2007～2015年洪水導(dǎo)致垮塌橋梁的統(tǒng)計分析

劉 亢，劉均利，余文成

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶市 4 00067;2.桂林理工大學(xué)，廣西 桂 林 5 41004）

2007～2015年洪水導(dǎo)致垮塌橋梁的統(tǒng)計分析

劉 亢1，劉均利2，余文成2

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶市 4 00067;2.桂林理工大學(xué)，廣西 桂 林 5 41004）

洪水及其引起的河床沖刷一直是影響在役橋梁安全的重要因素，是造成在役橋梁垮塌的主要原因之一。對近十年來國內(nèi)因洪水而垮塌橋梁事故的案例進行了調(diào)研和統(tǒng)計，總結(jié)和分析了橋梁因洪水倒塌的一般規(guī)律，發(fā)現(xiàn)因洪水倒塌的橋梁普遍設(shè)計標準低，基礎(chǔ)埋深淺；病害嚴重，危橋占比高；橋位附近挖沙嚴重，破壞河床，加劇沖刷?；诖颂岢隽讼嚓P(guān)對策建議，為橋梁的設(shè)計建設(shè)以及維護工作提供參考。

在役橋梁；洪水；垮塌案例；沖刷

0 引 言

洪水沖刷掉橋墩基礎(chǔ)周圍巖土，使基礎(chǔ)暴露于水中，減小橋梁的橫向承載能力和樁基的抗屈曲承載能力，增大水流的橫向沖擊力[1]。洪水及其誘發(fā)的泥石流、滑坡等一直是引起橋梁垮塌的主要原因之一。Harik[2]等調(diào)查了1951～1988年美國垮塌的79座橋梁，有29座因洪水和基底沖刷等引起，占36.7%。Wardhana[3]等研究發(fā)現(xiàn)，1989～2000年美國運營橋梁垮塌事故中，52.88%與水力因素有關(guān)，其中洪水沖垮的比例為32.80%，水流掏空基礎(chǔ)的比例為15.51%。Diaz[4]等對1986～2008年間哥倫比亞橋梁垮塌愿因進行分析，發(fā)現(xiàn)35%的混凝土橋梁垮塌是由沖刷引起的。洪水引起的橋梁垮塌往往是整體性垮塌，是一種極其嚴重的安全事故，具有突然性，一般難以用檢測來避免[5]。加之，近年來全球變暖引起的極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)，橋梁工程面臨洪水破壞的風(fēng)險也日益增加。

國內(nèi)外學(xué)者對橋梁水毀進行了大量研究，側(cè)重于水毀橋梁的破壞機理研究，而缺少對水毀橋梁的橋型、橋齡等一般規(guī)律的研究。鑒于此，本文對2007～2015年期間水毀橋梁進行統(tǒng)計分析，探索其中的基本規(guī)律，為橋梁的檢測和維護提供參考。

本文的研究是廣西科學(xué)技術(shù)開發(fā)項目——危險橋梁甄別及評估方法與應(yīng)用的一部分。本次研究的資料主要來源于公開發(fā)表的論文、專著、報紙雜志和交通部門網(wǎng)站主頁，另有部分來源于檢測報告和會議資料。在我國，垮塌橋梁的資料往往涉及保密，導(dǎo)致垮塌橋梁事故信息極難獲得，因此作者也對2013～2015年內(nèi)水毀橋梁進行實地調(diào)研，采訪事故橋梁附近村民。

1 因洪水破壞橋梁垮塌發(fā)生率

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在2007～2015年期間，國內(nèi)共有102座運營橋梁垮塌，其中44座橋梁因水災(zāi)導(dǎo)致垮塌，占總數(shù)的43.1%。

由于信息不完整，在垮塌的44座橋梁中，只有25座可以查詢到實際使用壽命。這25座橋中，壽命最長的是湖南省嘉禾縣珠泉鎮(zhèn)麻地大橋，建于上世紀60年代，壽命超過50 a；壽命最短的是河南省宜陽縣南車線鬼溝橋，壽命只有1 d。圖1是橋梁實際使用壽命分布圖，可以看出，壽命小于10 a的有3座，10～20 a的有5座，20～30a的有5座，30～40 a的有6座，40～50 a的有4座，超過50 a的只有2座。大部分事故橋梁的實際使用壽命遠遠低于橋梁的設(shè)計使用壽命。

