10月10日傍晚发生在无锡的高架桥侧翻事故,迅速成为全国焦点。如此重大的突发安全事故,也引发了社会各界对事故原因的分析探讨。《桥梁》杂志微信公众号也随即在第一时间采访并报道了《无锡高架桥坍塌 祸端之源是超载还是独柱墩?》一文,超载、独柱墩设计在此次事故中再次成为人们关注和讨论的焦点,《桥梁》杂志曾经专门就独柱墩设计约请了全国权威专家和设计大师做了系列专题讨论。时隔经年,再次发表出来希望文中的专业性观点能对读者提供参考。

车宇琳(中国工程设计大师):

公路或城市道路上的立体交叉已是屡见不鲜,有立交就会有跨线桥,这些桥梁设计的相对简单之处在于一般没有水下工程,基础较好处理,桥梁高度也不大。但复杂的是桥梁的平面线形,跨越道路的交角均完全决定于路线,桥墩的位置和型式也往往受地面道路或建筑物位置的制约,加上城市道路还有桥下通透、景观等要求,常会设计一些有独柱墩的桥梁。这些桥梁除为桥下景观要求有意设计为独柱墩者外,还有不少是因桥下允许设置桥墩的位置过于狭窄,不得不设计为独柱墩的。另外,公路上也有个别跨越水流的斜交桥梁采用了独柱墩,为的是减少桥墩的阻水面积。

韩大章(江苏省交通规划设计院股份有限公司总工):

独柱墩桥梁在路口行车视线的干扰较小、通透美观,并且独柱墩工程量相对较小、特别是跨线斜交时可采用较小跨径跨越,较经济。

独柱墩墩顶不具备抗扭能力,除非墩梁固结。但一联桥梁上部结构的整体抗倾覆安全性,可通过梁端支座的布置来保证,不同的主梁自重特性(混凝土、钢、钢混)对支座布置的要求也不同。相同的主梁自重特性,不同桥宽、独柱支承跨总长、荷载类别、桥梁平面形态,对支座布置的要求也不同。这种结构形式存在的安全隐患正是梁端支座布置的不合理性,或者说未有足够的预见性而造成的。

在当今道路交通饱和、超载严重的状态下,应特别重视其横向抗倾覆体系(横向刚体倾覆安全度、支座脱空情况、支座抗压承载力、横向挡块)的设计。这种结构在桥跨较多、联长较长的情况下,横向扭转变形也应引起足够的重视。

独柱墩既然在以往城市桥梁中运用广泛,那就足以说明此种桥型的优势和合理性。如果说独柱墩设计存在先天不足,就要在今后的设计上确保先天优良。城市桥梁中修建什么结构的桥梁最为合理,这个和周边的建设条件有关,视地块利用、管线布置、交通组织、城市景观等综合而定,而不能绝对地判定哪种结构的桥梁最为合理。

塌桥事故发生后,应加强交通状况的调研工作,对现有桥梁的抗倾覆验算,以及支座的使用状况进行检测,对于抗倾覆安全系数较低的桥梁可采用压重、设置支座抗拉装置甚至支座重新布置设计等方式。设计规范中补充完善相关桥梁抗倾覆计算条文,对目前的交通状况应予以适当的考虑。桥梁养护过程中加强对支座使用状况的检测。后期加固方面,结合桥梁本身情况,选取多种增强桥梁横向抗倾覆的措施。

建设桥梁选取哪种结构型式应根据具体条件确定,独柱墩哪里合适哪里就可继续采用,而不能因噎废食,好的设计是不会有问题的。当然,独柱墩如何布设,如何设计,桥梁设计者应更加重视,根据具体情况,提供一个可靠的设计方案。需要关注的是:

1.对独柱支承桥梁,应高度重视结构分析,直线桥更为危险,应加强抗倾覆验算,曲线桥应使用空间分析程序进行全面计算分析,使设计可靠并留有足够的安全度。

2.现行规范应增加抗倾覆验算的明确条款和指导意见,一定程度上适当考虑活载的超载因素,留有适当的安全系数,但也不能走向另一个极端。

包琦玮(全国工程勘察设计大师):

独柱墩连续梁结构,特别是直线和大曲率半径的独柱墩桥,对偏载且超载条件下的横向稳定非常敏感,几起桥梁事故均是在此条件下发生的。

在城市中由于管线密布、场地条件、行车轨迹优化等限制因素,确实有采用独柱墩连续梁桥的需求,也有追求桥梁外观简洁通透的成分。桥梁设计不应当要求“必须”或者“不允许”采用某种结构型式,而是应针对桥位环境、场地条件选择合适的结构型式。

鉴于目前超载现象依然存在的现实,当选择独柱连续梁桥时,应适度加大横向稳定安全度,在此基础上再储备一些抗倾覆措施,以保障桥梁和行驶者的安全。

对于已建的独柱桥梁,建议进行普查核算,横向稳定安全系数偏小的桥梁,应当采取抗倾覆措施。如边支座加设抗拔设施、中墩与主梁固结、中墩加设盖梁设双支点等等,也可几种措施同时采用。需要注意的是,不论采取何种措施,均需对改变后的结构进行重新计算,特别需核算各个构件在横向倾覆不利工况下的强度。

对于超载问题,毫无疑问,必须采取有效的措施加以控制,正常使用是保证桥梁耐久性的重要方面之一。

宁平华(广州市市政工程设计研究院总工程师):

独柱墩在跨线桥、立交、高架中确实有存在的必要,可以同时保证几个方向的交通需求。尽管独柱墩在受力方面缺乏优势,但只要设计考虑周到,一样能保证各种安全条件,不存在安全隐患的问题。

