公路工程结构安全问题的警示与思考

浙江省公路管理局

2007年9月

目      录

一、前言... 3

二、世界百年十大最恶劣塌桥事故的警示... 3

三、隧道坍塌事故的教训... 10

四、湖南凤凰公路拱桥整体垮塌的警示... 14

五、超载问题... 18

六、小概率事件容易引发大灾害... 19

七、桥梁坍塌事故分析和借鉴... 23

八、边坡稳定问题... 25

九、怎样认识公路工程结构安全的问题... 28

十、结语... 40

附注：美国把“911”等灾难变成教科书... 41

（浙江省公路管理局   朱汉华执笔）

2007年9月

一、前言

公路桥梁与隧道等工程结构安全要求其设计、施工、运营、养护（甚至拆除）必须符合力学规律(结构强度与稳定)，这种要求必须贯穿整个施工、运营、养护（甚至拆除）全过程，合理施工、运营、养护（甚至拆除）工艺是保障结构强度与稳定的基础，它们构成公路桥梁与隧道等工程结构安全的基本要求。因此所有设计、施工、运营、养护（甚至拆除）人员（管理、技术、工人）必须正确理解工程结构的力学规律，才能理解合理工艺保证的重要性，通过严格程序确保公路桥梁与隧道等工程结构的设计、施工、运营、养护（甚至拆除）在全过程必须符合力学规律(结构强度与稳定)。正象青藏高原山体不稳定与沿海地区山体较稳定对比，这叫“道法自然”。下面从垮塌工程事故分析每次事故血的教训来谨记公路工程结构安全的基本要求。请参考著名德国桥梁专家莱昂哈特的著作《钢筋混凝土及预应力混凝土桥建筑原理》非常注重结构构造的思想，即在该书中强调“有关桥梁性能的好的构造细节较之复杂的计算更为重要”。〖德国第二次世界大战时期修建的第一条高速公路至今运营良好就是例证（著名桥梁专家莱昂哈特是技术主管）〗

〖工程结构设计必须考虑施工、运营、养护（甚至拆除）中的问题；施工必须考虑运营、养护（甚至拆除）中的问题及设计原则和要求；运营必须考虑养护（甚至拆除）中的问题及设计原则和要求（特别是荷载标准）；养护（甚至拆除）必须考虑施工缺陷及设计原则和要求，评价标准是结构安全和正常运营〗〖正象人生过程：优生优育至关重要，后天培养教育同样重要，评价标准是健康快乐和社会贡献〗

