凤凰大桥坍塌原因详解

2008年1月22日，国务院召开新闻发布会，公布了5起重特大事故的调查处理结果，其中包括2007年8月13日发生在凤凰古城的那起震惊中外的塌桥事故。这一天，位于湖南省湘西自治州凤凰县在建中的堤溪沱江大桥突然坍塌，造成64人死亡，22人受伤。目前，大桥坍塌的技术和管理原因均已查明，有24人被移送司法机关处理，33人受到党纪、政纪处分，相关单位和人员也受到相应的处罚。需要我们记住的，不是哪些人被处理，而是类似的事故如何不再发生！

事故经过
堤溪沱江大桥工程是凤大公路工程的一部分(编者注：相关勘察设计单位、施工单位和监理单位情况在本刊2007年第11期已有介绍，本文不再重述)，大桥全长328.45m，桥面宽13m，桥型为4孔65m跨径等截面悬链线空腹式无铰拱桥，大桥桥墩高达33m，为连拱石拱桥。这个桥型对工程材料、施工工艺的要求很高，砌筑人员必须具备熟练的技术和丰富的经验。
堤溪沱江大桥于2004年3月12日开工，计划工期16个月。由于征地拆迁阻工和基础处理等原因，工程未按时完工，直到2006年底才完成大桥墩、台的砌筑。2007年4月底完成主拱圈支架的搭设。2007年5月5日，施工单位开始连续砌筑大桥主拱圈及横墙、腹拱等拱上建筑。2007年7月9日，开始拆卸主拱圈支架。事故发生时，大桥腹拱圈、侧墙的砌筑及拱上填料已基本完工，拆架工作接近尾声，计划于2007年8月底完成大桥建设所有工程，9月20日竣工通车，为湘西自治州50周年庆典献礼。
在桥梁施工中，随着拱上荷载的不断增加，1号孔主拱圈受力最大的多个断面达到或接近极限强度，出现了开裂、掉渣，接着落下石块。在最先被完全破坏的0号桥台侧2号腹拱下方，主拱断面裂缝张大下沉，下沉量最大的断面右侧拱段(靠1号墩侧)带着2号横墙向0号台侧倾倒，通过2号腹拱挤压1号腹拱。1号腹拱为三铰拱，因其承受挤压能力最低而迅速破坏下塌。受连拱效应影响，整个大桥迅速向0号台方向垮塌。坍塌事故现场见图1所示。事故发生过程中，有64名作业人员死亡，88名作业人员生还(其中22人受伤)，死亡分布情况见图2所示。
图1 堤溪沱江大桥坍塌事故现场示意图