“塌桥事件”并不能说明独柱墩的“先天不足”,独柱墩是城市桥梁常用的结构型式之一。合理的结构应该是力学和美学、安全与经济、功能与环境最完美的统一,应因地制宜,利用现有的技术条件选择适当的结构型式。

而对于现有的独柱墩应根据具体结构具体分析,对于超载时抗倾覆较弱的结构应予以加固,一般而言应加强超载的管制,发现超载车辆应强令卸载并处罚。货车行驶速度慢,靠外侧(最右侧)行驶,是我国交通规则和驾驶习惯确定的,超载和独柱墩都不应该影响此规则和习惯,结构工程师也应遵循此规则设计。

对于超载的问题,不但影响独柱墩桥梁的安全,对多柱墩桥梁的影响也是严重的,特别是对疲劳寿命和结构耐久性影响很大。所以桥梁管理养护部门应加强对超载的限制,同时结构工程师也应考虑超载时抗倾覆的安全储备,避免这种颠覆性和脆性的破坏。

独墩简支梁桥支座平面布置图(独柱墩设计专题)(1)

胡达和(北京市市政专业设计院有限公司顾问):

独柱墩一般是指独柱顶设有单支座或独柱顶与梁固结,同时在一定长度范围内设有双柱,其顶部设有盖梁(其上设有双支座)的桥墩。不应包括独墩顶部设有大盖梁及多支座的宽桥桥墩。墩的水平刚度相对于多柱式墩较小,可以有效地降低地震作用力。独柱墩常用于预应力混凝土、钢筋混凝土,有时也用于钢-混结合梁桥的匝道桥(窄、直,或弯的桥梁)。

独柱墩受力较为复杂,对于梁除去受弯、剪外,还有较大的扭矩,此外还需要对于横向整体稳定进行验算,从抗横向整体稳定来讲,宽桥比窄桥强、弯桥比直桥强、长桥比短桥强、混凝土桥比钢-混桥强。为了减小梁的扭矩与梁端的翘曲变形,对于预应力弯桥需要对桥墩进行偏移(对于预应力混凝土连梁外移,预应力钢-混梁内移),在分界墩处的梁端还要设有防止径向位移的约束(弯桥),加长端横梁以及设有压重等措施,以防止梁端产生扭转变形及支座脱空。

独柱墩虽然存在设计与构造的一些特殊问题,考虑不周可能出现一些病害,但不应当因此就不采用此种墩型,而应当慎重对待,防止事故发生,更好地发挥独柱墩的优势。

原则在城市桥梁设计规范中已经提到,任何一种结构都有其适用范围,不能一概而论。预应力混凝土钢-混结构以及钢-混结构还是有广泛应用前途的。由于空心板铰的退化问题不好解决,应当慎重对待,如果采用,应当保证其有效性,防止出现单板受力现象。由于预应力混凝土连续小箱梁,在支点处实现体系转化(现浇横梁、支点预应力数锚固在顶板处),对于耐久性有影响。连续梁一联梁的长度不宜过长,水平力的分配跨数也不宜过多。

匝道桥主要是采用独柱墩、其超载是横桥整体稳定失效的主要问题,对于这个问题应当从管理、设计、养护等方面进行综合治理,确保其稳定性。

对于已建独柱墩桥梁应展开安全隐患排查活动,至于如何加固,应当分别情况、区别对待、综合治理。建议由部里组成专家组对于独柱墩桥梁的事故进行充分的调查、分析,并提出对于独墩桥梁的设计、施工、管理、维护的规定,确保独柱墩桥梁的安全。

我国建成了大量的桥梁,取得了很大的成绩,但也出现了一些事故,有些事故是人为的,有些事故是对于有关的技术问题认识不足,对于事故应当及时予以总结,制定一些相关规定,不断提高桥梁的规划、设计、管理、养护水平,不要等到修改规范时一并解决。应当将教训作为全体桥梁工作者的财富,不要出现一些事故就停止使用了事,如凤凰桥的石拱桥出现了事故,就停止石拱桥的采用,这不利于桥梁事业的发展。暂停一下是可以,但总结后应当放开。

顾安邦(重庆交通大学教授):

独柱墩具有节约地面空间、美观、经济等优点而受到设计者的青睐,特别是城市桥梁中使用较多。近年来发生了几起独柱墩桥梁侧向倾覆垮塌事故,引起了社会对独柱墩桥梁的广泛关注。

发生倾覆事故的原因是多方面的,最主要的有:独柱墩桥梁的倾覆安全系数不够,达不到“桥规”规定的≥2.5的要求,独柱墩特别是单支承在大悬臂偏载作用下确实存在上部结构倾覆的安全隐患;严重超载也是造成倾覆的重要原因,例如哈尔滨三环路高架桥是连续四辆超重货车作用于主桥一侧,其重量三倍于桥梁的设计载重。

要避免独柱墩桥梁的倾覆事故,首先要改进独柱墩的构造、上部结构的构造,以及独柱墩与上部桥梁的连接构造。例如:增加墩顶宽度变单支承为双支承、上部结构采用抗扭刚度大及抗倾覆能力强的连续箱梁结构、主梁与独柱墩在纵向一定位置布设墩梁固结构造等,使主梁的倾覆安全系数≥3.0,对于高墩还应加强独柱墩身的强度和刚度。

严重超载是桥梁的最大杀手,一定要采取有效措施治超,在目前治超不力的情况下,尽量少修独柱墩,但禁止修建也是不恰当的,只要在设计和施工中采取有效措施,使倾覆安全系数达到要求,是可以修建的,国外有大量成功实例。

对现有的独柱墩进行检测和检算是必要的,首先确定其抗倾覆的安全度,如安全度不够则应进行加固,对于高度不大的独柱墩,增加墩顶宽度,是有效的加固方案。


本文刊载 /《桥梁》杂志 2013年 第2期 总第52期

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