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近期中国桥梁水毁事故回顾与分析
摘 要：对中国近19年发生的桥梁水毁事故进行回顾与分析。收集了2000—2019年中国151座桥梁水毁事故情况，首先阐述了中国5个典型桥梁水毁案例，之后分析了151座水毁桥梁的地理分布特征、桥龄分布特征、桥梁类型分布特征、时间分布特征。分析发现：桥梁水毁故障主要发生在南方，一共有122座桥梁水毁事故发生在南方，特别是四川省发生了65座。151座水毁桥梁的平均使用寿命为28.9年，绝大部分水毁桥梁的寿命集中在30～40年。97座梁桥发生水毁事故，占比64.24%。水毁事故主要发生在2009—2014年，与汶川地震的影响有关。水毁事故的主要原因包括超预期洪水、旧桥、过度采砂等，既有自然因素，也有人为因素。为了减少桥梁水毁事故，在设计时应选择合适的桥型，注意超预期洪水，并且保护好河床。
关键词：桥梁;水毁;成因分析;
作者简介：秦泗凤，女，博士，副教授.E-mail:qsifeng@163.com;
基金：辽宁省自然科学基金资助项目(编号：2019-ZD-0006);
1 前言
21世纪以来，桥梁工程发展突飞猛进，中国的桥梁技术进步巨大，目前中国公路桥梁总数达到80万座，铁路桥梁总数超过20万座，被称为桥梁大国，目前中国近10万座桥梁存在潜在的危机[1,2]。一旦桥梁发生坍塌，将直接危害出行者的生命安全，同时将给国家造成不可估量的经济损失，造成恶劣的社会影响。
概括来说，造成桥梁倒塌的原因包括先天失误、自然灾害和人为灾害，见表1[2,3,4]。其中因为洪水造成的桥梁塌陷往往是整体性的，危害性巨大，具有突发性，一般难以靠监测来避免。另外，近年来全球变暖引起极端天气现象频发，桥梁工程面临洪水破坏的风险也日益增加[5]。据调查1951—1988年美国垮塌的 79 座桥梁，有29座是因洪水和基底冲刷引起的，占比36.7%[6,7]。1989—2000年美国运营桥梁垮塌事故中，其中52.88%的桥梁垮塌与水毁有关，洪水冲垮的比例为32.80% ,水流掏空基础的比例为15.51%[3,5]。
表1 桥梁倒塌原因
该文搜集2000—2019年中国桥梁水毁情况，列举水毁桥梁发生的地点、桥型、使用年限、伤亡情况、事故概要以及原因分析。利用统计分析方法对搜集到的数据进行全面的处理。此外，着重介绍5个典型案例，并说明相应的原因，最后给出一些建议和措施。
2 典型水毁案例分析
2.1 台湾高屏大桥
2000年8月27日，受到台风碧利斯降雨影响，台湾高屏大桥的部分桥墩被溪水冲毁，使大桥桥面塌陷100 m, 造成行驶其上的17辆汽车坠落，22人轻重伤。事故现场如图1所示。
造成事故的主要原因是正在施工的河床固床工程设计错误。高屏溪除了自然河床改道外，设计单位在固床工程中，把原来的高屏溪主流引到第21和22号桥墩，造成第22号桥墩被洪水淘空。其次，砂石的过度开采，导致河床下降。强台风过后，湍急的河水冲刷桥梁基础，基础裸露严重，致使第22号桥墩被冲毁
造成事故的主要原因是正在施工的河床固床工程设计错误。高屏溪除了自然河床改道外，设计单位在固床工程中，把原来的高屏溪主流引到第21和22号桥墩，造成第22号桥墩被洪水淘空。其次，砂石的过度开采，导致河床下降。强台风过后，湍急的河水冲刷桥梁基础，基础裸露严重，致使第22号桥墩被冲毁。
