对武汉长江大桥被船撞76次事故的反思
2014-07-17
1. 前言
1957年武汉长江大桥通车，到2007年50周年时统计，已被船撞75次，平均每年1.5次。隔了4年后的2011年6月6日早晨6时50分许，又被“分节油63006”号长航空载油驳在下行通过主航道桥孔时，正面撞上七号桥墩墩身。交通（含公路、铁路）未中断。而船体头部向上裂开一个大口子，所幸油船上的货油，在岳阳市已卸载，否则油料泄漏将对长江造成污染，对环境造成严重影响[1]。
迄今统计，长江上已建和在建的大桥有65座[8、9]，被船撞的总次数不下百起之多，而武汉大桥被撞的次数最多，作为曾参加武汉、南京、枝城、九江四座长江大桥建设的老兵，吾曾亲眼目睹几次船撞桥事故的悲剧，虽然桥体未受到严重损坏，而船毁、沉没、人亡、物失等毁灭性灾难的憾事，却历历在目久久不能忘怀，心中产生实在难以压抑的痛苦，对受难受损的人员深为同情。看来，今后还会发生类似事件，怎么办？“身退未敢忘忧国”反思一下，究竟问题出在哪里？今后如何解决？与专门研究船撞桥问题的同志共同探讨，提出如下几点观点和建议，请决策部门参考和研究解决。
2. 武汉长江大桥为什么会被撞76次？（有资料记载）
按理说，船舶通过桥孔，一般均由航道部门设置的航标或配有声、光、电等警示设施，尤其是当大型船舶通过时，还特别规定需要通报给当地的航道管理部门，在他们派出的领航船先导引航下通过，不应发生撞桥的恶性事故。而且在通航净高及净宽上，据笔者所知，武汉大桥在设计上都是根据交通部水运司下达的通航要求规定的净高和净宽标准反复几次确定的。武汉长江大桥地处长江中游，属Ⅱ级航运标准，净宽要求在上、下水航道分开时，为2×105米。水中桥墩有8座，主航道在通航水位时，按原来的通航规定可通航3000吨江轮是没有问题的。然而这8座桥墩却都被船撞碰过，较严重的就有5次。看来航道中的桥墩不论怎样布置，由于不可预见的因素增多，还不能绝对避免桥梁遭受船舶的碰撞。且随着各种类型船舶和船队的航行速度和尺寸的显著增大、船舶的数量越来越多和船速越来越快，船撞桥事故相应也有所增加，并已成为一个影响社会和谐的尖锐问题。船撞桥发生的事故，应从主、客观的因素来分析其成因，它既有偶然性，也有它的必然性，但不存在主观故意性。
主观上的原因：
（1）驾驶人员的驾驶技术不高，尤其有些未受过正规训练、未取得驾驶执照的个别值班员，在遇到险情时，应变能力就差，从而增加了碰撞桥墩的几率。
（2）船队超载、超宽、超长，顶推的拖轮马力不足，加上拖轮与驳船之间的配合不默契，遇到上水过桥孔，航行速度接近桥孔处的急流速度时，船队往往容易失控而极易撞上桥墩；
（3）违章作业，在开航前，对航道孔的净空高度不了解，未将轮船桅杆或吊船扒干按桥孔要求放低，而撞上桥梁的下弦杆。
凡此种种，不一而足，这些都是船方主观造成事故的原因。但不存在故意性，而且属于偶然性质。
客观上的原因：
船舶在航行时，通过桥孔前后的地段与通过桥孔时的风速、风向、流速、流向、水位都有差别，尤其在墩身附近的涌流、漩流、漩涡，临时出现各种不确定因素的影响，即使对有经验的驾驶人员也难以及时掌握其规律而往往失控撞上桥墩。这是环境因素造成的必然性的事故，所以也不存在故意性质。
