广昌县河东大桥坍塌事故分析报告

PAGE33目录第一章概述 11.1桥梁概况 11.2事故的经过 5第二章调查目的、内容及依据 82.1调查的目的 82.2事故调查分析的主要任务 82.3现场调查内容 82.4调查分析依据及规范 92.4.1调查分析依据 92.4.2调查分析标准及规范 9第三章现场调查结果 113.1结构尺寸调查 113.2桥墩的倾斜情况 123.3桥墩基础木桩情况调查 163.4桥位地质情况调查 183.5桥梁跨塌前后气象水文调查 183.6倒塌前桥梁状态调查 193.7桥梁跨塌时车辆及行人状态调查 223.8现场调查结果分析 25第四章结构检算分析 264.1自重条件下桥墩支反力计算 264.2木桩基础按群桩考虑进行地基承载力验算 264.3木桩基础按复合地基考虑进行地基承载力验算 29第五章坍塌事故原因综合分析 325.1直接原因 325.2间接原因 32广昌县河东大桥坍塌事故分析报告第一章概述2012年8月8日上午为进一步分析桥梁跨塌事故原因及分清事故责任，广昌县交通运输局于2012年8月19日发文恳请抚州市交通运输局向省交通运输厅建议派出有资质的检测机构到现场调查河东桥垮塌的原因，2012年8事故调查组通过科学严谨、依法依规、实事求是、周密细致的现场勘察、检验测试、技术鉴定、调查取证、综合分析和专家论证，查明了事故发生的经过、原因、应急处置、人员伤亡情况。现将有关情况报告如下：1.1桥梁概况广昌县河东大桥上部结构为8孔标准跨径约24米折空腹式双斜箱拱肋配微弯板组合式拱，全长215米，桥面全宽7米，行车道宽广昌河东大桥是广昌交通南大门，更是广昌盱江大塘村，白田村、文会村、青寿村、赤水留田村、沈坊村近万名村民进城必经之路，是一条极其重要交通要道，正因如此，盱江镇政府体贴民心，顺民意，积极向上级建议，经上级批准，决定于一九七八年兴建此桥。河东大桥正式动工是一九七九年，由政府成立河东大桥筹建小组，并由时任镇党委副书记曾学裕（已故）任组长具体负责。建桥民工是由各村党小组（生产队）调上来的，那时民工由生产队记给工分，大桥付给每个民工每天2角钱伙食费，民工分为4个组，即木工组，泥工组，打桩组、杂工组、一切因地就简，土法上马。建桥设备十分简陋，只有几根振动捧，二台振动平板，连最基本的搅拌机都没有，全桥混凝土均是由手工操作，但是干群齐心，通过肩扛手搬，奋战三年终于1981年全部竣工。由于建桥资金紧缺，建桥技术较差（都是乡下土木工，土泥工，民工，无专职建桥技术人员）设备简陋，更无质量检测设备。对此镇政府十分重视，正式通车之后，在桥头边（靠县城方向）建造了二间护桥值班室，并聘请专职护桥员日夜住在值班室，在通车后5-6年之中，大桥未出现任何情况。后因修建河堤将其护桥值班室拆除。照片1.5桥梁全景（摄于2009年）桥梁下游300m处设有一采砂场常年采砂，近6-7年来，由于河沙大量流失，致此木桩长期半露水面，河中的1~3号墩（桥墩及桥跨编排顺序由河东岸向河西岸依次编排，下同）桥墩全靠木桩支撑。其他各墩也出现不同程度的木桩外露情况，过桥人员反映，几年前河中的1~3照片1.6河东大桥及下游采砂船照片1.7河东大桥跨塌时下游挖砂船的位置2007年8月开展的营运桥梁专项治理检查中经抚州市交通局质监部门抚交质监字[2007]30号文鉴定河东大桥为四类危桥。确定为四类危桥后，采取了如下措施：⑴经广昌县人民政府批示后，在县电视台播放通告，告知沿线过往车辆及群众，通告中明确规定，自2008年元月15日开始，禁止重量超过5吨以上的车辆从该桥通行。⑵在桥梁两端设置限载墩、限速牌（时速20公里以内）、限载牌（限载吨位为5吨以下）的整治措施。⑶照片1.8桥头限宽墩1.2事故的经过2012年8月8日8时许，江西省抚州市广昌县县郊的河东大桥发生坍塌事故，桥梁八孔坍塌六孔（坍塌孔为第1~6孔）。桥梁坍塌时桥上有车辆和行人通过。事故发生后，第一时间，广昌县委、县政府立即决策，组织公安干警、消防官兵、武警广昌支队、医护人员、县直机关人员联合组成救援队，火速赶到现场，分工明确，有条不紊现场勘察救援，调集六台挖掘机挖沙搜寻失踪者。