美橋欣賞

臺灣 南方澳大橋

事故調查官方視頻

一、前言

2019年10月1日，我國臺灣省宜蘭縣的南方澳大橋發生垮塌，吊桿斷裂，橋面、主拱塌陷掉落橋下，視頻震驚世界。

事件最終導致橋下6名被壓船員死亡，9名船員、1名油罐車司機、3名救援人員共13人受傷。

殘骸實景

2020年11月25日，距橋梁垮塌事件發生1年多后，事故調查報告終于完成。

那么，導致垮塌的原因是什么？哪些是原本可以避免的？垮塌案例對橋梁的設計、養護有什么經驗教訓可以吸取？本文試析之。

二、工程概況

南方澳大橋位于臺灣省宜蘭縣蘇澳港轄區內，橋梁全長 896.92米，主橋長 140米，橋寬 15 米，雙向 2 車道，設有中央分向島及人行步道，并設置 4 處半圓形景觀平臺。

主橋為雙叉式單拱設計，主橋結構包含拱架、吊桿、端錨系統、橋面大梁及其他結構。主橋結構示意圖如圖所示。

主橋的設計基本參照1992年建成的西班牙巴奎塔橋的設計。

參照西班牙巴奎塔橋

建設方：宜蘭縣政府；

設計方：亞新工程顧問股份有限公司；

施工方：立永營造有限公司；

通車時間：1998年。

三、事故調查

事故調查采用了三維激光掃描、無人機測繪、有限元建模等各種技術手段進行復原分析，調查項目包括：

1、現場勘查

所有橋梁構件包括：拱架、吊桿、鋼梁及支座打撈上岸，對結構尺寸、焊接、銹蝕等進行調查檢測，并對現場的錨頭進行無損探傷、對橋面鋪裝厚度進行抽芯取樣。

2、材料試驗

現場取樣，對吊桿鋼絞線、錨頭拉伸測試（靜載錨固性能試驗）、錨頭的熒光探傷等。

3、有限元建模分析

通過有限元計算分析了不同工況：實測橋面厚度（超過設計厚度4cm）對結構影響分析、不同吊桿斷裂工況對結構影響分析、油罐車等運輸車輛通行的影響分析、主橋吊桿容許斷裂股數分析、吊桿連鎖破壞模式分析、橋梁鋼梁各階段應力分析等。

通過調查分析，查明橋梁垮塌過程及原因。

四、垮塌過程

大橋吊桿外部均以紅色HDPE套管包覆，上下錨頭分別在拱圈及橋面內部。由于鋼絞線及錨頭破壞發生在內部，大橋斷裂視頻看到的僅僅是外包HDPE套管斷裂的情況，其實不是真正的實際破壞位置及失效相對順序。

吊桿真正的斷裂順序是：

當視頻中的油罐車行經大橋10號吊桿附近，11號吊桿因為下錨頭附近鋼絞線嚴重銹蝕，殘余強度因無法承受負載而斷裂，相鄰之10、12號吊桿及9、13號吊桿下錨頭處銹蝕鋼絞線陸續斷裂，隨后8號錨頭，6號錨頭及7號吊索，4、5號錨頭，3號錨頭，2號錨頭，及1號錨頭等其它吊桿系統連鎖破壞。

大橋隨之垮塌。

摘自事故調查報告第1冊 P258

五、垮塌直接原因

和多數出問題的吊桿拱橋一樣，該橋垮塌的直接原因是下錨頭及附近吊桿銹蝕。

調查發現，該橋所有下錨頭附近吊桿都存在不同程度銹蝕，銹蝕最嚴重的 10、11、12、13 號吊桿下錨頭附近鋼絞線有效殘余截面積僅剩余約 22% ～ 31%。

鋼絞線嚴重銹蝕后，導致承載力不足，這是橋梁垮塌的直接原因。

吊桿鋼絞線及錨端銹蝕

為什么銹蝕？因為有水。

水從哪里來？來自橋面。

大橋的下錨頭沒有采用常用的導管設計，而是采用金屬短套箱，套箱下端安裝在橋面上，埋在橋面中央分隔島的混凝土中，埋置深度只有1～2厘米，沒有伸進鋼箱梁內部。

這種構造既不可靠，也不防水。

而且套箱與吊桿之間沒有設置減振體，吊桿與橋面的振動等可能導致套箱與橋面連接開裂松脫。

調查發現套箱與吊桿的接縫采用樹脂類填縫膠，填縫膠存在老化、開裂、松脫等病害，封水失效，水順著吊桿往下滲流。

下錨頭構造

吊桿錨端典型病害

下錨頭的錨固設計是采用開口向上的錨箱，然而這錨箱并沒有設置泄水孔，順著吊桿下滲的雨水就積聚在錨箱中，導致錨頭及吊桿長期浸泡在水中，大大加劇了錨頭及吊桿的銹蝕。

下錨頭錨箱積水示意圖

積水病害實景

垮橋視頻所見的油罐車并沒有超載，但卻是壓垮橋梁的最后一根稻草。

六、垮塌間接原因

 

