據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),中國(guó)近10年來(lái)垮了50座橋。大橋的垮塌確實(shí)是因?yàn)槌d引起的么?如果是,那么是因?yàn)橹袊?guó)橋梁的設(shè)計(jì)承重過(guò)低,還是超載太猖獗?或許舉個(gè)例子完善一下就知道了,比如一個(gè)筷子,一根很多人都可以把它掰斷,一捆筷子,大家說(shuō)肯定不容易斷,對(duì)吧?但是我想引入的是另外一個(gè)概念,軸載,軸距。軸載即路面設(shè)計(jì)時(shí)使用累計(jì)當(dāng)量軸次的概念。公路上行駛的車輛種類繁雜,不同車型和不同作用次數(shù)對(duì)路面影響不同,為方便路面設(shè)計(jì),需將不同車型組合而成的混合交通量換算成某種統(tǒng)一軸載的當(dāng)量軸次。當(dāng)量軸次是按照路面損壞等效原則,將不同車型、不同軸載作用次數(shù)換算成與標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100相當(dāng)軸載作用次數(shù)。這種統(tǒng)一的軸載,稱為標(biāo)準(zhǔn)軸載。軸距就是輪子軸之間距離。
在哈爾濱那個(gè)事件摘點(diǎn)東西過(guò)來(lái):“據(jù)了解,寶山寺白河橋設(shè)計(jì)承載標(biāo)準(zhǔn)為汽車-20級(jí)(6軸貨車車貨總重不超過(guò)55噸)。張文軍駕駛的貨車實(shí)際載重上限為31.5噸,而事發(fā)時(shí)車上裝的砂石高達(dá)145.5噸,超重110余噸。(此段前文引用)什么大一點(diǎn)的小貨車啊,SUV,轎車啊,橋面路面一天過(guò)個(gè)幾千幾百萬(wàn)輛一點(diǎn)事都沒(méi)有,為什么?因?yàn)閷?duì)路面的作用實(shí)在是太小了,忽略不計(jì),只要能過(guò)得了,就是一年24小時(shí)過(guò)都和擦灰塵一樣。但是,但是,但是,如果是大貨車,這個(gè)要命,這個(gè)要命,這個(gè)要命,這個(gè)如果超太多就像鍛壓機(jī)床切割金屬一樣,在作用的兩端有很強(qiáng)的剪切作用,一般來(lái)說(shuō)是向著下方的作用力,很大很大,重力方向的,作用面又小,這個(gè)對(duì)路面有很大的破壞作用,一輛超載幾十噸的大貨車比幾千幾百萬(wàn)小車同時(shí)過(guò)這個(gè)路面還嚴(yán)重(作用面非常小,破壞非常迅速),本來(lái)可以承受幾十年的結(jié)構(gòu)一下子就被集中破壞掉了,就算是很多很粗的筷子也禁不止你這樣的切割作用,就好比一顆扁豆放地球地面上,你不會(huì)看到地面下沉,你試著放一個(gè)中子核彈,一個(gè)黑洞?地面根本就承受不起,肯定往下塌,這是必須滴。
對(duì)于超載猖獗,運(yùn)費(fèi)高昂和橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題之間的糾纏,我不想說(shuō)太多,在此,引用馬克思曾說(shuō)過(guò)的一句話:“資本如果有百分之五十的利潤(rùn),它就會(huì)鋌而走險(xiǎn);如果有百分之百的利潤(rùn),它就敢踐踏人間一切法律;如果有百分之三百的利潤(rùn),它就敢犯下任何罪行,甚至冒著被絞死的危險(xiǎn)。”超載對(duì)于運(yùn)輸公司的利潤(rùn),是很大的!很大的!很大的!對(duì)橋的破壞也是很大的!很大的!很大的!
