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行业动态

保障我国桥梁安全的战略思考
发布时间:2022年05月25日


桥梁的安全性能和安全保障能力对交通大动脉 的畅通至关重要,一旦损毁,将严重影响交通功能 的正常发挥和人民群众的生命财产安全,甚至可能 会导致重要交通干线或城市交通瘫痪。

桥梁等交通基础设施重大结构在环境长期作 用下始终面临着性能的退化或致灾(地震、泥石 流、冰雪冻融等自然灾害,恐怖袭击、局部战争、 交通工具撞击等人为因素致灾)。对于发生在任 一站点、线路或是区域上的灾害,由于其具有突 发性、难以预见性和扩散性,成灾后对交通生命线和人民群众的生命财产都将造成巨大的损失且 会产生不良的社会影响。因此,开展桥梁结构安 全保障研究对我国建设智慧型的现代化交通具有 重大意义。

桥梁安全的现状与问题

(一)我国桥梁发展的现状

经过20余年的交通大建设,截至2016年年底, 全国公路桥梁达 8×105 座,铁路桥梁为 2×105 座; 至 2020 年每年还将新建桥梁近 2×104 ~3×104 座 [1]。公路、铁路桥梁往往所处的地形、地质、水 文条件复杂,气候环境多变,加上地震、断层破 碎带、滑坡、泥石流等多种灾害频发,以及近年 来交通量的猛增,超载、超重影响和桥梁本身的 自然老化等因素,桥梁的安全隐患大。桥梁的安 全风险问题将越来越受到人们的重视,迫切需要 建立合理的安全风险预测、评估和保障机制,以 提高桥梁的抗风险能力,保证桥梁在运营期间的 安全 [1]

根据交通运输部 2001—2015 年发布的《交通 运输行业发展统计公报》统计,全国公路网中的危 桥数量较大,如图 1 所示。

图 1 我国公路网中的危桥数量(2001—2015 年)

 

从图1中可以看出,随着近年来交通量的猛增, 超载、超重的影响以及桥梁本身的自然老化等因素, 大量桥梁结构处于亚健康或危险状态。据 2009 年 铁道部秋检资料统计,我国铁路桥梁和涵渠劣化等 级达到 A 级(严重)病害的分别占总座数的 24.8 % 和 7.8 %,旧桥的安全现状不容乐观。

( 二 ) 影响桥梁安全的因素

影响桥梁安全的因素很多,总的来说可以归结 为两类,即人为因素和自然因素。人为因素包括设 计和施工失误,船舶、车辆撞击,超载和故意破坏 等;自然因素包括地震、洪水、风雨、漂流物撞击、 环境恶化以及其他未知因素等。

1. 地震

地震灾害是人类所面临的主要自然灾害之一。 在地震荷载作用下,桥梁下部结构易发生断裂和损 伤,从而导致上部结构的破坏和倾覆。同时,由于 其具有不可预测性,对桥梁带来的破坏程度远远大 于其他自然灾害。

2. 地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流等)

我国是世界上泥石流活动区域分布最多的国家 之一,广泛分布在西南、西北及华北等山区。据统 计,我国泥石流活动区域的面积高达 4. 80×106 km2 , 共有 1 583 个县 ( 市 ) 长期受到泥石流灾害的困扰 [2]

3. 气候灾害(洪水、风灾)

雨季期间,强降雨所引起的山洪和高强度的地 质灾害对当地公路、桥梁等基础设施构成了大的 威胁。据不完全统计,自 1975 年以来,全国每年 因洪水类地质灾害引起的桥涵损害经济损失达数亿 元以上,且呈逐年上升趋势。

