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50～200kg、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1～2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。