河南义昌大桥垮塌:花炮威力与桥梁质量

发布时间:2013-03-14信息来源:佚名
发生垮塌事故的义昌大桥断裂的桥面

    爆炸瞬间

  1月31日夜里24点,34岁的河北司机石彦飞驾驶着车牌为冀A70380的解放安凯牌货车,运着满车的花炮,从蒲城县上了高速。他随后经渭南市进入连霍高速。核准载重5.9吨的货车超载了近4吨,而他的车辆也并未取得《烟花爆竹道路运输许可证》。随车人员是宏盛花炮制造有限公司的员工李瑞党和郭连理,两人也是河北人,分别是45岁和54岁。

据多位义昌村的村民回忆,2月1日的雾特别大,能见度不足30米,但不知道为什么高速路没有封闭。因此,来往车辆拥堵在双向共四车道的义昌大桥上,追尾事故频频发生。

宏盛花炮制造有限公司位于陕西省蒲城县桥陵镇六井村,该厂曾在2010与2012年的抽检中被查出不合格产品。在花炮行业,素有“南浏阳,北蒲城”之说。不过根据公开报道,该县2011年非法生产的花炮数量占全县总产量的一半左右。

石彦飞的货车上装着350袋“雷子炮”,重量大约9吨,以及200多箱内筒式烟花。据排爆专家王百姓介绍,这辆超载货车上的火药重量大约有1吨。“雷子炮”的主要成分是高氯酸钾和铝粉。蒲城县兴镇一家花炮厂的员工张鹏举在电话里告诉我们:“这种炮里面大约有四五克的药量。”而传统鞭炮的含量大约在0.05克左右。

爆炸发生的时间是2月1日早上8点52分。爆炸产生的气浪之大,超乎常人想象。

一个80米长的豁口将大桥南半幅决然分为两段。桥墩断成数截,桥面裂成碎块。黑烟滚滚,火药味与汽油味混杂在一起,刺激着人们的鼻腔。桥下,一辆辆扭曲变形的汽车仰面朝天堆叠在一起,一辆装运比亚迪(002594,股吧)新车的卡车也在其中,比亚迪的保修服务手册和其他司机随车携带的烟酒包装上裹了厚重的泥土,路障筒被气浪吹上天,挂在了树枝上。桥面上,隔离带的护板、直径达到六七厘米的烟花炮筒、孤零零的轮胎、拧成麻花的汽车铁片,还有被炸起的比亚迪汽车标志散落一地。

三门峡市网友“富贵猫”告诉我们:“大桥北半幅的北侧水泥护栏受到气浪冲击,往北侧偏移起码2厘米。”而河南省交通厅总工程师李强的说法是:“北侧的防撞墙往外移了10厘米。”

娄金英家是义昌村距离爆炸现场最近的,大约400米。爆炸之时,65岁的娄金英正在房子里拿着勺子,舀一碗面疙瘩汤。她正喊着孙子吃早饭,突然“砰”的一声,娄金英的耳朵被震蒙了,整个人被震得蹦了起来,“离地将近10厘米!”窗户上的玻璃也被震碎,散落在窗台、地面和盛面疙瘩汤的锅里。娄金英以为开着的电视坏了,她还训孙子:“你摸电视干啥!”

走到院子,娄金英傻眼了:几乎所有房子的玻璃都震碎了,满满一地!地面上和房顶上是可以看清的细长裂缝,窗框被震飞,铝合金门窗扭曲变形,更可怕的是房子上半部分比下半部分向外凸出来2厘米!

当时住得远些的人都来问娄金英:“是不是谁家煤气爆炸了?”义昌村村民荆发明告诉本刊:“从我家到义昌大桥中间的麦地上还有被炸飞的汽车铁皮,离桥有一两百米远。”这是一整块轿车上部的框架,它在麦地上几经弹跳才停到此处。

壹基金救援联盟河南户外救援总队三门峡支队的队长张浩和他的队友第一时间赶到现场,他告诉我们:“现场非常惨烈,可以看到零碎的手指、大腿等。”义昌村的村支书王新木告诉本刊记者:“我们有些村民当时就去参与救援了,我了解的情况是,当天上午找出来了9个人,5个人还活着。”根据官方给出的名单:义昌大桥坍塌事故导致13人死亡。