我们反思一下，如果桥孔航道的净空高度、净宽度有足够大，甚至在航道的河流中不设置桥墩，也就不会有船撞桥的灾难事故发生，故在当今学习和落实“以人为本”为核心的科学发展观时，必须采取统筹兼顾两全之策来解决当今世界中彼此共存的难题。这个两全之策，既要保证桥梁安全运营，也要确保大量减少船撞桥事故，并即使在船撞桥事故发生后，两者都不受损坏的措施。《中国铁路桥梁史》在1987年就指出[2]，“如果考虑船舶发展远景，尽力避免桥梁直接遭受船舶的碰撞，还需提供可靠的防撞系统和固定式或漂浮式缓冲系统装置。……这种装置，除具有吸收撞击的动能外，还有调整改变船舶的偏航方向和撞击速度的作用，使船舶逐渐减速并在碰撞桥墩之前停下来，避免直接碰撞桥墩”。
3. 为什么武汉长江大桥被几次严重的船撞后仍能屹立不动？
武汉大桥是上世纪50年代修建的桥梁，据笔者记忆，8个桥墩中，其中有重力型实体素混凝土墩身，也有薄壁孔心的钢筋混凝土墩身，重力型实体墩身仅用15MPa（C15）级混凝土浇注而成；薄壁孔心的钢筋混凝土墩身也只用20 MPa（C20）级混凝土浇注而成。前者在分段浇注时，仅在施工缝的墩身边缘插有少量的带有弯钩的竖向短钢筋，用量也不多。设计时，考虑船舶的碰撞力为：纵向150吨力，横向300吨力。（碰撞力作用于最不利的高通航水位+28.0米以上1米。）这几个数据对现在的桥梁设计人员来讲是难以置信的，也是不敢接受作为设计资料依据的。而为什么我们现在采用高标号混凝土设计的桥墩，却被吨位小得多的船舶一碰撞就垮塌了呢？甚至有的桥梁在浇注混凝土时也垮塌呢？分析起来，原因很多：有设计理念上的问题；有建设体制上的问题；有施工单位层层分包的压价问题；有在材料上偷工减料、以次充好、施工组织混乱的问题；有管理机制上的问题；以及监理不到位的问题……等。但笔者认为最根本的问题是“认真”二字是否贯彻执行的问题。
武汉大桥、南京大桥的墩身在浇混凝土时，施工工艺特縝密严格，材料的级配、质量都有专职技术人员把关和检查，粗骨料的石子、砂子都经过筛选和清洗，搅拌时也很少有各种添加剂，级配计量每盘误差很小，都经过磅秤过磅，试验人员层层把关且有专人检查，水灰比一般控制在0.35～0.45之间。搅拌机一般均设在墩旁的驳船上，搅拌时间不差分秒，从搅拌机出料到吊斗，由水上吊机吊至浇注点的平台上，通过减速漏斗投放混凝土料时，减速漏斗底部至混凝土的浇筑面的高度不大于40cm，每层浇注厚度在墩身模板上都作有记号，一般控制在30～40cm之内，随浇随震捣，震捣时间和震捣的点位密度均经过试验后有严格的规定，这样既保证了不漏震，也保证不过震，也就保证了浇注的混凝土结构既没有离析的问题，同时也确保了混凝土的密实度，浇注到位后，根据当时的气候状况及时养护，保证混凝土体内外的温差控制在100C以内，在规定时间拆模后，很少发现有蜂窝、麻面甚至孔洞的问题。每道工序看起来都很简单，但真正在每个环节上严格认真按工艺要求一丝不苟去执行，不出一点疏漏，实属不易，然而这个问题恰恰是保证混凝土质量的关键所在！“大道至简。简而不凡”即此理也！
而今我们采用的高标号商品混凝土较多，虽然混凝土标号较高，一般都在C30级以上，但生产混凝土过程的监管工作就较松散，加上路上的运输距离较长，失水量较多，搅拌车到达工地后，卸料时坦落度难以保证，有时在泵送过程就会发生阻塞的问题，司机就加水予以稀释，这样混凝土质量就很难保证：浇注时的下料高度从布料管底到浇注面往往在1米以上，堆成小山一样，然后由混凝土工用震动棒摊平就完事。根本没有按上述严格浇筑层高度和定点震捣的规范办事，拆模以后发现的蜂窝麻面甚至孔洞并不鲜见，凡此种种弊端不能不令笔者记起在一次《桥梁》杂志年会上一位专家说的：“现在大桥建设的费用越来越高，而工程质量却越来越差……”一语中的，在这种情况下，现在高投资100年寿命期的桥梁，常常在验收时评为“优良工程”，却往往不到10年就成危桥的有之，正在施工中的桥梁垮塌者有之，“豆腐渣”的桥梁有之……。