七座桥梁倒塌事故类型和原因分析
英勇无比的槟榔
2024年01月19日 11:29:23
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【导读】 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,本文通过网上公布的图片、视频,并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。 一 重庆万州驷步河铁路桥 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1所示。

【导读】 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,本文通过网上公布的图片、视频,并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。

重庆万州驷步河铁路桥

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1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1万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2、图3所示。

图2 万州驷步河铁路桥桥位示意图

图3 万州驷步河铁路桥桥跨示意图

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,如图 4 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 5 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4 倒塌现场滑坡痕迹

图5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。

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6所示。

图6 滑坡防治措施示意图

恩广高速达万段6号大桥


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 事故桥桥位示意图


 


图 事故桥立面图


 

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 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


 

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。

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。

03

 滑坡、落石导致的桥梁倒塌事故

山体滑坡、落石等地质灾害导致的桥梁倒塌事故屡有发生:

(1)西康高速桥梁倒塌(山体滑坡导致桥梁倒塌)

2014年9月16日9时24分,包茂高速公路安康至西安方向K1056+100M处(安沟隧道北口)发生山体大面积滑坡,造成该路段安康至西安方向罗羌湾大桥(西安方向)约30米桥梁垮塌,安沟隧道北口被完全掩埋;西安至安康方向路面落石,罗羌湾大桥(安康方向)桥面发生位移。

图16西康高速残骸现场

(2)汉旺桥梁垮塌(山体滑坡导致桥梁倒塌)

2013年7月8日14时至9日7时,绵竹市遭遇特大暴雨,清平乡圆包村最高雨量达435.4mm,更多搜索道路养护公众号,监理检测网校公众号,主要河流石亭江高景观流量达2710立方米每秒,绵远河流量1560立方米每秒。

清平乡雍家沟发生泥石流20万立方米,盐井村、圆包村发生山体滑坡,形成坡面泥石流,灾害致汉旺牛鼻子大桥垮塌,兴隆绵远河大桥垮塌。

图17汉旺残骸现场

(3)重庆彭水县红泥石拱桥主跨垮塌(山体滑坡导致桥梁倒塌)

2010年5月26日,全长约90米、重庆彭水县境内国道319线彭水县城至武隆方向约5公里处的红泥石拱桥主跨垮塌,正在桥上行驶的一辆工程车坠桥。

图18彭水残骸现场

4)雅西高速(落石致桥梁倒塌)

2020年9月20日,9月20日12时左右,G5京昆高速雅西段成都至西昌方向K2084处姚河坝桥处发生高位塌方,落石导致姚河坝桥(2跨预应钢筋砼T梁桥)断落,雅西高速双向交通中断,经核实现场无人员伤亡。

图19雅西高速残骸现场

5)彻底关大桥(落石致桥梁倒塌)

2009年7月25日5时左右,由于连日大雨冲击,国道213线汶川段彻底关大桥桥墩被巨石砸断,造成桥面捣毁,桥上正在行驶的车辆和人员掉入岷江河中,国道213线中断,已造成3人死亡、12人受伤、7辆车辆损毁。

图20彻底关大桥残骸现场

04

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。

(来源:彭卫兵课题组 ,微土木人荐读

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