在三门峡市渑池县中医院,刘帅细心照顾着在坍塌事故中受伤的父亲刘德成

    垮塌过程

从散落桥面的爆竹碎屑和7.5米长的水泥护栏缺口来看,爆炸先于桥面坍塌。

排爆专家王百姓的说法代表了官方对事故原因的判定,除了花炮爆炸的威力,关键在于爆炸位置特殊,即“这个地方一塌,整个一块就塌掉了”。爆炸产生的水平推力使得桥面向车流方向移动,致使桥面梁体与西侧桥墩脱落。桥面滑脱后砸断了东侧桥墩,进而带倒了再东边的桥面。

因此,义昌大桥事故并非简单理解上的“炸毁”,而是因“落梁”而垮塌。一个直接的证据就是邻近爆炸点的西侧桥墩几乎完好。

发生爆炸的义昌大桥位于连霍高速K741+900公里处,渑池段服务区以西。这座大桥因地处河南省三门峡市渑池县义昌村而得名。连霍高速公路连接江苏连云港(601008,股吧)和新疆霍尔果斯,是我国公路网的横向大动脉。义昌大桥大约160米长,距离地面23.6米高,由多座桥墩与多个单跨为40米长的桥面梁体组成。

被炸毁的是自西向东方向的大桥南半幅,坍塌长度达80米,包括两跨桥面梁体与一座桥墩:即爆炸点所在的这一跨桥梁、东侧桥墩和再东边的一跨桥梁。从公开资料来看,爆炸发生在一跨桥面梁体上,距离西侧桥墩大约5至10米,距离东侧桥墩大约30至35米。

西南交通大学土木工程学院桥梁工程系的单德山教授认为:“桥梁上发生爆炸时,爆炸冲击波会对梁体及相邻桥墩产生冲击作用。这种波的传播原理与地震类似,震中先是纵波,上下震动,离震中远一些的地方则是横波,左右晃。”

义昌大桥属于简支梁桥。最恰当的比喻就是搭积木,两根柱子,上面搭上一块横板。只不过,简支梁桥以其体积与重量足够大来保证安全。所以,对于桥墩而言,其最擅长的就是承载竖向的压力,而对于水平方向的推力缺乏抵抗能力。换言之,简支梁桥的缺陷在于,当桥面在水平方向发生位移时,对坍塌的容忍度较低。这也是为什么在汶川地震、玉树地震中,公路桥大量发生“落梁”的原因。而拱桥则不同,其整体性较好,把力分散到各个点上去。

单德山教授给出了他的推理:“西侧桥墩主要承受竖向冲击,这没有超过桥墩的竖向承载能力,因而桥墩未发生破坏;东侧桥墩承受水平冲击,使得墩底的弯矩过大,墩底开裂倒塌。”这其中的核心是爆炸产生的水平推力导致了桥墩的断裂,进而发生“落梁”。此外,当时桥面上停着多辆重载卡车也是不容忽视的因素,这些重物在受到冲击波之后也对桥面再次撞击。

事实上,简支梁桥建造简单,应用广泛,单跨40米及以下的公路桥梁基本上采用这种结构形式,其在国内外被使用的比例大约占公路桥的60%~70%。而简支梁桥的缺陷也是在一般情况下桥梁设计者不需要考虑的。根据《公路桥涵设计通用规范》,桥梁所承受的作用中,不包括爆炸产生的冲击荷载,即设计桥梁时并不考虑抵抗爆炸力的作用,因而在桥梁上发生爆炸是极其危险的。

在义昌大桥“落梁”事故中,如果有足够的纵向限位措施,梁体滑落的可能将被杜绝。纵向限位措施,也就是与车辆行进方向相同的限位措施,这种措施包括用钢绞线将两个相邻桥面梁体的底部拴连起来。然而,我国对于地震烈度大于7度的地区的桥梁建筑才会设防。本刊记者掌握的资料显示,义昌大桥所处地区地震烈度为6度,按7度区设防,所以,义昌大桥并不需要设置纵向限位措施。

建筑质量之疑

义昌大桥垮塌后,公众对建筑质量的拷问喷涌而来。

其一是桥面梁体的钢筋过细。起因是河南省交通厅总工程师李强曾说:“桥面钢筋不是受力的,主要是为了提高行车的舒适性,不存在粗和细的问题。”

袁年朋是原中铁十一局一处的工程师,他认为人们持这种质疑主要是对桥梁建筑专业领域不了解。按照合同段的划分,连霍高速洛阳至三门峡段(以下简称洛三高速)当年的施工单位有12家,中铁十一局一处负责第四合同段。