引用報(bào)告
粵贛高速河源市境內(nèi)匝道橋梁發(fā)生斷裂并垮塌的示意圖
城南匝道引橋,是粵贛高速上一個(gè)按設(shè)計(jì)使用年限100年標(biāo)準(zhǔn)建造的出口,目前通車時(shí)間不到10年。但就這樣一個(gè)以“高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)”的匝道引橋,竟然在4輛貨車面前轟然塌下,這到底是“重量”還是“質(zhì)量”惹的禍?
在“城南匝道引橋”垮塌現(xiàn)場(chǎng),廣東高速公路有限公司總工程師敖道朝初步勘察后介紹,這個(gè)匝道橋設(shè)計(jì)使用年限為100年。他認(rèn)為,該橋垮塌事件是幾輛大貨車同時(shí)嚴(yán)重超載,超過(guò)了設(shè)計(jì)上限所引起。
但一些常年行駛在粵贛高速的司機(jī)認(rèn)為,該匝道橋的質(zhì)量“有問(wèn)題”。這些司機(jī)說(shuō),在運(yùn)輸繁忙的粵贛高速?gòu)V東境內(nèi),出口匝道引橋上,大貨車緊密排列是常態(tài)。貨車要出匝道自然要慢行。“你總不能在設(shè)計(jì)上規(guī)定,要求幾輛貨車不能在同一時(shí)間待在匝道上吧。這樣一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的匝道橋就因?yàn)閹纵v超載貨車就塌了,也太不正常了。”
此次事件發(fā)生后,不少現(xiàn)場(chǎng)群眾質(zhì)疑,橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建設(shè)質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷。例如匝道橋的兩個(gè)橋墩均建在沼澤地基上,是否牢固?長(zhǎng)達(dá)100多米的橋,只設(shè)計(jì)了兩個(gè)橋墩是否合理?
專家說(shuō)
“說(shuō)垮塌比較合適,不是斷裂”
“說(shuō)垮塌比較合適,不是斷裂”。華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院橋梁教授單成林說(shuō),從網(wǎng)上的圖片看,橋梁是整體墜落,該跨橋梁平面上有一些彎曲,屬半徑比較大的彎橋。他說(shuō),從發(fā)來(lái)的照片和資料看,橋梁是從橋墩的連接部位落下的,并非從中間斷裂。
橋的“梁”被挪下來(lái)
單成林稱,橋梁事故一般是它的“梁”挪下來(lái)了,斷裂現(xiàn)象比較少。分為混凝土斷裂和鋼筋斷裂兩大類。“一般是混凝土斷裂,如果鋼筋都斷了,就比較嚴(yán)重。”高速公路橋梁按照公路一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),通俗來(lái)說(shuō),即用等待貨載量來(lái)代替實(shí)際載重量的一種設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)中,橋梁的實(shí)際承受能力要大于等于設(shè)計(jì)荷重組合。“打比方,能挑100斤,設(shè)計(jì)要大于等于100斤,比如設(shè)計(jì)為120斤,但如果你挑150斤,可能會(huì)承受不了。”當(dāng)然,這是從理論上來(lái)講。“如果橋梁本身有病,可能連挑80斤都困難。”
集中行車危險(xiǎn)性大
一個(gè)橋梁具體能荷重多少斤?單成林說(shuō),其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是2004年前的規(guī)范,即汽車超20級(jí),掛車120級(jí)。汽車超20級(jí)是指多輛車通過(guò)時(shí),最重的汽車荷載55噸,允許其他次重的汽車作為車隊(duì)通過(guò)。但如果是掛車120級(jí),則最多荷載120噸,且全橋只能允許一輛掛車通過(guò)。單成林強(qiáng)調(diào),4輛貨車的行駛間距情況也需格外注意。“如果是集中在一起,比分散行駛,危險(xiǎn)性要大很多。”