另外，有的地方干部，为了“政绩工程”加上“肥水不外流”的急功近利的做法。把招投标流于形式，将建设方、监理方、施工总包加分包、材料采购均一把抓，滥用“一锤定音”，特权凌人，无互相制约的监管机构，下面看上面的脸色办事，要不出工程安全的质量事故，那才是奇怪的事！难怪在网上有人提出“四年前2007年一起小船撞垮大桥的事故”记忆犹新，而有关方面给出的结论是“设计与质量都不存在问题”是“运沙船走错航道，撞到防撞能力只有40吨的非航道孔桥墩所致”。一座如此重要的桥梁，被吨位不大的船一撞就垮，不论出自什么原因，都让人觉得有点不靠谱，也很难让公众相信桥梁质量没有问题。有统计，从1999年至今短短的10多年里，全国发生的较大桥梁垮塌事故就有30多起。最具讽刺意味的是同在长江之上，斥资11亿元的武汉长江三桥——白沙洲大桥建成11年以来，已经进行了20多次维修！同地同桥不同命，让人叹息。与54年前建成的武汉长江大桥相比，现代的桥梁建设，无论是技术、装备、资金、材料……远非昔日可比，为什么桥梁的质量没有水涨船高，反而出现倒挂？难道还不令人去深深反思其中的病根吗？
4. 桥梁在防撞设计上的理念
船与桥是矛盾对立面的两个主体，如何将这两个主体存在的矛盾，变成对立的统一，是交通运输部门决策者必须考虑的问题，这就需要从双方沟通各自利益来公正的提出解决问题的途径，不能有“我是老大，就得听我的”唯我独尊的态度和处事方式。对设计人员而言，就应义无反顾地向建设方提出自己的严正立场和观点。要“不唯上、不唯书”，要“求真务实。”使我们设计文件上的一线、一字对历史、对子孙后代、对工程的安全和质量负责，这也是设计人员职业道德的责任所在。
船撞桥的问题也是当今世界上屡发的难题[6、7]，根据我国防灾委员会提出的防灾、少灾、减灾的国策，对有通航要求河流上的桥梁，在设计时必须把这个问题列入议事日程。“关怀民生不是一句空话，必须事先要了解民生继而要求改善民生”。船撞桥的问题事关国计民生的大事不能等闲视之。故提出下面一些关于桥梁在防撞设计问题上的措施和观点。
5. 采取什么样的措施来防止船撞桥的恶性事故发生？
（1）应遵守“桥梁轴线的法线方向与水流主流流向一致，必须斜交时，其偏角不超过50，若超过50，应加大净宽”。（JTJ311-97）的规定。其实如长江黄石公路桥选址在黄石水道915公里急弯处，选址时已有多位评议人指出与标准规定相违背。桥型又选了密墩窄垮的混凝土刚构桥，在1993-04-16至1993-09-11建设期间5个月内，便撞船15次，1998-09-02又撞散一驳船队。
（2）这项要求也载明于TB10002-1-99铁道桥涵设计基本规范中：3.1.7“通航河流上桥址中线应予航线正交。”此外JTG D60-2009：《公路桥涵设计通用规范》2.1.3中，有“桥孔布置和净空应满足通航标准”（3.2.5）的规定；作用于桥墩上的流水压力与船撞力叠加的规定（4.3.8）；桥墩有强烈流水作用应作成流线型的规定（4.3.9）；桥墩位于通航河流应考虑船舶撞击的规定（4.4.2）等5项[4]，可以说这些都是必要条件，凡是没有符合规范精神的设计，应该在施工前进行修改。
（3）防止船撞桥墩的主要办法是加大通航净宽。举3个实例：
例1，长江黄石公路桥，1995年10月建成，水中设6个墩（其中4个为双薄壁墩）将江河道分为7格，主航道宽约为220m，建设期和建成后发生多起撞船事故。投运不到15年已在上游960m处另建新桥，新建的鄂东大桥采用一跨过江的桥型，跨度为926m。已于2010-09-08建成通车；
