得結構自振頻率、振型和阻尼比等動力特性參數。

4 結語

橋梁安全直接關系人民生命和財產安全。歷次橋梁倒塌事故告誡我們：橋梁建設過程中，須在保證設計質量符合規范要求的前提下，規范施工質量管理，建立健全“政府監督、法人管理、社會監理、企業自檢”的四級質保體系，加強施工過程和交工驗收質量檢測，確保橋梁質量滿足設計、規范要求，盡量減少或最大可能消除橋梁安全隱患，確保人民出行安全。

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