2012年8月8日11时许第七跨坍塌，后为防止余下的一孔继续坍塌采用挖掘机对其进行拆除。在大桥两头，每边设置了两道警戒线，安排多名警察守住桥头，并竖起“照片1.1桥梁跨塌现场照片1.2桥梁跨塌现场照片1.3桥梁跨塌现场全景照片1.41~3号墩倒塌情况照片1.4桥梁跨塌现场第二章调查目的、内容及依据2.1调查的目的事故调查分析的目的主要是为了准确地查清事故经过、事故原因，分清事故责任，提出有效改进措施，总结事故教训，防止类似事故重复发生。2.2事故调查分析的主要任务(1)查清事故发生经过。即通过现场留下的痕迹，空间环境的变化，对事故见证人及受伤者的询问及对有关现象的仔细观察以及必要的科学实验等方式或手段来弄清事故发生的前后经过，并用简短文字准确表达出来。(2)找出事故原因。即从人的因素、管理因素以及环境因素等方面进行综合分析，找出事故发生的直接原因和间接原因。找出事故原因是事故调查分析的中心任务。(3)吸取事故教训，提出预防措施，防止类似事故的重复发生。这是事故调查分析的最终目的。2.3现场调查内容(1)桥梁结构尺寸数据采集(2)桥跨结构坍塌姿态调查(3)桥墩倾斜情况调查(4)桥墩基础松木桩破损情况调查(5)坍塌事故目击者调查访问。2.4调查分析依据及规范2.4.1调查分析依据（1）抚交字[2012]198号《关于要求派出专业检测机构对广昌河东桥垮塌事故作进一步调查的请示》（2）广交文[2012]81号《关于要求派出专业检测机构对广昌河东桥垮塌事故作进一步调查的请示》（3）广昌县公安局刑侦大队《关于广昌县河东大桥倒塌事故目击者调查情况报告》（4)江西省广昌县交通运输局《广昌县河东大桥垮塌情况报告》（5）《广昌县河东大桥垮塌原因初步调查分析专家意见》（2012年（6）《生产安全事故报告和调查处理条例》（中华人民共和国国务院令第493号）2.4.2调查分析标准及规范（1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；（2）交通部颁《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；（3）交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；（4）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；（5）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；（6）交通部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）；（7）交通部颁《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；（8）交通部颁《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）；（10）建设部颁《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003）；（11）交通部颁《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）；（12）交通部颁《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）；（13）交通部颁《公路桥涵设计规范(试行)》(74交公路字376号)；（14）中国国家标准化管理委员会发布《木材物理力学试材锯解及试样截取》(GBT1929-2009)。第三章现场调查结果3.1结构尺寸调查主拱圈是双曲拱桥上部构造的最主要承重构件，它的使用状况及变形直接关联桥梁安全。河东大桥主桥型式为空腹式双曲拱，经现场检查测量，确定设计参数为：主拱圈净跨径为22m，桥梁标准跨径约24m，净矢高约为4.4m，净矢跨比为1/5。