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两座桥梁倒塌事故分析

2023-07-13 16:44584810彭卫兵课题组路桥技术
 近日,四川达州和重庆万州分别发生恩广高速达万段6号大桥和驷步河铁路桥倒塌,本文结合规范和工程经验,尝试分析可能的事故原因,为工程运维和新建工程提供参考。

01 恩广高速达万段6号大桥

1.1事故概况

2023年7月6日凌晨,G5012恩广高速达万段万州至达州方向6号大桥周边山体岩石突发崩塌,巨石冲毁桥梁墩柱,致部分桥面坍塌。事故造成2车受损后自燃,3人受伤,无人员伤亡。

事故桥梁位于G5012恩广高速达万段万州至达州方向K230+679处,于2012年12月18日建成通车,详细桥位情况如图所示。桥梁上部结构为斜交的双幅装配式简支T梁,下部结构为柱式墩,其中1#桥墩高度约为35m,跨径布置为3×40m,如图2所示。

根据现场图片及视频资料显示,事故段具有以下特征:(1)1#桥墩墩顶设有盖梁,墩身位置没有设置中间横系梁,可能导致桥墩稳定性较弱。(2)1#桥墩布置在山谷底部。该布置有利于桥梁标准跨径的应用,同时也有充足的桥墩施工空间,方便施工设计。然而,谷底靠近陡峭坡岸处易受危岩落石影响,桥墩应避免类似选址。

图1事故桥桥位示意图

图2事故桥立面图

1.2 事故桥破坏情况

根据事故现场破坏情况,东侧1#桥墩倒塌,1号、2号梁体坠落,现场残骸情况如图3所示,坍塌段桥梁主要部件破坏情况为:

1) 下部结构破坏情况:外侧桥墩断裂为2段,断裂面观察到明显冲切破坏痕迹,墩顶与盖梁脱离,除断裂位置外桥墩主体基本完好;内侧桥墩,墩顶与盖梁脱离,向西侧倾倒,且墩身部分混凝土破碎。

2) 上部结构破坏情况:1号梁梁体掉落至南侧岩面,并沿山体走向断裂为多段;2号梁梁体向西侧掉落至谷底。

图3事故桥残骸现场

根据现场残骸情况,外侧桥墩断面平整,呈现出撞击下的冲切破坏特点,类似破坏形态可见2020年海张高速车撞桥事故,桥墩在一辆大型设备运输车辆撞击下导致桥墩断裂,如图4所示。据此推断,本次事故为当地近期大量降雨,引起南侧沿河堤岸落石松动坍塌,坍塌的落石冲击1#外侧桥墩导致桥墩断裂,推倒内侧桥墩,进而引发的桥梁整体坍塌,如图5所示。

图4冲切破坏面示意图

图5事故桥倒塌位置示意图

根据上述分析,破坏过程还原如图6所示。

图6事故桥倒塌位置示意图

1.3 落石撞击导致桥墩冲切破坏

1) 高速撞击导致冲切破坏:由事故现场图片可见,外侧墩柱破坏断面平整,呈现冲剪破坏特点。而在静力作用下,冲剪破坏发生在剪跨比很小的构件中,细长的墩柱更容易发生弯曲破坏。如图7所示,从而可以初步判断,墩柱是在落石的高速冲击下发生了剪切破坏。

图7 长短柱破坏形态示意

2) 柔性柱式高桥墩应设置系梁:根据《公路桥梁抗震细则》,对于地震烈度8度区,高度大于7m的柱式桥墩和排架墩应设置横系梁。根据相关工程经验,在柱式墩设计时,墩高在7~20m时,宜设置一道桩顶间横系梁;墩高21~ 30m时设置一道柱间系梁;墩高31~40m时设置两道柱间系梁。事故桥墩墩高约为35m,两根墩柱之间没有设置横系梁。是否设置系梁与本次倒塌事故没有直接关系,仅作为设计需要注意的地方提出。

1.4 落石防范措施

1) 桥位选择应尽量避免危险落石地段。不能绕避时,应综合比选危岩落石对隧道、路基、桥梁等工程的影响,选择受影响最小的线路方案。

2) 危岩落石路段应做好落石防治。危岩落石防治技术措施可分为两大类别:主动防护技术体系和被动防护技术体系。1)主动防护技术的防治理念在于增强危岩体的稳定性,阻止其发生崩落,而不至于致灾。常用的方法有:支撑、锚固、填充、嵌补、排水等;2)被动防护系统的防治理念在于假设危岩发生崩落,但通过阻止落石到达威胁对象范围而提供防护功能。常用的方法有:设置拦石墙、拦石网等。

3) 某落石区域桥位选择案例如下

某特大桥桥位范围内共存在4处危岩体,其中1、2号危岩体对本工程影响较小,3、4号危岩体距离桥位较近,施工及运营期存在较大安全隐患。如图8所示。

图8桥梁选址受危岩影响示意图

3号危岩体为地灾主要控制区域,在鱼塘位置危岩体距离线位较近,存在安全隐患,为确保安全,施工图阶段将线位向东侧微调。据3#危岩体的落石轨迹模拟绘图,大桥向东移位8m,降低落石对桥梁的灾害影响,如图9所示。

