事故现场鸟瞰
9月24日的中山并非大风天气。
然而,在这样一个气淑风和的早上,一座桥体却直直跌落在高速公路上,拦住了前往中山市区的去路。
桥体的突然坠落
整个瞬间刚好被拍摄了下来。很快,随着消息的传播,信息也被一点点挖掘了出来——跌落的桥体属于在建中山西环高速项目的一部分,是横栏北互通C匝道高架桥的一段钢箱梁。
跌落在地的钢箱梁
近年不少桥体倾覆事故的主角都是钢箱梁。之前发生的多起钢箱梁倾覆,最终调查原因大多是由于施工顺序不当引起的。中山这起事故会否与之前的案例有所不同?
叙威高速事故(左)与南京内环西线事故(右)
为什么要用钢箱梁?
既然钢箱梁的桥梁工程事故频发,那直接全部采用钢筋混凝土梁不是更好吗?钢筋混凝土梁的重量要比钢箱梁大不少,抗倾覆能力要较后者强。
可以,但没必要。
在某些特定区域施工新建公路,需慎重考虑对已建公路的影响。可以看到整个事故的鸟瞰图,横栏北立交将在多处上跨穿越已建的中江高速。
需多处跨越中江高速
在这些地方采用混凝土梁,会有一系列现实问题。
如果选择现场浇筑的方式施工混凝土梁,则需要在桥体底下搭建满堂支架,等混凝土强度上来之后再进行拆除。可想而知,这种工法是最不想被见到的,因为这些支架会在拆除之前会严重阻塞下方道路的交通。
现浇混凝土桥梁(示意)
当然,也可以选择在工厂预制好混凝土梁,再运输到现场吊装。但不想阻碍下方道路交通的话,道路范围内就不能设置临时支架。这将会导致桥体的跨度很长,令桥体成本和吊装难度大大增加。
因此,对于一些重要性次之的桥段(如匝道桥),跨越下方公路时使用钢箱梁方案是比较常见的。钢箱梁整体质量轻,对大跨度的情况适应性较好。从鸟瞰图也可以看出,在中江高速旁边的桥体就没用钢箱梁,而是采用了预制混凝土工字梁。这些工字梁区域的桥梁跨度也基本小于钢箱梁区段。
工字梁桥体的跨度要小于钢箱梁桥体
为什么只有一半跌落?
与南京内环西线事故比较明确的区别是,本次事故并不是整幅桥体倾覆,而只是跌落了一半。
这与钢箱梁施工过程中的分段有很大关系。
虽然钢箱梁质量相对较轻,但跨度太大时,仍然会存在从工厂运输至现场的交通不便以及吊装风险。所以,钢箱梁施通常也会被分成一节一节,在现场吊装到位后再焊接成整体。
参照事发桥体旁边和两端的其余钢箱梁,我们大概可以推测桥体的分段情况。
首先,匝道桥体是典型的双车道匝道,加上两侧的挑臂后,宽度约为10m左右。它的截面类似于下图(单箱双室)。
匝道钢箱梁典型截面(示意)
从下图的角度来看,钢箱梁可能大致按以下方式进行分段分块:沿桥体纵向,分为三节(永久支墩~临时支架,临时支架~临时支架,临时支架~永久支墩)。沿桥体宽度方向,分为四节(外侧挑臂,外侧曲线梁,内侧曲线梁,内侧挑臂)。照片下方邻近的另一段钢箱梁可以观察到有焊接痕迹,这些地方应该就是节段块之间的界面。
桥体分段分块推测
除了事故图片,网上找到的西环高速项目镇南互通段(同一个项目不同施工段)钢箱梁施工情况,也可以从侧面印证本次事发桥体的分段推测。
镇南互通段钢箱梁吊装照片
镇南互通段钢箱梁基本信息
特别注意到,镇南互通段钢箱梁外箱室采用的是单腹板“开口箱”,这与事故跌落梁体观察到的情况是一致的。有理由可以相信同一个项目内,同等规模的钢箱梁都会采用类似的分段分块方法。
跌落梁体有一侧没有腹板,即“开口箱”
综合以上信息汇总,事发梁体在桥体宽度方向的分段可能如下所示。
宽度方向上的分段示意
一般来说,钢箱梁分段吊装到位后,应尽快与相邻分段在环向与纵向进行焊接,形成一个整体。很不幸,从事故已经发生的层面而言,这些位置很可能还没来得及进行焊接,最终才会仅仅是外侧一半的跌落。
吊装到位后,环向与纵向应尽快焊接
原因推测
毫无疑问,钢箱梁发生了典型的倾覆破坏。在照片中可以看到,原本在外侧的挑臂跌落后却出现在内侧,证明梁体在跌落过程中发生了180°的旋转。
外侧挑臂跌落后出现在梁体内侧
将视频放慢进行观察,梁体的旋转最开始从右侧出现,整根梁出现了扭曲。右侧的扭曲带动梁体左侧也发生旋转,最终整体跌落。
梁体的扭曲最早出现在右侧
结合之前钢箱梁分段推测及信息对比,事故发生的原因最可能为:
(1)钢箱梁在桥体宽度方向被分为了四块,其中外侧曲线梁为“开口箱”。由于一侧缺乏腹板,且为曲线段,其重心并不在箱体中间,固有抗倾覆能力本身就比较弱;
(2)在内外侧曲线梁架设到位后,两者并没有及时焊接,外侧曲线梁继续仅靠自身重量抵抗倾覆;
(3)在未与内侧曲线梁焊接的情况下,外侧曲线梁继续焊接外侧挑臂。挑臂的重量令到梁体产生向外旋转的趋势,梁体的抗倾覆能力已危如累卵;
(4)最终,向外旋转的能量突破临界点,外侧曲线梁绕临时支座最外侧发生了旋转,梁体跌落。
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