二、世界百年十大最恶劣塌桥事故的警示

美国《时代周刊》2007年评出百年世界十大最恶劣塌桥事故，每次事故都是一个血的教训，令人深思。

事故1：加拿大魁北克大桥二度坍塌

图1 魁北克大桥二度坍塌

事故时间：1916年9月11日

坍塌原因：由于设计上的缺陷，导致桥体实际承载量远低于设计承载量，并导致该桥两度坍塌。首次坍塌时间为1907年。

死亡人数：95人

事故2：美国连接西佛罗里达州波因特普莱森特与俄亥俄州Kanauga的吊桥发生坍塌

图2 美国吊桥发生坍塌

事故时间：1967年12月15日

坍塌原因：历时39年的高负荷运作，使得该桥靠近俄亥俄州一面的一个链环不堪重负而断裂。

死亡人数：46人。

事故3：美国堪萨斯州海厄特-雷根西饭店的高架人行桥突然断裂

图3 美国高架人行桥突然断裂

事故时间：1981年7月17日

坍塌原因：当时桥上挤满了人群，部分人们正在跳舞。建筑学家认为一个原因是跳舞的人们有节奏的振动引发人行桥结构断裂，另一个原因就是桥面人员过多，负荷过重。

死亡人数：114人。

事故4：美国康涅狄格州格林威治镇米勒斯大桥坍塌

图4 米勒斯大桥坍塌

事故时间：1983年6月28日

坍塌原因：桥体一个铁栓发生松动造成。

死亡人数：3人。

事故5：韩国首尔桑苏大桥坍塌

图5 韩国首尔桑苏大桥坍塌

事故时间：1994年10月21日

坍塌原因：大桥主干的支持钢筋在上午上班高峰时间突然断裂，瞬间塌入汉江。大桥在维护过程中出现的焊接失误及大桥的设计缺陷和施工建筑期间的种种问题导致大桥坍塌。

死亡人数：31人。

事故6：重庆市綦江县虹桥坍塌

图6 重庆市綦江县虹桥坍塌

事故时间：1999年1月4日

坍塌原因：调查显示建桥使用的钢筋质量有严重问题。

死亡人数：49人。

事故7：葡萄牙北部的Hintze-Ribeiro大桥坍塌

图7 葡萄牙北部一大桥坍塌

事故时间：2001年3月4日，死亡人数：59人。

坍塌原因：引起该桥坍塌的原因至今仍未确定下来，然而葡萄牙法官判处该桥的设计单位在在安全设计方面存有缺陷。另可能是由于该桥年久失修而无法经受连续几日的暴雨而坍塌。

事故8：印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌

图8 印度达曼西部沿海大桥坍塌

事故时间：2003年8月28日

坍塌原因：当时事故发生后，当地的居民在抗议中攻击了政府建筑，警方还在当地实行了宵禁。当地居民指责政府忽视大桥存有安全隐患的相关警告，具体坍塌原因不明。

死亡人数：25人。

事故9：西班牙格兰纳达Almuñecar地区的高速公路桥坍塌

图9 西班牙高速公路桥坍塌

事故时间：2005年11月7日

坍塌原因：跨径为180英尺的桥面突然坍塌。

死亡人数：6人。

事故10：印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座150年桥龄的旧桥坍塌，地面一列火车被压。

图10 印度桥塌压火车

事故时间：2006年12月2日

坍塌原因：这座已经有着150年历史的大桥年久失修，并在被拆毁过程中坍塌。

死亡人数：33人。

三、隧道坍塌事故的教训

隧道坍塌造成血的教训的事故不计其数，特别值得人们警醒！举例说明如下：

事故1：国内事故造成隧道上4户村民的房屋倒塌，3人死亡，5人受伤

2007年7月11日凌晨，某县一在建隧道突然发生坍塌，造成隧道上4户村民的房屋倒塌，3人死亡，5人受伤。发生坍塌的隧道属正在建设的高速公路第七标段。

〖分步开挖断面过大，支护强度不够和没有紧跟，量测反馈不到位，不符号隧道“基本维持围岩原始状态”的要点〗

事故2：印度水电站工程发生隧道坍塌造成28名工人死亡

据路透社报道，2007年8月2日，几十名工人正在特里大坝附近的一条隧道内施工，隧道突然发生塌陷，截至8月4日早晨，救援人员已经从事故发生地点找到25具尸体。政府官员称，至少还有3具尸体仍被埋在隧道中。另有9名工人受伤，目前正在医院接受治疗。

〖分步开挖断面过大，支护强度不够和没有紧跟，量测反馈不到位，不符号隧道“基本维持围岩原始状态”的要点〗

事故3：美国一条主要隧道发生坍塌造成车上一位妇女被当场砸死

当地时间2007年7月10日夜间，美国东北部一条主要隧道发生坍塌，至少12吨水泥砸在一辆过路汽车上，车上一位妇女被当场砸死。作为美国历史上造价最昂贵、规模最大的公共工程，“大隧道”的坍塌再度引起了人们对它安全标准的批评。

〖设计缺陷或施工隐患或养护不到位〗

事故4：国内铁路隧道发生坍塌事故，两名工人被埋在隧道中遇难。

2007年８月１２日２３时许，铁路客运专线秦东隧道发生坍塌事故，两名工人被埋在隧道中遇难。昨日下午，记者从秦东隧道项目部获悉，经过抢险队员４０多个小时的紧张搜救，两名遇难工人的遗体已经全部找到。

〖分步开挖断面过大，支护强度不够和没有紧跟，量测反馈不到位，不符号隧道“基本维持围岩原始状态”的要点〗

事故5：国内某公路隧道坍塌4名工人死亡，3人受伤

某公路隧道发生洞顶岩块塌落灾害，造成4名工人死亡，3人受伤。此处的初期支护方式为锚喷网加钢拱架。发生洞顶岩块塌落事故时，事故区正在进行初期支护，当时钢拱架已架立完毕，左壁和洞顶的锚杆刚完成注浆，但尚未凝固，右壁锚杆已打，但尚未注浆。洞顶岩块塌落事故造成钢拱架和台车同时压毁，见图示。掉块之前，并无超挖现象。

图示： 洞顶岩块塌落及钢拱架残体

〖设计、施工规范对隧道施工安全与初期支护施工顺序有关问题没有明确规定，研究和反思隧道发生洞顶岩块塌落灾害教训，总结完善了隧道施工安全与初期支护施工顺序有关问题的规定，以后施工中避免同类事故〗