全桥共有8孔，拱上设4个腹拱，各墩及桥台上各设一个腹拱，腹拱圈净跨径为2m，各墩上及桥台上腹拱墩纵桥向宽60cm，拱上腹拱墩纵桥向宽40cm，腹拱圈厚度为8cm，净矢跨比为1/8，腹拱圈及主拱圈跨中处顶面填平层厚30cm（外边缘）。桥梁全长215m。主拱圈箱形肋下缘宽80cm，肋间净距为1.7m，拱圈高53cm（含微弯板）。照片3.1拱腹（2007年交通局农村公路桥梁调查照片）承台纵桥向宽3.2m，墩帽纵桥向宽2m。3号墩承台高2.05m，2012年8月25日量测1号墩处水深约1.7m，2号墩处水深1.3m，3号墩处水深约0.8m，4号墩处水深约0.5m，57号墩起拱线至承台顶面高度为2.618m，6号墩起拱线至承台顶面高度为2.82m，5号墩起拱线至承台顶面高度为2.572m，4号墩起拱线至承台顶面高度为2.128m，3号墩起拱线至承台顶面高度为2.451m，2号墩起拱线至承台顶面高度为2.40m，据广昌县河东大桥施工时技术负责人谢工回忆：桥墩基础木桩长9m，打穿砾砂层，桩底坐落在卵石层上，木桩未经过特殊防腐处理；施工时承台设置的原则是承台埋深（埋入砾砂层）不小于1.8米，1号墩承台标高较低，其余墩相同（从实测情况来看，各墩墩高并不一致）；主拱U型肋、微弯板混凝土标号均为200号（约相当于现C20）3.2桥墩的倾斜情况1号墩已完全倒塌，1号墩、3号墩向河东岸倾斜，2、4、5、6号墩向河西岸倾斜，1~6号墩墩身均向上游侧倾斜，其中6号墩墩顶向上游侧倾斜约60cm，5号墩墩顶向上游侧倾斜约79.3cm，4号墩墩顶向上游侧倾斜约74.8cm，3号墩墩顶向上游侧倾斜约96.6cm，2号墩墩顶向上游侧倾斜约74.6cm，1号墩墩顶向上游侧倾斜约1.88m照片3.2桥墩倾斜状态照片3.3桥梁跨塌现场照片3.41号墩倾斜情况照片3.52号墩倾斜情况（图中）照片3.63号墩倾斜情况（图右）照片3.74号墩倾斜情况照片3.85号墩倾斜情况（图右）照片3.9第7跨未跨塌时6号墩情况照片3.106号墩冲刷情况3.3桥墩基础木桩情况调查《公路桥涵设计规范（试行）》（1974年颁布）7.30条规定：“木桩桩顶嵌入承台内深度不宜小于50cm，承受拉力的木桩，桩顶伸入承台内的深度不宜小于3倍桩径，并采取可靠的锚固措施”。从推倒的5墩基础木桩来看，桩径15-20cm，5号墩下共设有54根木桩。木桩嵌入承台的深度较浅，个别桩桩头与承台底面平齐未嵌入。《公路桥涵设计规范（试行）》（1974年颁布）7.31条规定：“当有较强大的流冰、流筏或其它漂流物时，承台底面标高应保证基桩不受直接撞击损伤。在承台内的木桩桩顶应设在最低水位以下，不小于30cm。”实测5号墩处木桩桩头露出水面50cm，木桩局部长期处于干湿交替状态。根据2012年8月25日现场量测水位及1号墩处水深情况综合判断跨塌前1号墩处木桩桩头高出河床约2.2m。对5号墩处木桩取出三个桩头，木桩未见腐朽迹象，取样进行抗压强度试验，试验结果表明三个木桩顺纹抗压极限强度平均值分别为14.31Mpa、18.23Mpa和13.91Mpa。照片3.113号墩松木桩照片3.125号墩承台底部照片3.135号墩河西侧下游侧松木桩照片3.145号墩下游侧松木桩3.4桥位地质情况调查因桥梁建桥年代较久，资料收集过程中未收集原设计资料，从现场情况看河槽内上层为砾砂层，上游500m处新建了一座白家车大桥，从江西江汇地质工程勘察院所做的《广昌县盱江镇白家车大桥岩土工程勘察报告》来看：河槽内地层上部为第四系冲积层，下伏为白亚系南雄组地层，场地地层结构由砾砂、卵石、强风化砂岩、中风化砂岩组成，砾砂层层厚2.6~7.8m，结构松散，承载能力基本容许值[fa0]=180kpa，桩侧土摩阻力标准值Qik=36kpa，变形模量为26Mpa；卵石层层厚0.5~2.9m，承载能力基本容许值[fa0]=500kpa，桩侧土摩阻力标准值Qik=65kpa，变形模量为55Mpa；强风化砂岩层厚4~7.4m，承载能力基本容许值[fa0]=280kpa，桩侧土摩阻力标准值Qik=50kpa，变形模量为34Mpa；中风化砂岩承载能力基本容许值[fa0]=1800kpa，岩石饱和单轴抗压强度标准值为12Mpa。