凤凰大桥坍塌原因详解.docx

凤凰大桥坍塌原因详解事故经过堤溪沱江大桥工程是凤大公路工程的一部分(编者注：相关勘察设计单位、施工单位和监理单位情况在本刊2007年第11期已有介绍， 本文不再重述)，大桥全长 328.45m，桥面宽 13m，桥型为 4 孔 65m 跨径等截面悬链线空腹式无铰拱桥，大桥桥墩高达 33m，为连拱石拱桥。这个桥型对工程材料、施工工艺的要求很高，砌筑人员必须具备熟练的技术和丰富的经验。堤溪沱江大桥于 2004 年 3 月 12 日开工，计划工期 16 个月。由于征地拆迁阻工和基础处理等原因，工程未按时完工，直到 2006 年底才完成大桥墩、台的砌筑。2007 年 4 月底完成主拱圈支架的搭设。2007 年 5 月 5 日，施工单位开始连续砌筑大桥主拱圈及横墙、腹拱等拱上建筑。2007 年 7 月9 日，开始拆卸主拱圈支架。事故发生时，大桥腹拱圈、侧墙的砌筑及拱上填料已基本完工，拆架工作接近尾声，计划于 2007 年 8 月底完成大桥建设所有工程，9 月 20 日竣工通车，为湘西自治州 50 周年庆典献礼。在桥梁施工中，随着拱上荷载的不断增加，1 号孔主拱圈受力最大的多个断面达到或接近极限强度，出现了开裂、掉渣，接着落下石块。在最先被完全破坏的 0 号桥台侧 2 号腹拱下方，主拱断面裂缝张大下沉，下沉量最大的断面右侧拱段(靠 1 号墩侧)带着 2 号横墙向 0 号台侧倾倒，通过 2 号腹拱挤压 1 号腹拱。1 号腹拱为三铰拱，因其承受挤压能力最低而迅速破坏下塌。受连拱效应影响，整个大桥迅速向 0 号台方向垮塌。事故原因事故调查组通过现场取证、材料查阅、软件模拟等手段，汇集各方数据资料，认定了事故发生的直接原因和间接原因。一、直接原因事故调查组对堤溪沱江大桥进行了原设计和坍塌阶段结构平行检算，结果表明，原设计的主拱圈和桥墩其强度和刚度能满足规范要求，原设计的结构布置、结构尺寸、选用材料较为合理，设计的施工工序基本可行，但营运期间拱圈安全储备偏低。多种综合地质勘察表明，堤溪沱江大桥桥墩、桥台未见位移发生，导致大桥坍塌的直接原因是：主拱圈砌筑材料未达到规范和设计要求，上部构造施工工序不合理，主拱圈砌筑质量差，拱圈砌体的整体性和强度降低。随着拱上施工荷载的不断增加，造成 1 号孔主拱圈最薄弱部位强度达到破坏极限而坍塌，受连拱效应影响，整个大桥迅速坍塌。1.主拱圈砌筑材料不能满足设计和规范要求主拱圈从其设计和规范要求来说，一是未按照“60 号块石、形状大致方正”的设计要求控制拱石规格，实际施工时多采用重 50200kg、且未经加工的毛石，坍塌残留拱圈断面呈现较多片石。二是主拱圈砌体未完全按“20号小石子混凝土砌筑 60 号块石”的要求施工，部分砌体采用了水泥砂浆。主拱圈大部分砌体小石子混凝土强度低于设计规范要求值， 其中1号孔12 号横墙之间主拱圈砌体小石子混凝土的实测抗压强度尤低。特别是在 0号台拱脚处小石子混凝土平均强度不足 5MPa，与设计指定 20 号小石子混凝土强度相差甚远。三是机制砂含泥量较高，最大值达 16.8%，远远超过不大于 5%的要求。碎石含泥量为 2.6%，超过不大于 2%的标准。四是采用的普通硅酸盐水泥(等级 32.5)不合格，烧失量在 5.22%5.98%之间，不能满足不大于 5%的标准要求。 主拱圈施工实际情况与规范要求的差异情况见表 1。2.砌筑工艺不符合规范规定砌筑工艺一是设计要求主拱圈砌筑程序为“二环、三带、六段”(编者注：砌筑拱圈时，应根据拱圈跨径、矢高、厚度及拱架的情况，设计拱圈砌筑程序。对于跨径25m 的拱圈，一般采用分段砌筑或分环、分带、分段相结合的方法砌筑)，而实际施工更改为“三环、五带、六段”，按“田”字形或分割为更多条块的方式无序砌筑，导致砌体整体性差。二是主拱圈、横墙、腹拱、侧墙连续施工，并在主拱圈未完全达到设计强度即进行落架施工作业，造成砌体缺乏最低要求的养护期，拱圈提前承受拱上荷载，降低了砌体的整体性和强度。三是拱圈砌体强度尚在发展中，弹性模量较低，腹拱侧墙及填料等加载不均衡、不对称，导致拱圈变形及受力不匀。四是各环在不同温度无序合拢，造成拱圈内产生附加的永存的温度应力，削弱了拱圈强度。3.拱圈砌筑质量差砌缝宽度极不均匀，最大处超过 10cm(设计要求不大于 5cm)。部分砌筑不密实，未进行分层振捣。砌体存在空洞(大的空洞直径超过 15cm)，下雨或洒水养护时桥下漏水现象较普遍。主拱圈施工不符合设计或规范要求的达13 项，其中 0 号台拱脚处大约 4m 多宽范围内的砌体质量最差。