1、養管職責不明確

南方澳大橋屬于蘇澳港跨港路，蘇澳鎮與港區共用。按照臺灣媒體的點評，大橋管養情況是權責分工不明、管理脫序。

由于養管責任一直不明確，導致大橋沒有按照相關規范進行檢測與養護，也無法定主管機構對大橋的管養情況進行監管。

2、橋梁例行檢查制度沒有執行到位

臺灣省的橋梁定期檢查周期為2年，但橋梁建成后21年間總共只進行了7次定期檢查，定期檢查周期明顯不滿足規范要求。

大橋垮塌前距離最近一次定期檢查時間間隔為3年7個月，沒有按時進行定期檢查。

除了定期檢查周期不滿足要求外，橋梁建成后也沒有進行過任何特殊檢查。

3、橋梁檢查流于形式，深度不足

大橋除了檢查周期不滿足要求外，檢查深度也達不到要求。

所進行的7次定期檢查中，僅2009年進入過箱梁內部檢查，但沒有下錨頭的檢查內容及記錄。其余6次都沒有進入箱內檢查，根本沒有發現下錨頭積水及銹蝕的嚴重安全隱患及病害。

而最近一次定期檢查中，在沒對箱梁內的下錨頭及附近吊桿進行檢查、根本不掌握其狀況的情況下，吊桿的等級還評定為1類，即良好。

未掌握狀況下評定

七、設計方面的啟示

1、錨固系統的防水設計應嚴密而可靠

斜拉橋、吊桿拱橋的下錨頭錨固系統的防水設計首先應以堵封為主，措施應牢靠。特別是大橋位于出海口，屬重鹽害、高濕度區域，保護措施更應嚴密。

但大橋下錨頭采用少見的短套箱而非深入橋面鋼梁的套管，也沒有減振設計，套箱與橋面鋼梁連接處容易松脫；金屬短套箱與吊桿之間僅用密封膠封縫，容易老化脫落。

上述兩防水部位封水措施一旦失效，橋面雨水都就會下滲，帶來耐久性與安全性問題。

2、防水設計應堵疏結合

下錨頭的防水除了封堵嚴密外，還要考慮萬一出現滲漏后的排水。南方澳大橋下錨頭錨箱沒有設置泄水孔，雨水下滲后無法排出變為集水箱，下錨頭與鋼絞線長時間處于具鹽分的積水環境中，從而造成積水線附近之鋼絞線嚴重銹蝕，并最終銹斷。

考慮到可能的漏水問題，是否在錨箱底板開孔引流，會大大減緩吊桿的銹蝕？

3、設計也應杜絕非法轉包分包

大橋設計是由亞新工程顧問股份有限公司中標，但亞新既沒有類似業績也沒有實際能力設計類似橋型，真正負責設計的是外國顧問公司VCE（Vienna Consulting Engineers ZT GmbH），橋型方案、結構計算細部設計等都是由 VCE 負責，亞新公司僅僅負責圖紙的復核校對。設計實際上是轉包，嚴重影響設計質量及服務。

八、管養方面的啟示

1、橋梁應明確劃分養管責任

任何橋梁均需明確劃分并落實橋梁安全運行的工作責任，具體承擔橋梁養護和管理的管養單位、代表政府承擔監管責任的監管單位均應按照分工，各自履責。

2、橋梁檢查制度應嚴格執行

各國對橋梁檢查方式、檢查內容、檢查頻率等的規定大同小異，但重在遵守與落實。管養單位應嚴格遵照制度規定進行橋梁檢查，做到病害早發現早處治。

3、橋梁檢查廣度深度應滿足要求

橋梁檢查類型，分為經常檢查（經常巡查）、定期檢查（定期檢測）、特殊檢查（特別檢測），各種類型都有明確的技術規定與要求，關鍵是檢查深度與廣度能夠達到要求，特別是定期檢查廣度應能覆蓋主要的受力構件，檢查深度能準確評定橋梁狀態，確定橋梁安全與否。否則，檢查流于形式所帶來的則是血的教訓。

4、橋梁養護工程師制度應落實

由于養護單位不熟悉橋梁的管養制度與規定，具體養護主辦沒有橋梁方面的專業知識與技能，對規范不了解，沒有執行規范有關檢測與養護的規定，管養不到位，這也是橋梁垮塌的主要原因之一。所以推行橋梁養護工程師制度非常重要而且十分必要。

九、其他方面的啟示

1、大橋曾經安裝了安全監測系統，對風力、地震、應變、溫度等項目進行監測，系統使用壽命僅5年，期間監測數據也沒有提供給營運處，所謂的監測系統基本成為擺設。這種狀況跟目前很多橋梁健康監控系統類似，實用性不強，更不能保證橋梁不垮塌。

2、大橋的主要構件來自世界各地：吊桿鋼絞線來自英國Bridon-Bekaert 公司；吊桿的HDPE套管為奧地利制造；吊桿的錨固系統來自法國 Freyssinet公司；鋼支座為日本川口金屬工業所制造。

3、大橋的2、3、4、5、6、8號吊桿破壞是因為上錨頭破裂；現場取基本完好的10、11號上錨頭和鋼絞線樣品進行靜載錨固試驗，結果表明，錨頭而非鋼絞線發生破裂，結果表明大橋所用錨頭不滿足要求，質量存疑。這說明，不要迷信所謂國外知名產品。

 

十、結語

它山之石可以攻玉，大橋垮塌事件方方面面的教訓都值得我們好好反思。

正在施工的新南方澳跨港橋