3.5桥梁跨塌前后气象水文调查河东大桥上跨盱江河，盱江河水补给水源为大气降水及其他支河水，流量枯、丰期相差悬殊，水位随季节变化而变化，一般年变化幅度1~4.5m，河水洪水期间具暴涨暴落现象，冲刷力较强。根据2012年8月9日广昌县沙子岭水文站（水文站位于河东大桥下游6km处）对2008年至20122012年8月3日受“苏拉”台风影响广昌县境内出现大暴雨，造成盱江河水位暴涨3米，5日水位又急速下退。2012年8月25量测1号墩处最大水深为1.7m，与建桥时相比1号墩处冲刷深度约3.6倒塌前桥梁状态调查2007年8月开展的营运桥梁专项治理检查中经抚州市交通局质监部门抚交质监字[2007]30号文鉴定河东大桥为四类危桥。从2007年检测时保留下来的照片来看，当时1~3号墩已存在桩头露出水面的情况。2009年7月新抚州网网友发表在新抚州网（/thread-17345-1-1.html）的文章全文如下：“近日！莲花节盛行之时，来广昌观光者甚多，有游客纷纷前来河东雁塔赏景，免不了过河东大桥，与往日不同的是，汽车一经过大桥河东南段，如坐轿般舒服，过往行人也同身站弹簧之巅，源何？这原县交通局30年前建的河东大桥，桥墩正与河床分离，正严受失沙的考验。”由此可见，桥位处河床受下游采砂影响下河床严重下切，造成桥墩木桩出露桩头露出水面的现象由来已久，桥墩由低桩承台变为高桩承台对桥梁的整体稳定性构成严重威胁。挖砂船采砂在桥梁下游侧采砂，位置距桥位距离为200m（现场调查时采砂船已离开现场，采砂船与桥位间距离取用googleearth量测结果），2011年7月1日起施行的《公路安全保护条例》第二十四条“禁止在公路桥梁跨越河道上下游的下列范围内采砂：（一）特大型公路桥梁跨越的河道上游500米，下游3000米；（二）大型公路桥梁跨越的河道上游500米，下游2000米；（三）中小型公路桥梁跨越的河道上游500米，下游1000米。”而本桥附近的采砂船与桥梁间的距离仅200m，远小于条例规定值，采砂后河床及水位降低，木桩外露，根据2012年8月25日现场量测水位及1号墩处水深情况综合判断跨塌前1号墩处木桩桩头高出河床2.2m。照片3.15桥梁整体情况（网友2009年拍摄的图片）照片3.161号墩木桩整体外露（网友2009年拍摄的图片）照片3.17桥墩木桩外露（2007年农村公路桥梁调查照片）照片3.18承台冲刷情况（2007年农村公路桥梁调查照片）近6-7来，在桥头两边有限宽设施，屡次遭人为破坏，从而一般中型车辆仍可通过，日常运输建筑材料（如砖、砂石、水泥等）中型运输车畅通无阻，特别是在修建鹰瑞高速期间，大量工程车曾载着沉重碎石从该桥通过。2012年8月1日照片3.19运煤车辆3.7桥梁跨塌时车辆及行人状态调查该项调查结合现场调查搜集信息、广昌县公安局刑侦大队所做的目击者调查询问结果及目击者在网上发布有关河东桥坍塌现场信息相结合的办法进行。网上信息：2012年8月8日上午8点11分突然倒塌，此时，在桥上行走的共有4人，其中三人向县城（河西岸）方向行走，1人骑摩托往河东方向行驶，另外还有一辆小车（小车上载有三人）向河东方向行驶。因桥梁突然倒塌，除1前期影像资料显示情况：小汽车掉落在第三跨近3号墩侧，小轿车是翻着跟斗摔到桥下，车头遭受撞击变形，车顶受撞击严重变形，车尾仅车尾箱盖有变形。照片3.20坍塌后车辆状态照片3.21坍塌后车辆状态照片3.21车辆破损情况车辆驾驶员揭炉平反映，其于大桥坍塌时正驾驶一辆轿车从县城（河西）行驶向河东方向，当其驾车行至距河东一侧的桥头还有两、三个桥墩位时，突然看到车前面的桥面象弧形一样拱了起来（从调查情况来看，2号墩和3号墩均向第3跨跨中倾斜，分析该跨为驾驶员看到的向上拱起的桥跨），随后便失去了知觉。广昌县盱江镇大塘村彭上组村民曾本云（男，54岁）反映，其在河东大桥靠大塘村一侧（河东）桥头经营一家南杂店，8月8日广昌县盱江镇河东8号村民魏延昌（男，57岁）反映，其在大桥坍塌时正背对大桥，在大桥南面（上游侧）二十余米的河东一侧河道边挖泥沙，其听到声音后回头发现河东桥第二个拱上桥面已经倒塌，之后，大桥桥面从西向东（刑侦大队提供的结果，实应为由东向西），一上一下地倒塌过去，倒塌时桥面未见向两侧倾斜。