一座健康的橋梁壽命幾何?理論上,100年!“這個(gè)是世界難題,像給人算命,不好說(shuō)。”單成林說(shuō),如果設(shè)計(jì)規(guī)范,質(zhì)量很好,且沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)荷載,按正常交通量,使用時(shí)間是100年的壽命。他說(shuō),如果橋梁本身存在質(zhì)量問(wèn)題,或者超過(guò)設(shè)計(jì)貨載,則得視損傷程度看。
單成林說(shuō),一座橋梁要通過(guò),首先設(shè)計(jì)上要滿足規(guī)定要求,施工是否符合要求,則主要通過(guò)竣工驗(yàn)收來(lái)確定。“包括外觀,荷載實(shí)驗(yàn)等。”荷載實(shí)驗(yàn)時(shí),會(huì)用裝滿重物的貨車開(kāi)在上面,同時(shí)進(jìn)行加載,直到等于它的設(shè)計(jì)荷載重量,實(shí)驗(yàn)通過(guò)則通過(guò)驗(yàn)收。“這需要所有的檢測(cè),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是真實(shí),準(zhǔn)確,不能有虛假,才屬合格。”單成林說(shuō),通常而言,驗(yàn)收單位由該行業(yè)交通廳下屬的質(zhì)量監(jiān)督站負(fù)責(zé)。
專家解析塌橋過(guò)程
同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系專家分析,曲線橋獨(dú)柱墩設(shè)計(jì)存在小概率隱患,國(guó)內(nèi)車況復(fù)雜或增大事故概率
6月19日凌晨,粵贛高速河源市境內(nèi)匝道橋梁發(fā)生斷裂并垮塌,4輛重載貨車掉落。發(fā)生垮塌的橋面長(zhǎng)約73米,含2個(gè)橋墩,橋墩間距約24米,垮塌橋面與地面的最大高度約11米。
同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系一位不愿透露姓名的教授告訴南都記者,此次高速公路橋梁倒塌原因,和2011年2月21日凌晨浙江上虞春暉立交橋坍塌類似。對(duì)于上虞塌橋事件,該教授曾在課題研究中做過(guò)研究,并形成了完整的課題報(bào)告。
獨(dú)柱墩難以約束扭矩
對(duì)于此次事件的具體原因,該教授向南都記者做了詳細(xì)分析。他說(shuō),對(duì)于連續(xù)的曲線橋,即呈一種曲線形狀的多跨梁橋,從理論上講所有橋墩都可以采用獨(dú)柱墩,一般在兩端的橋臺(tái),設(shè)置能抵抗車輛沿橋梁一側(cè)行走產(chǎn)生偏載的抗扭支座,一般是兩個(gè)支座,中間支承柱可以采用獨(dú)柱橋墩。
粵贛高速這座橋和上虞春暉立交橋,中間都是采用的獨(dú)柱墩。“連續(xù)曲線橋中間采用獨(dú)柱墩,不但可以節(jié)省工程造價(jià),還可以改善橋下視野,因此在立交的匝道中被廣泛采用。”他介紹說(shuō),分析表明,主梁不會(huì)有因?yàn)樵O(shè)計(jì)獨(dú)柱墩而被壓斷的可能性,這也就是這座橋及上虞橋主梁從橋墩上掉下來(lái)也沒(méi)有斷的原因。
該教授繼續(xù)解釋說(shuō),橋梁在彎曲不厲害也就是比較直時(shí),中間采用獨(dú)柱墩與采用雙柱墩,汽車全走在一邊時(shí)是有明顯區(qū)別的。“彎得不厲害時(shí),偏載的扭轉(zhuǎn)累積作用更大,如果中間都設(shè)獨(dú)柱墩,汽車偏載所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用大部分傳遞到兩端橋臺(tái),所有中間孔的扭矩最終累積到梁端的雙支座上。較大的扭矩將使某一側(cè)的端支座產(chǎn)生上拔力,如沒(méi)有特殊措施,將使支座脫空。”