图2 堤溪沱江大桥坍塌事故死亡人员分布图

事故原因
事故调查组通过现场取证、材料查阅、软件模拟等手段，汇集各方数据资料，认定了事故发生的直接原因和间接原因。
一、直接原因
事故调查组对堤溪沱江大桥进行了原设计和坍塌阶段结构平行检算，结果表明，原设计的主拱圈和桥墩其强度和刚度能满足规范要求，原设计的结构布置、结构尺寸、选用材料较为合理，设计的施工工序基本可行，但营运期间拱圈安全储备偏低。多种综合地质勘察表明，堤溪沱江大桥桥墩、桥台未见位移发生，导致大桥坍塌的直接原因是：主拱圈砌筑材料未达到规范和设计要求，上部构造施工工序不合理，主拱圈砌筑质量差，拱圈砌体的整体性和强度降低。随着拱上施工荷载的不断增加，造成1号孔主拱圈最薄弱部位强度达到破坏极限而坍塌，受连拱效应影响，整个大桥迅速坍塌。
1.主拱圈砌筑材料不能满足设计和规范要求
主拱圈从其设计和规范要求来说，一是未按照“60号块石、形状大致方正”的设计要求控制拱石规格，实际施工时多采用重50～200kg、且未经加工的毛石，坍塌残留拱圈断面呈现较多片石。二是主拱圈砌体未完全按“20号小石子混凝土砌筑60号块石”的要求施工，部分砌体采用了水泥砂浆。主拱圈大部分砌体小石子混凝土强度低于设计规范要求值，其中1号孔1～2号横墙之间主拱圈砌体小石子混凝土的实测抗压强度尤低。特别是在0号台拱脚处小石子混凝土平均强度不足5MPa，与设计指定20号小石子混凝土强度相差甚远。三是机制砂含泥量较高，最大值达16.8%，远远超过不大于5%的要求。碎石含泥量为2.6%，超过不大于2%的标准。四是采用的普通硅酸盐水泥(等级32.5)不合格，烧失量在5.22%～5.98%之间，不能满足不大于5%的标准要求。主拱圈施工实际情况与规范要求的差异情况见表1。
2.砌筑工艺不符合规范规定
砌筑工艺一是设计要求主拱圈砌筑程序为“二环、三带、六段”(编者注：砌筑拱圈时，应根据拱圈跨径、矢高、厚度及拱架的情况，设计拱圈砌筑程序。对于跨径≥25m的拱圈，一般采用分段砌筑或分环、分带、分段相结合的方法砌筑)，而实际施工更改为“三环、五带、六段”，按“田”字形或分割为更多条块的方式无序砌筑，导致砌体整体性差。二是主拱圈、横墙、腹拱、侧墙连续施工，并在主拱圈未完全达到设计强度即进行落架施工作业，造成砌体缺乏最低要求的养护期，拱圈提前承受拱上荷载，降低了砌体的整体性和强度。三是拱圈砌体强度尚在发展中，弹性模量较低，腹拱侧墙及填料等加载不均衡、不对称，导致拱圈变形及受力不匀。四是各环在不同温度无序合拢，造成拱圈内产生附加的永存的温度应力，削弱了拱圈强度。
3.拱圈砌筑质量差
砌缝宽度极不均匀，最大处超过10cm(设计要求不大于5cm)。部分砌筑不密实，未进行分层振捣。砌体存在空洞(大的空洞直径超过15cm)，下雨或洒水养护时桥下漏水现象较普遍。主拱圈施工不符合设计或规范要求的达13项(见表1)，其中0号台拱脚处大约4m多宽范围内的砌体质量最差。

二、间接原因
对堤溪沱江大桥坍塌事故，施工单位、建设单位、监理单位、设计单位，乃至有关主管部门都负有一定责任。
施工单位严重违反有关桥梁建设的法规标准，擅自变更原主拱圈施工方案，违规乱用料石，主拱圈施工不符合规范要求，在主拱圈未达到设计强度的情况下就开始落架施工作业。
建设单位对发现的施工质量不合规范、施工材料不合要求等问题未认真督促施工单位整改，未经设计单位同意，擅自与施工单位变更原主拱圈设计施工方案，盲目倒排工期赶进度，越权指挥，甚至要求监理不要上桥检查。
监理单位未能依法履行工程监理职责，对施工单位擅自变更原主拱圈施工方案未予以制止，在主拱圈施工关键阶段投入监理力量不足，对发现的主拱圈施工质量问题督促整改不力，在主拱圈砌筑完成但拱圈强度资料尚未测出的情况下即签字验收合格。
勘察设计单位违规将地质勘察项目分包给个人，设计深度不够，现场服务和设计交底不到位。
有关主管部门和监管部门及地方政府未认真履行职责，疏于监督管理，没有及时发现和解决工程建设中存在的质量和安全隐患问题等，是造成事故的间接原因。

防范灾难重演
国务院事故调查组的技术调查报告中，对建设单位、施工单位、监理单位和勘察设计单位，分别提出了技术防范措施建议。
该建议要求，建设单位按合理工期组织建设，杜绝赶工期抢进度的行为。加强工程招投标管理，严格市场准入。选择施工队伍时，不仅认真审查施工企业的资质，更要考察施工企业的施工经历和实际能力。建设单位不得违规指挥，不得超越职权代行监理职责。
施工单位应按照施工规范和设计要求进行施工，不得任意变更。要加强施工技术管理，编制详细的施工组织设计、质量控制措施、安全防范措施，确保施工安全。
监理单位应认真履行对工程质量安全的监理职责，加强对原材料质量、关键环节、关键工序的质量控制。发现工程质量问题后，应积极采取有效措施督促整改到位。
勘察设计单位应认真执行勘察设计规程和有关标准规范，加强设计后续服务，提高设计对施工的指导性。施工图设计深度必须满足施工要求，对关键工序的施工工艺应作出详细说明，并进行技术交底。

