【高见】江苏响水县2·2月港大桥系杆拱梁塌落事故回顾浅析

2月2日下午5点46分，江苏省盐城市响水县月港村，由中铁十二局承建的连申线月港大桥在施工过程中发生系杆拱梁塌落事故，造成5人死亡。随后，交通运输部决定对事故实施挂牌督办。截至目前，事故河道的清理工作还在进行。

月港大桥位于响水县市中心东南方向约15公里处，是连申线黄响河至淮河入海水道段航道整治工程的一部分。这个航道整治工程又是江苏省干线航道网规划中连申线航道的重要组成部分。航道等级二级，设计船舶吨级2000吨。项目要求的通航净空尺度下限是70米净宽与7米净高，通航水深不小于4米。为满足这一通航要求，沿线有六座桥梁要进行改建，要一跨过河，月港大桥就是其中之一。

旧月港大桥是1996年建成的，主跨跨径51米，有两处水中支墩占用了通航宽度，通航孔净宽只有45米，所以要被整体拆除，在原址上改建成跨径92.5米的新月港大桥。新月港大桥桥下净高与旧桥一致，都是7米。与此同时，新月港大桥与旧桥结构形式也相同，都是下承式钢管混凝土系杆拱桥。

这里稍微展开解释一下。拱桥按照桥面在桥拱上的相对位置，分为上承式、中承式与下承式。月港大桥属于下承式。与此同时，月港大桥的拱肋是钢管混凝土结构，桥面设置了能够承受拉力的系杆，将两端拱脚拉住，避免拱脚向两岸的基础向外推。简单来说，整个桥梁的受力路径是：车辆与桥面重量通过桥面梁体传递给竖向吊杆，吊杆将拉力传递给拱肋，拱肋整体受压，将吊杆拉力沿着拱肋走向传递到了两端的拱脚。之后，垂直分量的力由桥墩承担，水平分量的力靠系杆以拉力的方式抵消。整个桥梁就像一张弓，拱肋是弓背，系杆是弓弦。

如果把传力路径反过来，就会变成另一种小众桥型——上承式悬带桥。代表案例有湖南邵阳洞口淘金大桥，以及哥斯达黎加的克罗拉多桥。新桥选择与旧桥相同的净高高度，选择相同的桥梁构型，最显著的好处就是不改变桥面的上下标高，不额外增加引桥长度，这样就能避免额外征地，大幅削减项目费用。

此外，项目施工期间河道要保持正常通航，这反过来也限制了施工方案。这种桥梁工程施工难度最低的方案是“先梁后拱”的支架法，但这需要在桥位铺设满堂支架，会长期占用河道，阻断通航。另一种是“先拱后梁”的缆索吊装法，修建桥面梁体需要用缆索吊装与悬臂作业，同样会干扰通航。月港大桥选择用“整体浮吊”方案，能够最大限度减少对航道的干扰。这种施工方案国内十几年前就开始推广了，有大量应用案例。

事故发生后，月港大桥施工图文件在网上流传。有人敏锐注意到，图纸中的吊点与实际浮吊吊点不同。图纸中的吊点是拱脚，而实际浮吊时吊点在拱肋上。刚才提到，拱肋正常情况下是受压结构，吊点选择在拱脚上符合桥梁传力路径。但如果把吊点选在拱肋上，就可以让拱肋变成受拉结构。因此有人推测，这一浮吊过程导致了拱肋结构受损，进而引发事故。

这个推测乍一看似乎有点道理，但其实是不懂桥梁施工的说法。国内的系杆拱桥整体吊装施工，从十几年前就普遍把吊点选在拱肋上。在吊装阶段，进行骨架自重较轻，施工方案也经过了多年充分论证，通过拱肋起吊安全可靠。退一步说，就算想从拱脚处起吊，由于月港大桥一跨过河，桥面长度大于航道宽度，浮吊船根本没有合适的作业面。施工图上画的吊点没有现实意义，更何况施工图下面还特地标注了一行免责条款：“吊点仅为示意，现场应自行设计”。因此，事故大概率与吊点位置无关。

月港大桥拱肋灌注混凝土是在1月18号，当天下了场大雪，之后气温较低。因此有网友推测，低温影响了混凝土水化反应，事故发生时，拱肋混凝土强度不达标。这个推测是有道理的。通过查询响水县天气记录可以看到，从1月18号到1月21号，当地气温始终处于零下，22日甚至短暂出现过零下11度。之后几天气温有所回升，但也始终在零度上下波动。根据月港大桥施工图设计说明，拱肋混凝土用的是C40补偿收缩自密实混凝土，低水化热。因此在连续几天零度以下的气温环境下，很难靠自身水化反应放热来维持混凝土零度以上的温度。设计说明要求，浇筑混凝土时环境温度应大于5摄氏度，后续施工工序应在拱肋钢管内混凝土达到设计强度后方可进行。这个气温条件直到现在也没有完全实现。从1月18日至2月2日的15天里，拱肋中的混凝土外围可能经受了多次微冻融循环，而且混凝土还掺了缓凝剂。施工单位按照夏季施工经验只做了两周的混凝土养护，实际等效养护龄期还不到一周。事故发生时，拱肋混凝土远没有达到设计强度。所以在桥梁结构失稳后，拱肋出现了非常夸张的上拱。但在事故发生瞬间，拱肋没有明显的失稳迹象。因此，拱肋强度不达标应该不是事故主要原因。或者应该说，施工现场还没有来得及充分暴露拱肋强度不足的隐患，就发生了结构连锁失效。