事故6：国内某公路隧道坍塌失稳

YK79+846断面拱顶失稳照片

YK79+846断面拱顶失稳照片

YK79+848断面拱顶坍塌照片

  〖分步开挖断面过大，支护强度不够和没有紧跟，量测反馈不到位，不符号隧道“基本维持围岩原始状态”的要点〗

此类事故..............不计其数...........不再叙述

四、湖南凤凰公路拱桥整体垮塌的警示

（2007年8月13日整体垮塌,涉险人员152人，死亡64人，受伤22人）

著名历史工程------赵州桥

赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元605-618)年间，是著名匠师李春建造。桥长64.40米，跨径37.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥，这是世界造桥史的一个创造。

赵州桥距今已1400年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年邢台发生的7.6级地震，邢台距这里有40多公里，这里也有四点几级地震，赵州桥都没有被破坏，著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内部结构，仅就它能够存在1300多年就说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处，据当地的老人说，站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载，赵州桥自建成至今共修缮8次。

1979年5月，由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组，对赵州桥的桥基进行了调查，自重为2800吨的赵州桥，而它的根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台，直接建在自然砂石上。 这么浅的桥基简直令人难以置信，梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙，而不是承纳桥券全部荷载的基础。他在报告中写道： “为要实测券基，我们在北面券脚下发掘，但在现在河床下约70-80厘米，即发现承在券下平置的石壁。石共五层，共高1.58米，每层较上—层稍出台，下面并无坚实的基础，分明只是防水流冲刷而用的金刚墙，而非承纳桥券全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水，所以除非大规模的发掘，实无法进达我们据学理推测的大座桥基的位置。”

赵州桥的结构：主拱由28道相互独立的拱券并列而成，建桥时先砌中间的，再砌两边的，每道拱券宽约35厘米，每石长度不同，自70厘米至于109厘米不等，各块条石之间用二个“腰铁”相连。每条拱券坏了可单独修理，因外侧的拱券易风化损坏，明代时桥西侧的5道拱券塌落，在明清时重修（没有修复记录，可明显看出与中间的石料不同），1955年对东侧塌落的5道拱券进行了重修。中间18道拱券还是隋代建筑的。

为了防止拱券向外倒，另外还采取了以下方法：

1、上窄下宽。为了防止拱券向外倾斜，拱脚宽9.5米，拱顶宽9米；

2、用9个铁连杆横向连接28道拱券。在拱券中用几根用一头是孔，一头是钩的铁连杆将28道拱券连起来，在最外边的拱券处有一个铁冒头（下图）。在主拱上共有5处铁拉杆，每个小拱上各有一个铁拉杆。

3、用形似锯子的腰铁将各块石料加固，每块石料相连处用二个腰铁。

4、用6个条石钩拉住外侧桥拱，用1.8米长，头部长出5公分曲尺形的条石放在桥拱的外侧，利用长出部分起到一个向内拉住桥拱的作用。因每道桥拱宽35公分，条石可压住外侧5道桥拱。但它的作用是有限的，如桥东西二侧的桥拱都曾塌落，二侧外边的5道桥拱都是后修的。1956年修缮时大桥拱顶采用钢筋结网加固处理。

湖南凤凰公路拱桥整体垮塌

（大桥四个巨大的桥墩除东边的第一个桥墩朝西方向垮塌外，西边三个桥墩均倒向东边）

（大桥四个巨大的桥墩除东边的第一个桥墩朝西方向垮塌外，西边三个桥墩均倒向东边）

湖南凤凰堤溪沱江大桥全长约268米，为石拱4孔桥，宽13米，高42米，桥下河宽约50米，水深约1-2米，属省道二级公路桥，由湖南省华罡交通设计院设计、湖南省路桥公司施工建设。该桥已施工完毕，正在拆除施工脚手架时发生全部垮塌事故。事发在2007年8月13日下午4时40分， “从掉混凝土、小石头到垮桥最多只有3分钟”， 没有任何预兆，大桥从一边的一个桥孔开始下塌，然后第二，第三，再中间……“哗”的一下全垮了！只有数秒钟，桥就变成了一堆石头。“施工方就近炸山采石，不论大小就往桥体里堆。水泥和沙子还没搅和匀就朝里灌浆”。“只要下雨，桥体就渗水，有时工人在桥面浇水防裂，也能渗过桥体”。5月份曾发生第三个桥墩下沉现象，后经加固处理才继续施工。“雨天或平常的养护他们需要在桥面上洒水。一洒水，水就顺着1米多厚的拱桥缝隙流了下来”。