图1 台湾高屏大桥事故现场
2.2 四川G318线渠江二桥
2010年7月18日，四川渠县遭受特大暴雨洪灾，致使修建中的G318线渠县段渠江二桥严重损毁，该桥主体工程已经完成的2/3,如图2所示。
图2 四川G318线渠江二桥被冲毁留下的支架
渠江二桥设计为多跨连拱桥，此种桥型在施工过程中稳定性差，任何一个拱脚产生变位，都易发生整桥垮塌。而超预期的洪水冲刷施工支架基础，支架产生沉降。因此，渠江二桥发生桥体毁坏。
2.3 河南省洛阳市栾川汤营大桥
2010年7月24日，洛阳市由于暴雨引发的洪水，造成栾川汤营大桥整体垮塌，如图3、4所示，这次事故也被称为“栾川7·24事件”。
图3 栾川汤营大桥塌陷前
汤营大桥是20世纪80年代修建的空腹式5跨石拱桥，净跨40 m, 全长233.7 m。其原料以石块和砂浆为主，没有用钢筋。这种结构体系容易发生整体垮塌，洪水对基础的冲刷引起基础变位，产生整体垮塌。
2.4 宝成铁路石亭江大桥
2010年8月19日，宝成铁路德阳至广汉间石亭江大桥下行线因特大洪灾冲击严重毁损。洪水在冲毁大桥东南侧的河堤后，大桥中段两个桥墩相继倾斜，造成西安开往昆明的K165次列车两节车厢掉入江中，宝成铁路中断(图5)。经分析，造成事故的原因是桥墩被冲刷再加上超预期洪水。
图4 栾川汤营大桥塌陷现场
图5 石亭江大桥塌陷
2.5 石亭江一号桥
2012年8月20日，洪水冲毁石亭江一号桥基础拦河防冲坝，导致桥梁桩基外露，大桥两根桩基础被洪水冲走，如图6中虚线所示。事后分析主要原因是，非法采砂造成河床下切，桩基外露。再加上暴雨洪水冲刷，致使桩基部分损毁。
图6 石亭江一号桥被冲毁
2.6 其他
表2为具有代表性的桥梁水毁事故，由于水毁事故一般是由多种因素共同作用引起，该文只给出了主要原因[8,9,10,11,12,13]。
3 分析与讨论
3.1 南北方地区分布特征
统计分析了19年间北方地区和南方地区发生桥梁水毁的桥梁，统计情况见表3。统计了151座典型桥梁水毁事故，其中发生在南方的有122起，发生在北方的有29起，造成至少67人死亡，138人受伤。发现桥梁水毁事故的发生率南方地区比北方地区要高，但是人员伤亡情况较北方却有所降低。原因如下：① 南方地区河道多，而且降雨量大，发生洪水的概率大，容易发生桥梁水毁事故；② 南方的桥梁总数多于北方，基数大，所以发生水毁的桥梁数量多；③ 北方地区发生水毁的桥梁往往是人流量和车流量都很大，这也是北方地区伤亡情况严重的一个重要原因；④ 大多数人缺乏危机意识，尤其是北方地区，对于桥梁水毁的防范意识差。
经统计数据发现：桥梁水毁事故发生在四川省(65起)、广东省(12起)、江西省(11起)、浙江省(9起)、陕西省(9起)、福建省(6起)、湖北省(6起)、黑龙江省(5起)、贵州省(4起)、辽宁省(4起)、河南省(3起)、甘肃省(3起)、湖南省(2起)、山东省(2起)、台湾(2起)、河北省(1起)、吉林省(1起)、江苏省(1起)、安徽省(1起)、海南省(1起)、广西自治区(1起)、新疆自治区(1起)、西藏自治区(1起)。不难看出桥梁水毁事故的发生主要集中在南方，以四川省最多。原因主要有：① 南方地区台风现象频繁，降雨量多，容易产生泥石流、滑坡；② 汶川地震后，河流含砂量增大，加剧了对基础的冲刷，加上超预期的洪水导致四川地区的桥梁容易发生水毁事故。