图9 桥梁选址因危岩移位示意图

调整后距离最危险危岩体约15m以上右线适当调整线形,圆曲线半径由原初步设计的900m变为800m。道路选线与桥位确定遵循地质选线基本原则,适当降低了道路局部平曲线线型指标,远离了危岩体,确保桥梁安全。

02 重庆万州驷步河铁路桥

2.1 事故概况

2023年7月4日上午,万凉铁路鱼背山站至罗田站间驷步河铁路桥部分桥墩倒塌,引起铁路桥梁部分垮塌,如图10所示。目前,途经该区段的列车已被安排迂回、折返或停运,桥梁坍塌未造成人员伤亡。

图10万州驷步河铁路桥倒塌前后现场

驷步河铁路桥为单线桥,位于万凉铁路鱼背山站至罗田站间。根据相关资料,全桥长375.45m,桥跨组合为3×24+1×32+60+108+60+1×32m,共8孔,桥底部宽约60米,主桥墩高105.3米,桥高113m。事故段由三跨连续梁的主桥部分及4跨简支预制T梁桥引桥部分组成,详细桥位及桥梁信息如图图11所示。

图11 万州驷步河铁路桥桥跨示意图

2.2 事故桥破坏情况

事故发生时,宜昌方向部分山体发生明显滑坡痕迹。推测可能是滑坡土体推倒4# ~ 7#号桥墩,使引桥段完全坍塌,倒塌后现场可见散落的部分梁体与桥墩残骸,铁路轨道悬置半空;4#桥墩倒塌后,主桥3跨连续梁未发生坍塌,边跨悬空,如图12所示。进一步的原因分析,需要搜集倒塌桥墩处清晰的照片和破坏痕迹。

图12桥梁倒塌示意图

portant; overflow-wrap: break-word !important;">2.2 事故桥破坏情况
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事故发生时,宜昌方向部分山体发生明显滑坡痕迹,如图13所示。推测可能是滑坡土体推倒4# ~ 7#号桥墩,使引桥段完全坍塌,倒塌后现场可见散落的部分梁体与桥墩残骸,铁路轨道悬置半空;4#桥墩倒塌后,主桥3跨连续梁未发生坍塌,边跨悬空,如图14所示。进一步的原因分析,需要搜集倒塌桥墩处清晰的照片和破坏痕迹。

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图13 倒塌现场滑坡痕迹

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图14桥梁倒塌示意图

根据官方公布的当地气象资料,重庆市万州区持续多日降雨,该桥梁位置遭遇暴雨袭击,驷步桥周边多个乡镇降雨量极大,附近的气象站所测得的最大降雨量为261.2毫米,超过了历史值。连续降雨导致山体滑坡可能是此次事故的主要原因。

2.3 滑坡防治

为防范滑坡对工程结构的不利影响,搜集整理了滑坡防治的相关规范条文和工程措施。

1)桥位应避开滑坡区域。根据《公路工程地质勘察规范》路线应避开规模大、性质复杂、稳定性差、处治困难的滑坡及滑坡群地段;当滑坡的规模较小,整治方案技术可行、经济合理时,路线应选择在有利于滑坡稳定的安全部位通过;路线通过滑坡地段时,不得开挖坡脚,且不应在滑坡体的上方以填方形式通过;具体选择时,根据实际地质条件进行全面分析、综合比较后确定。

2)滑坡防治措施。滑坡的发生常和水的作用有密切的关系,水的作用往往是引起滑坡的主要因素。治理滑坡可以从以下两个大的方面着手:

a)消除和减轻水对边坡的危害。通过降低孔隙水压力和动水压力,防止岩土体的软化及溶蚀分解,消除或减小水的冲刷和浪击作用。常用的方法有:①水平钻孔疏干;②垂直孔排水;③竖井抽水;④隧洞疏干;⑤支撑盲沟。

b)改善边坡岩土体的力学强度。通过一定的工程技术措施,改善边坡岩土体的力学强度,提高其抗滑力,减小滑动力。常用的措施有:①削坡减载,用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性;②修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体;③钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程;④预应力锚杆或锚索,适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡;⑤固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度;⑥SNS边坡柔性防护技术等,如图15所示。

图15 滑坡防治措施示意图

03 结论与建议

1、山区桥梁选址时,要尽量避免有滑坡、危岩落石等风险的地质灾害区;如不能避免,应采取有效工程手段提高地质灾害区域稳定性;

2、针对此类事件,应以预防监测为主,重点关注陡坡、临崖、危岩以及易发生泥石流、滑坡、落石等危险区域,加强山区桥梁周边地质条件监测预警,动态掌握周边地质灾害隐患点的稳定状况,建立健全山区桥梁地质灾害响应机制,预防事故发生并及时避免次生灾害的发生,消除安全隐患。

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