表1是垮塌橋梁的年分布表，從表1可知，除2011年沒有橋梁因水災(zāi)垮塌外，每年均有橋梁垮塌，一般垮塌數(shù)量在1～5座。2013年有24座橋梁垮塌，是個特例，主要發(fā)生在四川省。2013年發(fā)生了2008年汶川大地震后的第一次特大洪水，四川大地震及震后重建引起無序采砂嚴重破壞了河床形態(tài)，導(dǎo)致短期內(nèi)大量橋梁垮塌。

圖1 垮塌橋梁實際壽命分布

表1 倒塌橋梁年份統(tǒng)計

表2 是倒塌橋梁地區(qū)統(tǒng)計，由表2 可以看出，事故橋梁共發(fā)生在11 個省份，其中四川省25 起，占56.8%。通過谷歌數(shù)字地球，查找垮塌橋梁，發(fā)現(xiàn)垮塌橋梁主要位于山區(qū)和山前區(qū)。

表2 倒塌橋梁地區(qū)統(tǒng)計

2007～2015年，因洪水破壞的44座橋梁中，其橋型分布見表3。

表3 倒塌橋梁橋型統(tǒng)計

從橋型方面看，拱橋17座，占垮塌橋梁總數(shù)的38.6%，其中雙曲拱橋有4座，石拱橋6座，剛架拱橋1座，桁架拱橋2座，還有4座具體結(jié)構(gòu)形式不明；梁橋18座，占垮塌橋梁總數(shù)的40.9%，其中6座采用雙柱墩，具體為四川汶川徹底關(guān)大橋、四川綿竹市綿遠河牛鼻子大橋、綿竹市興隆拱星大橋、四川汶川川西大橋、廣東江門圣堂大橋和西藏林芝八一大橋。

表4是垮塌橋梁導(dǎo)致人員傷亡的統(tǒng)計表，由表5可以看出，9年間因超載倒塌的橋梁，共造成101人遇難，51人受傷。尤其是河南欒川縣伊河湯營大橋，直接造成67人死亡，22人受傷。

表4 倒塌橋梁傷亡統(tǒng)計

2 橋梁水毀破壞具體原因分析

洪水屬于自然災(zāi)害，是導(dǎo)致橋梁垮塌的外部原因。橋梁的破壞往往是多種原因共同作用的結(jié)果，如橋梁本身設(shè)計不足、病害嚴重等因素會導(dǎo)致橋梁在洪水作用下更容易破壞。下面對44座橋梁的設(shè)計、病害等內(nèi)在原因進行分析。

2.1 設(shè)計標準較低，沖刷引發(fā)的破壞

因洪水而垮塌的橋梁絕大多數(shù)位于低等級的縣鄉(xiāng)道路上，部分甚至位于通村公路上。橋梁設(shè)計標準低，尤其是地基與基礎(chǔ)方面，大多數(shù)橋梁采用擴大基礎(chǔ)，并且基礎(chǔ)埋深不足，河床沖刷下切很容易使基底脫空，從而導(dǎo)致橋梁垮塌[6]。如遼寧撫順南雜木大橋、河南洛陽宜陽南車線鬼溝橋、鐵力呼蘭河大橋、浙江長風(fēng)大橋、西藏林芝八一大橋等均采用擴大基礎(chǔ)，在洪水作用下，基底被掏空而導(dǎo)致基礎(chǔ)下陷，進而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)垮塌。其中浙江長風(fēng)大橋按百年一遇防洪標準設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計埋深7 m，擴大基礎(chǔ)的持力層還位于泥炭土上，僅僅使用了9 a便垮塌。高等級道路上設(shè)計標準較高的橋梁，因洪水垮塌比例較低，只有一座高速公路橋梁--都汶高速桃關(guān)隧道橋垮塌，是在洪水和泥石流共同作用下破壞。

2.2 病害嚴重

垮塌橋梁帶病運行占比較高，經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，僅有8座橋梁可以正常運行，12座橋梁病害嚴重，在定期檢測中已經(jīng)被評定為危橋，并已經(jīng)限載，其余24座橋梁技術(shù)狀況不明，有一部分從未進行過檢測，也有的是沒有調(diào)查到相關(guān)資料，見表5。

表5 倒塌橋梁服役情況統(tǒng)計

如黑龍江鐵力呼蘭河橋，建于1973年，采用整體性較差的雙曲拱橋，2006年已被評為危橋，設(shè)計使用壽命30 a，限載30 t，在洪水和超載共同作用下垮塌。