因其所站位置被大树挡住视线，没有看到大桥靠河东一侧第一个拱的桥面何时倒塌。广昌县盱江镇大塘村招源组村民曾广东（女，66岁）反映，其在大桥坍塌时正准备从大桥经过前往县城（河西岸)，当时已经在大桥上走了两、三步，其看到大桥是从靠县城（河西）一侧的第二个桥墩的位置开始倒塌，后一直倒向河东一侧，并称揭炉平小车当时行驶的桥面是后面（河西一侧）略有抬起，前面（河东一侧）向下插，倒塌时桥面未见向两侧倾斜。3.8现场调查结果分析（1）主河槽内的1号墩完全倒塌，2号~6号墩均有不同程度的倾斜，随着河床升高桥墩倾斜度逐渐减小，说明随着木桩出露长度的减小桥墩稳定性逐渐增大；（2）除7号墩外各墩均向上游侧倾斜，说明因桥墩上下游侧冲刷程度不同造成了桥墩木桩基础不均匀沉降从而使桥墩向下游侧倾斜。（3）从桥墩破坏程度及目击者描述综合判断，桥梁跨塌时由第一跨至第六跨逐一跨塌，各墩承台底部木桩对承台约束程度的不同使桥墩倾斜方向有所不同。第四章结构检算分析4.1自重条件下桥墩支反力计算根据现场调查情况及参考同地区同类桥梁的构造情况，可以推算出拱桥自重引起的支反力，具体列于表4.1，由表可知表4.1支反力计算部件体积/m3容重/(t/m3)重量/t下部结构承台52.32.5130.75墩身39.62.599上部结构主拱圈29.22.675.92立墙43.92.5109.75腹拱圈6.22.515.5拱上填料59.42.2130.68桥面板28.82.674.88护栏8合计646.364.2木桩基础按群桩考虑进行地基承载力验算群桩地基承载力验算是指实体基础底面（即桩端平面处）的地基承载力是否满足要求，目前常用的有下列算法：（1）群桩承载力验算实体基础的计算图形如图1所示：图1：群桩承载力验算图示桩所穿过土层的内摩察角为20°：故，，边桩外围间的尺寸为：。实体基础底面宽：实体基础底面长：实体基础埋深范围内的重度：参考《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）实体基础底面砂土的承载力设计值为：式中：——修正后的地基承载力特征值；——基础底面的最小边宽（m）；当时，取；当，取；——基础埋置深度（m），自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷线起算；当时，取；当时，取；、——基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别按规范中表3.34确定；——基底持力层土的天然重度（）；若持力层在水面以下且为透水者，应取浮重度；——基底以上土层的加权平均重度（）；换算时若持力层在水面以下，且不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重度；当透水时，水中部分土层则应取浮重度。为此：。取承载、桩、土的混合重度为，地下水位以下按计，则实体基础自重为：实体基础底面压力（当仅作用竖向力时）：通过上述计算可知，当不考虑河床冲刷作用，即松木桩埋深为9m，且仅考虑拱桥自重作用下，松木群桩基础承载能力能够满足规范要求。（2）考虑河床下切深度x与地基承载力实体基础的计算图形如图2所示：图2：群桩承载力验算图示根据上述计算公式可推到出基础承载力特征值与河床下切高度的关系为：基础底面压力与河床下切高度的函数关系为：4.3木桩基础按复合地基考虑进行地基承载力验算松木桩加固地基的原理：一是靠挤密桩间土；二是靠桩本身的支承力。同其它复合地基相比，除桩的材质不同外其余均有相似之处。根据桩、土相互组合共同承受上部荷载的特点，这种地基可参照复合地基计算公式进行设计： （1）式中，为复合地基的承载力(kPa)；为桩间土承载力修正系数；为桩间土的承载力标准值，可采用基底面持力层天然地基承载力(kPa)；Nd