例2，重庆长江石板坡桥，因交通繁忙建设复线桥与原桥平行，中线相距25m，但两主跨（156m和174m）之间不宜平行再加设新墩，故复线新桥两主跨合为一跨（330m），由两边混凝土刚性T型梁与中间108m钢结构结合成330m跨；
例3，广东九江公路桥，水中引桥的23号墩被撞断。塌下50m跨4孔，约200m，修复时在24号墩处新建两侧各100m的独塔斜拉桥，取消了23号和25号桥墩，塔两侧跨度由50m变为100m，塔墩的水平防撞力也比原来的墩提高了。
这个加大通航净宽的办法对预防船撞桥墩是很有效的，加大通航净宽不但是撞了桥之后的补救办法，而首先应该在选择桥位、选定桥型时考虑之。
（4）将尽量多的水面还给航道。充分地减少船桥相撞的措施，除了必须符合规范之外，还有充分避免船桥相撞恶性事故的原则性的、更高的要求：桥梁跨越航道时最好航道中无墩，一跨过江，如因经济及技术原因而做不到，则可采用“长跨少墩”，墩少了每个墩也就会大一些、强一些。例如希腊安特里翁海峡大桥，四塔五跨过海峡，2252m（286+3×560+286）；法国米劳大桥七塔八跨过山谷，2460m（204+6×560+204）；浙江嘉绍大桥八塔九跨越过钱塘江口，2680m（70+200+5×428+200+70）。都是长跨少墩，将尽量多的水面还给航道。
（5）两类防撞装置（或设施）[3]。采用了上述3种措施之后，仍有万一撞上桥墩的可能性，
例如偏航船舶撞上航道边上的桥墩，船愈来愈大需要核算万一撞上时桥墩是否经受得住。此外还应该保护船和环境。因此需要防撞装置。防撞装置按其保护功能分为两大类：第一类仅保护桥的：如人工岛、防撞墩、钢围栅等；第二类既保护桥又保护保护船和环境的。现在我国新发展了一种高耗能柔性防撞装置，其目标是希望保护桥的同时也保护船和环境。
一般在建桥的同时就建立航标、灯标和警示牌等，新建大桥有雷达监视（传到中心控制室）并有“甚高频”电话建立“船-桥联系”，有的桥针对雾天设置多个黄灯……这些都是主动地（导航的）防撞装置。此外为了防御万一船撞上桥，在水浅和有礁石的地方，因地制宜地利用礁石、浅滩设置间接式被动防撞装置，如人工岛、防撞墩等。为了进一步在保护桥的同时保护船和环境，在人工岛和防撞墩的外侧可装柔性装置。在水比较深或水位变化比较大的地方，则安装浮式高耗能柔性防撞装置。
防撞装置从刚性（钢栅、人工岛、围堰等），弹性（钢柱、钢板桩结构，橡胶垫等），弹-塑性（大变形的钢结构、新研制的塑料垫等）进一步发展到粘滞性耗能元件。它和精心设计精心制造的钢结构结合起来，可以达到拨转船头，减少船舶与防撞装置交换的能量，起到”四两拨千斤”的作用，减少传到桥墩上的力，其降低幅度可达到50%或更多。这过程通常引入数值计算，并可在不同阶段用实验验证。
6. 技术决策和事故处理上的几点思考[5]
（1）及早考虑，反复协商。铁路桥涵设计规范的规定比较原则性，它给出了一个船只和排筏撞击力的公式，桥梁设计人按此公式进行计算，桥应该在这个力作用下不坏。其他安保措施由设计人按技术政策自行考虑。但铁路规范中有一句非常有用的话：“3.2.6通航与流筏的桥孔，其桥下净空和设计航行水位均应与航道及筏运部门协商确定”。
由于在实践中航运部门会对桥梁的方案或初步设计提出修改意见，以致桥梁方案或初步设计反工，乃流传一种说法——“一票否决”。实际上就是要求及早考虑，反复协商。按铁路规范这句话执行，桥梁通航效果比较好，其原则就是将尽量多的水面留给航道。