2.3 橋位附近挖沙嚴重

過去30年，我國大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對砂石資源需求巨大，加之采砂利潤豐厚，導(dǎo)致全國范圍內(nèi)對砂石資源無序開采。建橋時，為保證橋梁的安全，一般都進行水文分析，計算橋梁再設(shè)計基準期內(nèi)的自然演變、一般沖刷和局部沖刷，并沒有考慮挖沙對河床的影響。采砂企業(yè)采砂后，在河道中留下坑、槽。這些人為因素使水流紊亂，加劇了河水沖刷。

以四川為例，2008年后，擴大內(nèi)需項目與汶川地震災(zāi)后重建項目重疊，砂石資源需求驟增，河道中的采砂大量而無序，許多采砂企業(yè)在采砂后于河道中留下坑、槽。這些人為因素使水流紊亂，加劇了河水沖刷。2012年雨季之后，105省道綿竹段石亭江一號橋、富新綿遠河大橋、106省道德什段石亭江大橋、石亭江廣洛大橋橋位處沖刷已達7 m，石亭江中游河段平均沖刷深度已達10 m左右，而石亭江廣洛大橋的最淺埋深只有16 m。這個實際沖刷深度，已超過水文分析。無序挖沙應(yīng)當(dāng)是四川2013年洪水大規(guī)?？逅闹匾颉?/p>

除四川地區(qū)的橋梁外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，興國縣焦田大橋的垮塌與周邊7處采砂場也有關(guān)系。陜西藍田縣玉山鎮(zhèn)沈家河橋垮塌前，附近的砂石廠把基礎(chǔ)周圍砂石掏空，造成地基不穩(wěn)。

3 結(jié)論

對2007～2015年，國內(nèi)因洪水而倒塌的橋梁進行調(diào)查與統(tǒng)計，共發(fā)現(xiàn)了44座在役橋梁因洪水而垮塌，以梁橋和拱橋為主，共造成101人遇難，51人受傷?？逅鷺蛄和嬖谝韵氯齻€特點：設(shè)計標準低，下部結(jié)構(gòu)采用擴大基礎(chǔ)居多；病害嚴重，且部分橋梁業(yè)主為鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村委，從未進行定期檢測；橋位附近挖沙嚴重，加劇了沖刷。為此，提出以下建議：

（1）對設(shè)計標準低、采用擴大基礎(chǔ)并且基礎(chǔ)埋深不足的橋梁，如橋下沖刷比較嚴重，應(yīng)盡量拆除重建。

（2）規(guī)范挖沙，應(yīng)禁止在橋位上下游挖沙，對于已經(jīng)挖沙嚴重、橋梁基礎(chǔ)暴露的橋梁，盡量建設(shè)攔砂壩等設(shè)施。

（3）對于位于低等級道路上、沒有進行定期檢測的橋梁，應(yīng)開展基礎(chǔ)沖刷方面的檢測。

[1]Banerjee S,Prasad G.Analysis of bridge performance under the combined effect of earthquake and flood-induced scour.In:First international symposium on uncertainty modeling and analysis and management[Z].Hyattsville,United States,2011,889-896.

[2]Wardhana K,Hadipriono F C.Analysis of Recent Bridge Failures in the United States[J].Journal of Performance of Constructed Facilities, 2003,17(3):144-150.

[3]Harik IE,Shaaban A M,Gesund H,etc.United Statesbridge failures,1951-1988[J].Journal of Performance of Constructed Facilities, 1990,4(4):272-277.

[4]Diaz E E,Moreno F N,Mohammadi J.Investigation of Common Causes of Bridge Collapse in Colombia[J].Practice Periodical on Structural Design and Construction,2009,14(4):194-200.

[5]嚴允中,余勇繼,楊虎根,等.橋梁事故實例評析[M].北京:人民交通出版社,2013.

[6]李海瑞.橋梁水毀的預(yù)防與治理[J].公路,2007(7):209-211.

U445.7+5

B

1009-7716（2017）01-0090-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.025

2016-10-26

國家自然科學(xué)基金項目（51468013）；廣西科學(xué)與技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科攻 1355008-9，桂科攻 14251012）

劉亢（1978-），男，四川鹽亭人，高級工程師，從事橋梁規(guī)劃設(shè)計和安全評估工作。