4. 交通工具和漂浮物撞击

自 1987 年以来,我国严重的船舶撞击桥梁事 故平均每年发生约一起,而且近年来呈逐渐上升趋 势,值得引起人们重视。

5. 设计、施工不合理

由于桥梁所处地理位置和环境比较复杂,在设计和施工中如果对某一影响桥梁安全的因素欠考 虑,则有可能引发桥梁事故。

6. 桥梁自身老化、养护不足和超载

在多年寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车船 撞击等的影响下,许多桥涵产生了各种大大小小的 病害,如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、墩台 基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道 被冲刷后严重变迁而危及桥头路基等,破坏了桥涵 的正常使用状态。这些不良状态,除了大大缩短桥 涵的使用寿命外,也威胁着过往行人和车辆的安全。

(三)国内外桥梁事故勘察分析

为了研究各种不利因素对桥梁事故的影响, 通过查阅大量的文献、书籍共收集了国内外 916 例桥梁事故资料,其中,国内桥梁为 376 例,国 外桥梁为 540 例,并对这些数据进行了初步的统 计分析 [3,4]。

从图 2 中可以看出,设计、施工、碰撞、水害、 超载形成了诱发事故的主体,而且诱发桥梁事故的 原因往往是多种不利因素的共同作用。

图 2 桥梁事故统计 [3,4]

 

国内外桥梁事故原因基本相同,施工、碰撞、 超载和水害所占比例最大。国内因施工、超载以 及水害导致的桥梁事故比例均高于国外,说明我 国桥梁事故治理的压力更大。

图 3 所示为 1900 年以来国外桥梁事故的次数 统计。从图 3 中可以看出,随着第二次世界大战后 交通基础设施的大规模建设,桥梁事故次数有明显 增加。

图 3 1900—2015 年国外的桥梁事故次数统计 [3,4]

 

图 4 为 1900 年以来国内桥梁事故的次数统计。 从图 4 可以看出, 20 世纪 60 年代以前的事故数量 极少,随着国家交通基础设施建设的发展,桥梁事 故开始增多。尤其是在 2000―2010 年,桥梁事故 次数急剧增加,远高于同时期国外的桥梁事故。因 此,我国的桥梁安全形势异常严峻。

图 4 1900—2015 年国内的桥梁事故次数统计 [3,4]

 

国内外不同类型的桥梁(梁桥、拱桥、斜拉桥) 事故统计分析如图 5 所示。

图 5 国内外不同类型的桥梁事故统计 [3,4]

 

国内外常规桥梁(跨度较小者)的事故次数最 多,超过 50 %,国内拱桥事故数量明显高于国外, 而国外悬索桥事故数量远高于国内。同时,国外未 知结构类型的桥梁事故数量高于国内。造成拱桥事 故数量差异的主要原因是我国拱桥的数量明显高于 国外;而造成悬索桥桥梁事故数量差异的主要原因 是国外悬索桥的发展早于我国,在发展初期由于设 计经验相对不足,以及运营时间长、经历桥梁事故 风险较多等原因,导致国外悬索桥出现较多事故。

选择有明确开通年份和事故年份的国内桥梁 172 座,国外桥梁 147 座,绘制出事故桥梁的服役 时间图,如图 6 所示。

图 6 国内外桥梁发生事故时的服役时间占比 [3,4]

 

从图 6 可以看出,国内桥梁破坏时服役时间超过 50 年的约占 5.8%,服役时间超过 100 年的只占 0.6%,远低于国外桥梁。同时这些桥梁的平均服役时 间仅为 23.8 年,远不及国外事故桥梁的平均服役时间 ( 40 年),还不到设计寿命(按 100 年计)的 1/4。

由于拉索构件长期暴露于自然环境中,加上设 计、施工周期短而考虑不足、后期管理养护不力等, 极易造成拉索承载力发生退化,最后导致拉索不能 继续承载而必须将其早于设计基准期更换。表 1 为 既有斜拉桥换索情况统计,可以看出所有已换索斜 拉桥拉索平均寿命约为 13 年,最短为 6 年,远小 于现有斜拉桥的设计基准期(100 年)。

表 1 我国斜拉桥换索时间统计表