湖南凤凰公路桥2007年8月13日整体垮塌的根本原因是该桥梁结构的设计与施工没有符合力学规律(结构强度与稳定)，其合理工艺得不到保障（明显的质量太差），不满足工程结构技术的基本要求。即拱桥没有承受水平力的支撑和明显的质量太差而丧失稳定导致拱桥瞬间整体垮塌破坏。

塌桥原因分析   专家：设计、质量、监理、管理可能都有问题

〖对比赵州桥与凤凰堤溪沱江大桥的结构和建造过程就可以明白本文判断和专家塌桥原因分析的可信度（国家调查结果未公布，只是对新闻图片分析的结果）〗

只要是较为资深的土木工程师,仅从有限的现场报到就可以判断该桥垮塌纯属质量(含管理)问题,先从一个边墩台垮塌完全符合石拱桥毁灭性破坏的机理——施工期脚手架拆除荷载转化成横推力，边墩台承受其横推力，由于边墩台（含基础）质量出了问题而造成整座桥的毁灭性破坏。质量问题可能方面：地质勘探未摸清工程地质条件；设计盲目或错误使用工程地质报告；320米四跨跨度很大，跨度越大横推力越大对地质条件要求越高；（我怀疑是否有详细的计算分析）基坑开挖后监理和质监站验槽和隐蔽验收结论如何；墩台施工质量如何；脚手架拆除程序；以上各项质量问题都涉及工程管理机制。

附注：

“广东九江大桥2007年6月被运沙船撞断”、“钱塘江三桥被指通车不到10年，就大修一年”、“施工期间湖南凤凰公路拱桥整体垮塌”等桥梁施工单位为同一路桥集团公司。

五、超载问题

⑴ 2007年7月8日凌晨2时，在309国道山西省临汾市河西龙寺村段，一辆满载60余吨原煤的超载车将承载7吨的桥梁压塌，造成该路段车辆拥堵数公里。

〖运营必须考虑设计原则和要求（特别是荷载标准），严禁违法超限超载车辆通行〗

⑵ 2004年6月10日早7时许，辽宁省盘锦市境内305国道田庄台辽河大桥，在北起第14孔和第15孔之间，悬臂梁端突然断裂，桥板脱落，造成一辆农用车落水，两名司乘人员逃生。事发两天后，事故调查处理指挥部对外宣布，这次事故为一起零死亡的“意外事故”。然而，这样匆匆定下的事故结论却没有平息当地群众心中的疑问：大桥断裂究竟是偶然还是必然？

〖两节点断面是薄弱环节，在反复动载作用下，容易发生疲劳断裂破坏，类似加拿大魁北克大桥二度坍塌〗

六、小概率事件容易引发大灾害

-----------（桥梁桥墩防撞问题）

西藏泥石流灾害频繁但容易引起人们注意，防范经验丰富反而较少发生大的伤亡事故。反观浙江泥石流灾害少但不易引起人们注意，又没有防范经验就较易发生大的伤亡事故（这就是小概率事件容易引发大灾害）。

附：浙江温州乐清发生特大泥石流灾害

2004年8月13日凌晨四时三十分许，离十四号台风“云娜”在温岭石塘登陆已经过去八个多小时，但是，一场突如其来的巨大灾难，却降临到温州乐清市龙西乡的上山村：滚滚而下的泥石流顷刻间吞没了十六间民房，47人死亡，另有龙西乡小学和中学的校舍严重受损，成为危房。

据了解，发生泥石流灾害的这一带不属于地质灾害点，山岭的植被还不错，历史上没有发生过泥石流。另外，民房的结构也较好，故在台风来临的当晚，没有要求村民撤离。乡党委书记刘翔璋说，当地水文站测定：当天这里不到二十小时的降雨量达到了六百毫米以上，暴雨有可能是造成这场意外灾害的元凶。

桥梁桥墩防撞设施布置要避免广东九江大桥被“撞”垮事件，虽然属于小概率事件，应该引起人们重视和关注。

⑴ 2007年6月15日，中国广东九江大桥被运沙船撞断，造成4辆汽车坠入江中，8人死亡，1人失踪。

⑵ 江苏昆山货船撞塌桥梁 2人失踪