事故瞬间的监控画面取自周边村民的自家监控摄像头，画面分辨率较低。为了锁定最初的失效点位，我们需要还原事故现场。

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桥梁垮塌瞬间，可以看到背景处有一座房屋。结合卫星图与航拍图可以确认，这座房屋是桥梁西岸的工地建筑。事故瞬间的第一帧画面可以看到，劲性骨架系梁处出现了一处明显烟尘，对桥面形成遮挡，说明这是靠近摄像头的一侧。具体位置乍一看像是桥跨的四分之一处，但这是视角错觉。通过建模还原后，基本可以确定最初出现烟尘的位置接近跨中，在7号临时吊杆下方。说明这处吊杆率先出现的节点失效。之后只用了不到0.5秒，32根临时吊杆就发生了连锁失效。这是下承式系杆拱桥事故中典型的吊杆系统性失效。当一根吊杆突然发生断裂或脱锚时，下方桥面瞬间失去支撑并下落，冲击力与振动在几毫秒时间内被分配到邻近吊杆，并发生扭转与横向拉拽，导致邻近吊杆节点突然承受额外的荷载与剪力弯矩冲击，随后出现解扣式连续失效。

最近几年，国内不止一次发生过类似事故。2019年，台湾省南方澳大桥在载重油罐车开到桥面上时，11号吊杆破断，进而引发吊杆系统性失效，主纵梁在跨中处发生破坏，呈V字型坠入海中，并拉动拱脚产生瞬时向外位移，拱肋被拉拽并上拱，桥梁整体垮塌。后续调查发现，施工单位没有按图施工，事故前连续三年没有对桥梁结构进行检测，没能及时发现吊索严重锈蚀。2021年，杭绍台高速跨杭甬运河桥在施工过程中，西侧9号吊杆率先脱锚，随后吊杆系统性失效，系梁折断，桥面板下坠，拱肋整体失稳垮塌。事后调查发现，吊杆不符合标准，而且在整个施工过程中，各单位都忽视了吊杆的安全问题。

具体到月港大桥，事故发生时，桥梁处于临时结构体系状态。使用的吊杆并不是最终吊杆，而是施工阶段的临时钢管，主要作用是在系梁硬化之前，将劲性骨架固定到拱肋上。临时钢管与正式吊杆的中心线间距43.5厘米。在正式吊杆完成初张拉后，临时钢管会被集体拆除。临时吊杆钢管选用Φ219x13毫米无缝钢管，钢管两端分别与拱肋与系杆劲性骨架焊接。同时，钢管中线距离拱肋下方与系梁上方15厘米处均设置了法兰盘，用螺栓连接。法兰内径222毫米，外径320毫米，厚度22毫米。每处法兰节点使用8个8.8级M16螺栓。这一构造在施工现场画面中也能看到。

事故发生后，有人在现场用手机拍摄了桥梁残骸。画面中可以看到，有不少临时吊杆钢管残骸伸出了水面。钢管没有发生显著弯曲，断口都是法兰盘，而且可以确定都是上法兰。之所以说是上法兰，是因为钢管错断的朝向符合劲性骨架破坏塌落的特征。当然，还有更直观的证据。从施工画面中可以看到，下法兰附近有明显的污染物附着痕迹，可能是现场焊接切割过程中附着的烟尘，而残骸法兰端面附近没有污染物附着。如果觉得这个手机拍摄画面不够清晰，光线不够好，还有官媒在晴天用长焦镜头拍摄的画面，可以看到断口法兰周围没有污染物附着，是上法兰。到这一步，基本可以确认吊杆系统性失效都是发生在上法兰，而且法兰盘还一致出现了扭曲变形。法兰盘下方疑似出现了钢管凹陷。现在不能确定这是不是因为拍摄画面扭曲抖动造成的。如果确实发生了这种形变，说明在系梁坍塌不到0.5秒的瞬间，桥面发生了扭转，瞬间的冲击与剪力造成了30多个法兰盘的螺栓断裂失效。

但到这一步，我们还是没法确认最初发生失效的具体节点。业内有不少人猜测，最初失效节点可能是钢管与拱肋、钢管与劲性骨架的焊缝。考虑到是冬季施工，而且钢管与拱肋之间还是斜面仰焊，施工操作难度大，而且还是临时结构，容易出现质量隐患。这个猜测有一定道理。

