美桥欣赏

台湾 南方澳大桥

事故调查官方视频

一、前言

2019年10月1日，我国台湾省宜兰县的南方澳大桥发生垮塌，吊杆断裂，桥面、主拱塌陷掉落桥下，视频震惊世界。

事件最终导致桥下6名被压船员死亡，9名船员、1名油罐车司机、3名救援人员共13人受伤。

残骸实景

2020年11月25日，距桥梁垮塌事件发生1年多后，事故调查报告终于完成。

那么，导致垮塌的原因是什么？哪些是原本可以避免的？垮塌案例对桥梁的设计、养护有什么经验教训可以吸取？本文试析之。

二、工程概况

南方澳大桥位于台湾省宜兰县苏澳港辖区內，桥梁全长 896.92米，主桥长 140米，桥宽 15 米，双向 2 车道，设有中央分向岛及人行步道，并设置 4 处半圆形景观平台。

主桥为双叉式单拱设计，主桥结构包含拱架、吊杆、端锚系统、桥面大梁及其他结构。主桥结构示意图如图所示。

主桥的设计基本参照1992年建成的西班牙巴奎塔桥的设计。

参照西班牙巴奎塔桥

建设方：宜兰县政府；

设计方：亚新工程顾问股份有限公司；

施工方：立永营造有限公司；

通车时间：1998年。

三、事故调查

事故调查采用了三维激光扫描、无人机测绘、有限元建模等各种技术手段进行复原分析，调查项目包括：

1、现场勘查

所有桥梁构件包括：拱架、吊杆、钢梁及支座打捞上岸，对结构尺寸、焊接、锈蚀等进行调查检测，并对现场的锚头进行无损探伤、对桥面铺装厚度进行抽芯取样。

2、材料试验

现场取样，对吊杆钢绞线、锚头拉伸测试（静载锚固性能试验）、锚头的荧光探伤等。

3、有限元建模分析

通过有限元计算分析了不同工况：实测桥面厚度（超过设计厚度4cm）对结构影响分析、不同吊杆断裂工况对结构影响分析、油罐车等运输车辆通行的影响分析、主桥吊杆容许断裂股数分析、吊杆连锁破坏模式分析、桥梁钢梁各阶段应力分析等。

通过调查分析，查明桥梁垮塌过程及原因。

四、垮塌过程

大桥吊杆外部均以红色HDPE套管包覆，上下锚头分别在拱圈及桥面内部。由于钢绞线及锚头破坏发生在内部，大桥断裂视频看到的仅仅是外包HDPE套管断裂的情况，其实不是真正的实际破坏位置及失效相对顺序。

吊杆真正的断裂顺序是：

当视频中的油罐车行经大桥10号吊杆附近，11号吊杆因为下锚头附近钢绞线严重锈蚀，残余强度因无法承受负载而断裂，相邻之10、12号吊杆及9、13号吊杆下锚头处锈蚀钢绞线陆续断裂，随后8号锚头，6号锚头及7号吊索，4、5号锚头，3号锚头，2号锚头，及1号锚头等其它吊杆系统连锁破坏。

大桥随之垮塌。

摘自事故调查报告第1册 P258

五、垮塌直接原因

和多数出问题的吊杆拱桥一样，该桥垮塌的直接原因是下锚头及附近吊杆锈蚀。

调查发现，该桥所有下锚头附近吊杆都存在不同程度锈蚀，锈蚀最严重的 10、11、12、13 号吊杆下锚头附近钢绞线有效残余截面积仅剩余约 22% ～ 31%。

钢绞线严重锈蚀后，导致承载力不足，这是桥梁垮塌的直接原因。

吊杆钢绞线及锚端锈蚀

为什么锈蚀？因为有水。

水从哪里来？来自桥面。

大桥的下锚头没有采用常用的导管设计，而是采用金属短套箱，套箱下端安装在桥面上，埋在桥面中央分隔岛的混凝土中，埋置深度只有1～2厘米，没有伸进钢箱梁内部。

这种构造既不可靠，也不防水。

而且套箱与吊杆之间没有设置减振体，吊杆与桥面的振动等可能导致套箱与桥面连接开裂松脱。

调查发现套箱与吊杆的接缝采用树脂类填缝胶，填缝胶存在老化、开裂、松脱等病害，封水失效，水顺着吊杆往下渗流。

下锚头构造

吊杆锚端典型病害

下锚头的锚固设计是采用开口向上的锚箱，然而这锚箱并没有设置泄水孔，顺着吊杆下渗的雨水就积聚在锚箱中，导致锚头及吊杆长期浸泡在水中，大大加剧了锚头及吊杆的锈蚀。

下锚头锚箱积水示意图

积水病害实景

垮桥视频所见的油罐车并没有超载，但却是压垮桥梁的最后一根稻草。

六、垮塌间接原因

 