因此,在他看來(lái),在曲率半徑較大時(shí)不宜設(shè)計(jì)中間獨(dú)柱墩的多跨連續(xù)梁,尤其是在較寬的直橋上不應(yīng)設(shè)置多跨中間獨(dú)柱墩。這就是為什么70多米的橋,雖然中間有兩個(gè)橋墩,好像很穩(wěn)固,但是中間是獨(dú)柱墩,其實(shí)很容易側(cè)翻。
該教授進(jìn)一步分析說(shuō),近年來(lái)采用獨(dú)柱墩的曲線橋時(shí)常發(fā)生側(cè)傾事故,其主要原因就是由于中間的獨(dú)柱不能約束扭矩,扭矩全部轉(zhuǎn)移到梁端致使一端支座脫空。“按照小位移假定,只要整個(gè)梁的重心沒(méi)有跑出任意兩個(gè)外圍橋墩間的連線,橋墩脫空并不會(huì)造成梁的側(cè)傾。但是,在偏心荷載作用下,主梁發(fā)生扭轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)角大到一定程度時(shí),支反力的下滑分力將超過(guò)支座側(cè)向的約束能力,此時(shí)主梁就會(huì)下滑,同時(shí)水平分力還會(huì)將墩柱側(cè)向推倒,因此獨(dú)柱橋梁的橋墩需要專門(mén)進(jìn)行側(cè)向抗推驗(yàn)算。”
粵贛高速這座橋與上虞春暉立交橋倒塌非常相似,這座橋也是中間的獨(dú)柱橋墩由于主梁很大的扭轉(zhuǎn)角而從側(cè)向被推倒了,所以梁就塌下來(lái)了。
公布真相推進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化
該教授對(duì)南都記者說(shuō),對(duì)于獨(dú)柱墩的優(yōu)化設(shè)計(jì)是普遍認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題,大部分工程師還認(rèn)識(shí)不到橋墩最后會(huì)被從一側(cè)推倒。
在他看來(lái),近年來(lái)這種事故多次發(fā)生,已經(jīng)讓大家逐步認(rèn)識(shí)到了這方面的問(wèn)題,但是由于事故真實(shí)原因很難完整公布,所以并不是所有人都知道。
該教授繼續(xù)解釋說(shuō),有些車輛超載,再不按照規(guī)則行駛,許多大車或者超重車行駛在道路的一側(cè),這種在原有的道路橋梁設(shè)計(jì)理論上是小概率事件,但在交通比較混亂的中國(guó),概率就大大提升。
“許多大車行走在道路一側(cè),中間的獨(dú)柱墩不能承擔(dān)過(guò)量的偏載,這就是普通人不理解為什么這么小跨度的橋會(huì)倒的原因。”該教授說(shuō),所以并不一定是“豆腐渣”工程,而是工程設(shè)計(jì)界的認(rèn)知問(wèn)題。
至于解決辦法,最簡(jiǎn)單的就是中間不要設(shè)計(jì)獨(dú)柱墩,但這就會(huì)很大程度地提升工程造價(jià),估計(jì)將來(lái)中國(guó)會(huì)走這條路。“對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)沒(méi)有一個(gè)人愿意自己的橋倒,獨(dú)柱墩的設(shè)計(jì)是個(gè)技術(shù)難題,需要很多特殊考慮,如果不從體制上改變,單純靠提升技術(shù)很難從根本上解決問(wèn)題。”該教授說(shuō)。
該教授認(rèn)為,正確的解決辦法應(yīng)該是,向社會(huì)公眾全面公布充分調(diào)查后的真實(shí)原因,接受社會(huì)的檢驗(yàn),促使行業(yè)主管部門(mén)根據(jù)事故原因制定更加合理的設(shè)計(jì)規(guī)范,這樣,就能讓所有的工程師在以后的工程設(shè)計(jì)中更加科學(xué)設(shè)計(jì),也讓不按規(guī)則開(kāi)車的人懂得如何避免發(fā)生這樣的事故。