（2）很难决定肇事人。2007-06-15广东九江公路桥塌桥事故由广州市海珠区法院审理，双方互相成为原告和被告，现在结果是中止审理。航道是船舶在水域中航行而形成的，从独木舟开始已有几千年，横过航道先有渡船（互相避让）。桥是后来出现的，现存的石桥只有一千多年至几百年，老的钢桥有一百多年，混凝土桥大多只有50～60年。水中本无墩，桥墩是新设的碍航物。船桥相撞的主要原因是多了桥墩或桥墩的位置没有摆好。
（3）谁应该举证。民事诉讼的举证原则是谁主张谁举证。例如桥方说：船将桥撞塌了，那就应该由主张人将船捞起来，根据痕迹学检查结果，得出船桥撞击的位置和撞陷深度与宽度，求出船撞力（现在的办法是利用船体结构图与桥墩图建模，进行数值计算），若船撞力大于桥的规范值，桥的设计人可免责。还有规范修订不及时，规范给出的船撞力不实，……等事情待处理）；船方若说桥压沉船，也要由他将船捞起来，根据痕迹学检查，看桥是不是从上而下地压下来，才能让桥方赔偿。
没有这些检查，肇事责任不清，怎样理赔呢?如果因雾、因警示装置缺损、主动防撞装置失灵或因船舶机械故障、因海员疾病等，应该按照桥方和船方分别投保的险种，由各个保险公司分别理赔。
7. 结语
我国自改革开放以来，经济建设获得了高速、稳步和健康的发展，为落实科学发展观，建立“以人为本”为核心的和谐社会奠定了强大的经济基础。所以当国家出了像汶川大地震这样的灾难时，“一方有难，八方支援”，三年的救灾恢复时期，只用两年就完成了。这个成就对世界是有震撼作用的，体现了我国社会主义制度真正优越性所在。对桥梁建设而言，规范所称的几项特殊荷载（公路规范称偶然载荷）是很难掌握的意外情况，然而恰恰是导致桥墩损坏的重要因素：如地震力，规范多指示应作动力解释，以地震烈度为依据作为设计标准，以策安全。船撞力则要依据船舶撞击时的速度、船筏重量、撞击方向、撞击系统刚性……等因素来考虑计算出纵向撞击力和横向撞击力，然后再设计出防撞装置的方案，但应达到吸能、改向、缓冲、“四两拨千斤”的作用。又如泥石流所产生的巨大推力，靠桥身的自身刚度和强度来抵御是困难的，只有在选线时，尽量避免作用力。所以这三种特殊载荷中，仅有船撞力是可未雨绸缪的，做好防撞设计达到防患于未然的目的。
目前我国已有这方面的设计和安装先例，在通航河流上的新桥桥墩的设计中均作了考虑。但对已通航的老桥桥墩，如武汉大桥、南京大桥等，虽然其墩身的强度、刚度和稳定度都是毋庸置疑的，但随着水运事业的发展，船体愈来愈大，航运速度愈来愈快，船只数量愈来愈多，船撞桥的频率和船撞力也必然会愈来愈大。为了防止严重的船撞桥恶性事故的发生，尤其防止船毁、人亡、物失，特别防止船上装载的危险品、石油产品等流入河流造成的环境污染的危害，就更有对新老桥梁的通航孔及其相邻的非通航孔的桥墩均有设置缓冲、柔性防撞装置的必要。这是关怀民生的一件大事和实事，是一项值得决策部门深思的课题。
最后，我们具体地建议，以后跨航线的新桥在方案和初步设计评议时，都应有防船撞的部分；评议的时候最好有这方面的专业人员参加；桥梁的主管部门应对跨航线的老桥进行一次通航检查，原先设计时如果没有充分考虑防船撞的桥梁，应进行补充评估和防撞装置设计。
鸣谢：本文四、五两节，由陈国虞研究员提供资料，特表感谢。
《第二十届全国桥梁学术会议论文集》（下册）2012年
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