袁年朋告诉本刊:“简支梁桥由多个单独的箱梁组成,搭桥时彼此之间有较大空隙,为了汽车通过时不会"咯噔"一下,有些桥面会通过钢绞线相连,再浇注一层连续梁,也就是李强所说的提高舒适性的意思。”单德山教授也认可这种说法:“桥面上的钢筋网主要是为了桥面连续,不同于水平桥面上的纵向限位措施。”

其二是桥墩中钢筋数量太少。“落梁”的关键环节就在于桥墩的断裂。以断裂成多截的桥墩上的钢筋凹槽来看,桥墩中垂直钢筋的凹槽明显,一个桥墩大概有10条,而缺少水平方向钢筋的凹槽,施工方很可能偷工减料。

袁年朋告诉我们,水平方向的钢筋又叫作箍筋,与垂直方向的钢筋共同组成“钢筋笼”,一般按照20~25厘米的间距放置钢筋,这样才能保证桥墩这样一根巨大的水泥柱子形成整体,增加其抗压能力。单德山教授告诉本刊:“我未到现场踏勘,对事故现场的具体情况不甚了解,不清楚桥墩的破坏情况。桥梁规范对桥墩中设置箍筋有明确的规定,若倒塌桥墩中的确未设置箍筋,这说明其不符合设计规范。箍筋的缺失,定会降低桥墩的承载能力。”

其三是洛三高速的诸多质量“案底”。2011年4月、2011年9月、2012年4月、2012年8月,洛三高速频繁出现护坡、天桥塌方等质量事故。

洛三高速修建于1998至2001年。耐人寻味的是,从1997至2003年,连续三任河南省交通厅厅长曾锦成、张昆桐、石发亮先后“落马”。媒体评价这一时期“河南高速公路的工程质量之低劣、国家损失之严重,是当地公路建设史上没有的”。从2000年起,河南高速公路进入“大修期”:郑州到许昌、许昌至漯河、开封至兰考、新乡到安阳等多段高速公路先后发生过建设质量事故,导致大笔追加投资,或维修或重建。

袁年朋告诉本刊记者:“2000年左右,第五合同段的一处高速公路排水涵洞被举报偷工减料,挖出来一看,涵洞基础里确实装着失效的水泥结块与编织袋。时任河南省交通厅厅长石发亮召开了现场会,将其作为反面教材,由洛三高速指挥部的李玉亭(音)主持会议,最终将其炸毁重修。”

义昌大桥所属第三合同段由当时的中铁三局第六工程处承担,其项目经理为吴占东。洛三高速的合同段自东向西排列,分布在洛阳市新安县、渑池县东、义马市、渑池县西、三门峡市等地。从义昌大桥开始,连霍高速上的公路桥依次是荆家大桥、王家庄大桥和许沟特大桥。袁年朋说,他所属的第四合同段一共12公里,起点位于王家庄大桥往东约100米处,距离义昌大桥约2.3公里。他认为,洛三高速的建设质量不可一概而论。例如邻近义昌大桥的许沟特大桥,因跨度大,施工难,曾在2003年荣获“中国建筑(601668,股吧)工程鲁班奖”。

通行量过大与超载

影响大桥安全的因素除了设计结构、建筑质量、爆炸等偶发状况外,还有通行量过大与超载严重。

根据公开资料,2001年洛三高速的交通量为每日12523辆,2013年的预测交通量将达到每日37196辆,几乎是刚通车时的3倍。重型车的通过比例则由10%左右升至近年的20%以上。而据央视报道,河南境内连霍高速的设计交通量是昼夜2.5万辆,但到2010年已达4万辆以上,大大超过设计标准。中交集团中层经理卢展勇说:“过大的交通量势必造成桥面的过度磨损,加上大量重载拖挂车通行与严重超载,很可能缩短道路寿命。”

随着交通量持续上升,洛三高速的服务水平逐渐下降,而且部分路段需要维修,经常出现较为严重的拥堵,已不能满足需要。目前,洛三高速改扩建为双向八车道高速公路的施工已经开始。

长期以来,通行量过大与货车严重超载对义昌大桥安全性的影响具体有多大仍不得而知。单德山教授认为:“如果交通量产生的运营荷载未超过规范的设计重量,桥梁结构可安全使用,若超过将会引起桥梁结构失效,甚至倒塌。”