编者的话：关键是各司其职 各负其责
位于湖南西部的凤凰古城，本是一个风景秀丽、历史悠久的旅游小镇，然而在2007年8月13日发生的事故，使它载入了黑色的历史。
在公路桥梁建筑行业，本有一套严密的、环环相扣的质量安全保障体系。建设单位首先委托具有相关资质的勘察单位，对桥梁预选建设地点的地质条件等进行勘察，继而由设计单位根据建设单位提出的条件，进行精密复杂的工程力学计算，设计桥型等，为施工单位提供图纸；施工单位根据前期设计方案进行施工，期间可能根据实际进展，对设计方案进行变更；监理单位接受建设单位的委托，对整个建设过程进行专业监督。政府在建设项目中的角色是项目审批、监督检查等。堤溪沱江大桥工程的相关单位见图3所示。

根据我国现行法律法规要求，建设单位的以上3项“委托”，都必须严格按照招投标程序开展。堤溪沱江大桥的建设单位，在这方面并未有违规行为，委托的设计、勘察、施工和监理单位，在业内也是赫赫有名，相关资质健全。然而，这个看似完美的结构图，表面上遵循了一套有效的权利制衡架构，却因职责执行上的差池，演变成一场巨大的灾难。这套权利制衡体系的失效，与市场大环境密不可分。
目前，我国的建筑施工、设计勘察、监理公司数量众多，超过了市场需求。可想而知，对于堤溪沱江大桥这样一个耗资千万的大项目，投标单位的竞争必然异常激烈。建设单位出于节省成本的考虑，招标时往往会选中出价最低的单位。中标单位接到工程后，受获利驱使，会通过层层转包等手段进一步压缩成本，降低工程质量，导致相应职责简化甚至落空。这一恶性循环，在堤溪沱江大桥工程上体现明显。
拿施工单位来说，尽管堤溪沱江大桥的承建单位为路桥集团，但其后的分包甚为复杂。据《中国新闻周刊》报道，堤溪沱江大桥的4个桥拱分别由4个工程队承包，其中1位包工头还承建了所有的桥墩。脚手架的拆除也分包给了不同的工程队。在这个技术要求颇高的工程上，施工任务被分包后，保证质量和安全的责任被置之一旁。
而现场监理方在工程建设中，经常处于“三头受气”(建设单位、施工单位、项目总监)的地位。湖南一个公路监理工程师说，虽然监理单位是管施工单位的，但许多客观原因造成监理无法到位，比如上面要求赶进度，施工单位不服从监理指令，施工单位的投标单价低、工程款不到位等等。即便发现了问题，也会因为建设单位和施工单位的不配合而无法解决。
造成施工单位不严格按照规范进行砌筑等施工作业的一个重要原因是赶工期。2007年9月20日是湖南省湘西苗族自治州50周年大庆，堤溪沱江大桥被确定为“献礼工程”。直接受到赶工期压力的是施工单位，为尽快完成任务，安全和质量往往被放到次等位置，甚至被忽略。政府安全监管部门的监管难度和阻力也加大。然而，风光一时的“献礼工程”，可能后患无穷，不仅会使始作俑者丢掉乌纱帽，还会给人民群众的生命财产安全造成巨大伤害。
其实，由于法定职责无法落实而滋生的质量安全问题，大概不仅在这个工程上存在。堤溪沱江大桥的倒塌，也许是上天安排的一个警示。中国工程院院士、路桥工程专家郑皆连在《我国公路桥梁安全状况及对策》一文中提到：解决桥梁安全问题是一个系统的工程，政府部门、建设各方(勘察、设计、施工、监理)、养护管理部门、使用单位必须共同努力，各司其职、各负其责，才能避免悲剧重演。

编辑 王 璇