1、养管职责不明确

南方澳大桥属于苏澳港跨港路，苏澳镇与港区共用。按照台湾媒体的点评，大桥管养情况是权责分工不明、管理脫序。

由于养管责任一直不明确，导致大桥没有按照相关规范进行检测与养护，也无法定主管机构对大桥的管养情况进行监管。

2、桥梁例行检查制度没有执行到位

台湾省的桥梁定期检查周期为2年，但桥梁建成后21年间总共只进行了7次定期检查，定期检查周期明显不满足规范要求。

大桥垮塌前距离最近一次定期检查时间间隔为3年7个月，没有按时进行定期检查。

除了定期检查周期不满足要求外，桥梁建成后也没有进行过任何特殊检查。

3、桥梁检查流于形式，深度不足

大桥除了检查周期不满足要求外，检查深度也达不到要求。

所进行的7次定期检查中，仅2009年进入过箱梁内部检查，但没有下锚头的检查内容及记录。其余6次都没有进入箱内检查，根本没有发现下锚头积水及锈蚀的严重安全隐患及病害。

而最近一次定期检查中，在没对箱梁内的下锚头及附近吊杆进行检查、根本不掌握其状况的情况下，吊杆的等级还评定为1类，即良好。

未掌握状况下评定

七、设计方面的启示

1、锚固系统的防水设计应严密而可靠

斜拉桥、吊杆拱桥的下锚头锚固系统的防水设计首先应以堵封为主，措施应牢靠。特别是大桥位于出海口，属重盐害、高湿度区域，保护措施更应严密。

但大桥下锚头采用少见的短套箱而非深入桥面钢梁的套管，也没有减振设计，套箱与桥面钢梁连接处容易松脱；金属短套箱与吊杆之间仅用密封胶封缝，容易老化脱落。

上述两防水部位封水措施一旦失效，桥面雨水都就会下渗，带来耐久性与安全性问题。

2、防水设计应堵疏结合

下锚头的防水除了封堵严密外，还要考虑万一出现渗漏后的排水。南方澳大桥下锚头锚箱没有设置泄水孔，雨水下渗后无法排出变为集水箱，下锚头与钢绞线长时间处于具盐分的积水环境中，从而造成积水线附近之钢绞线严重锈蚀，并最终锈断。

考虑到可能的漏水问题，是否在锚箱底板开孔引流，会大大减缓吊杆的锈蚀？

3、设计也应杜绝非法转包分包

大桥设计是由亚新工程顾问股份有限公司中标，但亚新既没有类似业绩也没有实际能力设计类似桥型，真正负责设计的是外国顾问公司VCE（Vienna Consulting Engineers ZT GmbH），桥型方案、结构计算细部设计等都是由 VCE 负责，亞新公司仅仅负责图纸的复核校对。设计实际上是转包，严重影响设计质量及服务。

八、管养方面的启示

1、桥梁应明确划分养管责任

任何桥梁均需明确划分并落实桥梁安全运行的工作责任，具体承担桥梁养护和管理的管养单位、代表政府承担监管责任的监管单位均应按照分工，各自履责。

2、桥梁检查制度应严格执行

各国对桥梁检查方式、检查内容、检查频率等的规定大同小异，但重在遵守与落实。管养单位应严格遵照制度规定进行桥梁检查，做到病害早发现早处治。

3、桥梁检查广度深度应满足要求

桥梁检查类型，分为经常检查（经常巡查）、定期检查（定期检测）、特殊检查（特别检测），各种类型都有明确的技术规定与要求，关键是检查深度与广度能够达到要求，特别是定期检查广度应能覆盖主要的受力构件，检查深度能准确评定桥梁状态，确定桥梁安全与否。否则，检查流于形式所带来的则是血的教训。

4、桥梁养护工程师制度应落实

由于养护单位不熟悉桥梁的管养制度与规定，具体养护主办没有桥梁方面的专业知识与技能，对规范不了解，没有执行规范有关检测与养护的规定，管养不到位，这也是桥梁垮塌的主要原因之一。所以推行桥梁养护工程师制度非常重要而且十分必要。

九、其他方面的启示

1、大桥曾经安装了安全监测系统，对风力、地震、应变、温度等项目进行监测，系统使用寿命仅5年，期间监测数据也没有提供给营运处，所谓的监测系统基本成为摆设。这种状况跟目前很多桥梁健康监控系统类似，实用性不强，更不能保证桥梁不垮塌。

2、大桥的主要构件来自世界各地：吊杆钢绞线来自英国Bridon-Bekaert 公司；吊杆的HDPE套管为奧地利制造；吊杆的锚固系统来自法国 Freyssinet公司；钢支座为日本川口金属工业所制造。

3、大桥的2、3、4、5、6、8号吊杆破坏是因为上锚头破裂；现场取基本完好的10、11号上锚头和钢绞线样品进行静载锚固试验，结果表明，锚头而非钢绞线发生破裂，结果表明大桥所用锚头不满足要求，质量存疑。这说明，不要迷信所谓国外知名产品。

 

十、结语

它山之石可以攻玉，大桥垮塌事件方方面面的教训都值得我们好好反思。

正在施工的新南方澳跨港桥