接下来说说我的个人看法。事故发生当天，现场在浇筑系杆混凝土，混凝土标号C50，处在施工工序第八条。按照施工图纸，每根临时吊杆要承担5.3米长度的系梁载荷。根据系梁截面尺寸与C50湿混凝土密度，可以推算，刚浇筑完系杆混凝土时，每根临时吊杆要承担30多吨拉力。前面提到，临时吊杆选用的是Φ219x13毫米无缝钢管，材料是Q235B钢。按照材料与截面面积推算，每根临时吊杆钢管能够承受200多吨的拉力，冗余度还是比较高的。但是到了法兰节点，冗余度要低了不少。前面提到，法兰之间使用8个8.8级M16螺栓连接。8.8级M16螺栓抗拉强度一般是800到1000兆帕。根据国标文件，对应的螺纹公称应力截面积是167平方毫米，屈强比0.8。意味着单个螺栓承受拉力的上限是10.9吨到13.6吨，超过这个范围就会进入屈服阶段，发生不可恢复的形变。法兰节点最大可承受的轴向拉力在90到100吨左右，是钢管的一半。

浇筑系梁时，拱肋已经具备了一定刚度，而劲性骨架整体刚度非常低。从施工图中可以看到，系梁没有斜腹杆，95米长的梁体只靠四根角钢提供纵向刚度。在梁体混凝土完成养护之前，劲性骨架系梁在90多米尺度上是个偏柔性的结构，刚度远远低于拱肋。所以在整体吊装的画面中，可以看到劲性骨架系梁发生了肉眼可见的上拱。这个上拱并不是预拱，因为根据图纸，系杆轴线的跨中预拱值只有不到3厘米，肉眼根本看不出来。在系梁浇筑时，随着浇筑作业面从桥梁两端向跨中推进，劲性骨架系梁必然会不断发生下挠，越靠近跨中，下挠幅度越大。系梁下挠会拉扯临时吊杆钢管，导致钢管下端发生位移与偏转。而此时拱肋刚度远远大于系梁，在上法兰处就容易出现针对螺栓的撬力与剪切作用。一旦法兰盘接口处出现撬力，就会变成一侧受拉、一侧受压。30多吨垂直载荷会被集中到受拉侧的四根螺栓上，接近螺栓的屈服拉力。在此基础上再叠加剪力作用，螺栓很容易出现瞬间失效。如果此时拱肋因为强度不足也发生了下挠，还会进一步放大上法兰节点的风险。因此，我个人猜测，最初发生失效的节点很可能也是7号吊杆的上法兰。

但当我做出这个推论时，我自己又觉得很困惑。因为类似的桥梁结构方案与整体浮吊方案已经很常见了。如果法兰节点有这么大的隐患，应该很早就在其他项目上暴露过。为了横向比对验证，我又去查找了其他项目案例。2021年3月12日，通扬线三多西桥进行的整体浮吊作业。三多西桥的结构设计几乎与月港大桥完全一致，都是16对吊杆，4道K字风撑，有相同的拱肋与劲性骨架做法。这不是巧合。通过查阅三多西桥相关文件可以看到，三多西桥与月港大桥一样，设计单位都是华设设计集团。三多西桥比月港大桥更长，按理说如果设计方案有风险，更应该在三多西桥项目中暴露。但当我进一步挖掘三多西桥的施工现场画面时，发现三多西桥的临时吊杆钢管是直接利用了正式吊杆的预留孔，而且没有在拱肋与系梁之间设置连接法兰。这样一来，三多西桥在系梁浇筑时，就算发生了下挠，也是由抗拉抗剪能力更强的钢管来承担载荷，不容易发生瞬间失效。为了进一步验证，我又找了其他项目案例。南通海门天西大桥也是相似的结构设计和吊装方案。通过查找施工现场照片可以看到，天西大桥临时吊装钢管做法与三多西桥一样，都是直接利用了正式吊杆的预留孔，而且没有在拱肋与系梁之间设置临时法兰。靠钢管自身强度来确保系梁浇筑施工的结构稳定性。

月港大桥将临时吊杆钢管与正式吊杆错开布置，可能是为了方便桥梁的长期检修维护。吊杆缆索在投入使用后需要定期检修，出现锈蚀破损要更换。过去这类桥梁通常是用临时吊兜系统来更换吊杆，施工管理比较复杂。月港大桥单独设置临时吊点，在拱肋与系梁之间设置法兰盘接口，未来检修更换正式吊杆时，可以通过安装临时吊杆来完成力系转换，降低维护难度。但如果设计更改是在旧方案上打补丁，计算时没有考虑浇筑施工阶段的临时受力情况，就很容易出现设计隐患。当然，以上只是我的个人猜测，不一定对，仅供参考。最终结论以官方调查报告为准。

好，本期节目到此结束，感谢各位收看，我们下期再见。