3.2 使用寿命分析
调查的151座桥梁的生命周期见图7。调查的桥梁的平均使用寿命为28.9年，绝大部分水毁桥梁的寿命集中在30～40年。此外，不同的桥梁差异很大，其中河南省南车线鬼沟桥通车次日突降3 h暴雨，基础冲刷掏空近2 m而下沉，桥台断裂桥梁垮塌，两车坠毁，使用寿命仅1 d, 是最短寿命公路桥。而广东省的增城东门桥使用寿命为82年，山东省的青岛栈桥使用寿命121年。大多数桥梁的使用寿命低于40年，远远短于设计寿命50年或100年。
图7 水毁桥梁使用寿命统计图(单位：年)
3.3 桥梁水毁事故发生的时间分析
图8统计了桥梁水毁事故发生的时间。桥梁水毁事故主要集中发生在2009—2014年，分析原因如下：① 2009—2014年间毁坏的桥梁主要发生在四川地区，这与四川的天气条件和地形条件有关系。2008年汶川地区发生地震，多座桥梁发生不同程度的损伤，有些桥梁没有及时修复或者完全修复，加上超预期的洪水导致桥梁坍塌；② 2009年之前的资料可能不够完整，某些桥梁没有记载。
图8 不同年份水毁桥梁数量统计图
3.4 水毁桥梁类型分析
调查的151座桥梁中，梁桥水毁发生97起(64.24%),拱桥发生21起(13.91%),悬索桥发生3起(1.99%),有30座桥梁的桥型无法分类或者缺乏资料，将其归为未知。梁桥由桥墩支撑，桥墩较多，易受水流冲刷而倒塌。拱桥一般建在山区，在洪水或泥石流中容易坍塌。对于悬索桥和斜拉桥，索是主要的承重结构，比梁桥的跨度大，适合在水深处建造，不容易被水破坏。
此外，对151座桥梁的坍塌原因进行分析，直接由洪水和台风造成的事故有93起，因为过度采砂造成基底被掏空，桥墩被冲空进而坍塌的有39起，由于桥面开裂造成坍塌的有10起，因为地质问题有5起，因为护坡被冲刷造成坍塌的有4起。
桥梁水毁事故的发生是自然因素和人为因素共同作用的结果。洪水冲毁桥梁原因有[12,14,15,16,17]:
(1) 对预期洪水估计不足，桥梁设计标准低。尤其是地基与基础方面，大多数桥梁采用扩大基础，并且基础埋深不足，洪水冲刷掉桥墩基础周围岩土，使基础暴露于水中，减小了基础承载能力。
(2) 洪水中夹杂的异物阻塞、碰撞，造成梁体移位和完全脱离。
(3) 对于旧桥和危桥的维修加固不及时，缺乏危机意识。一般认为，旧桥的承载力有所下降，如果遭遇洪水，那么旧桥就更容易发生倒塌。
4 结论
通过对近19年中国151座桥梁水毁事故分析发现：桥梁水毁主要发生在南方，四川省数量最多。这些桥梁的平均使用寿命为28.9年，绝大部分水毁桥梁的寿命集中在30～40年。桥梁水毁事故主要发生在2009—2014年，梁桥占比最大。桥梁水毁的主要原因有自然因素和人为因素，如超预期洪水、旧桥、过度采砂等。为了减少桥梁水毁事故，给出以下建议：
(1) 大多数水毁桥梁都是旧桥。一方面，旧桥往往不满足现有的洪水设计标准；另一方面，旧桥的承载力有所下降。因此，需要对旧桥进行防洪加固改造。
(2) 建造新桥，为了避免水毁事故，应选择桥墩少的桥梁类型，如斜拉桥和悬索桥。
(3) 要注意河床的防护设计，杜绝过度采砂。
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