10月10日傍晚發生在無錫的高架橋側翻事故，迅速成為全國焦點。如此重大的突發安全事故，也引發了社會各界對事故原因的分析探討。《橋樑》雜誌微信公眾號也隨即在第一時間採訪並報道了《無錫高架橋坍塌 禍端之源是超載還是獨柱墩？》一文，超載、獨柱墩設計在此次事故中再次成為人們關注和討論的焦點，《橋樑》雜誌曾經專門就獨柱墩設計約請了全國權威專家和設計大師做了系列專題討論。時隔經年，再次發表出來希望文中的專業性觀點能對讀者提供參考。
獨柱橋的一般情況
1.獨柱橋多用於匝道橋，一般採用預應力混凝土連續箱梁或鋼與混凝土組合連續箱梁，3～5跨為一聯，可以等跨、也可不等跨，跨徑25～50m，每聯長度80～200m.。
2.獨柱匝道橋寬度，一般單車道加一個停車寬度、兩個人行道，全寬8～10m。也有雙車道的獨墩橋。
3.獨柱橋的直橋，為了維持整個橋的橫向穩定，其分界墩多為樁柱式墩、蓋樑上設兩個支座，以抗傾覆。中墩為獨柱，柱頂設固定鉸支座，既承受豎向力（荷載）也約束縱向位移以抵抗制動力。有的也可約束橫向位移（如橫向固定支座），有的還可約束一些橫向彎矩（如盆式橡膠支座）。在維持橫向穩定的條件下，一般可以簡化成平面結構處理。
4.獨柱橋的彎橋，為滿足行車要求，橋樑中軸線在平面上呈曲線，實際是空間曲線，它的構造、受力（離心力）和結構分析比直橋複雜一些。為了維持橫向穩定，平曲線半徑較大的獨柱彎橋的分界墩上，橫向仍需兩個支點；中墩頂上的固定鉸支座常橫向偏置，以改善獨柱彎橋的穩定性和受力。平曲線半徑較小的獨柱彎橋是比較複雜的空間結構，其整體穩定性問題已退居第二位。
獨柱橋維穩機理和傾覆過程
用一座3跨獨柱預應力混凝土連續箱梁橋，說明維持「獨柱匝道橋」直橋的橫向穩定的機理。圖中示出了汽車（符合設計規範的最大車輛荷載、車道荷載）行駛方向。
汽車車隊未上橋前，橋樑承受其自重（恆載），獨柱中墩的壓力各580t，分界墩的壓力180t、左右兩個支座各分擔90t。
汽車車隊靠最右側駛入（按規範：車輪中線距人行道邊線0.5m），偏離橋樑中線2.1m，它給橋樑施加豎向力153t（包括衝擊力），橫向傾覆力矩321.3tm。它是造成橋樑側向傾覆的因素。車隊行駛在不同位置時，橋樑支座反力和各部分的內力是變化的。一個合格的設計，都不應超標，而且有一定保證，籠統地說約1.7倍。
汽車車隊的重車行駛到中跨的跨中時，車隊給中墩施加壓力64.4t，給分界墩的壓力8.2t，每個支座的壓力4.1t。車隊橫向傾覆力矩321.3tm，分配到兩端分界墩上各161tm；使分界墩的左支座產生拉力40.3t，使分界墩的右支座產生壓力40.3t；此時分界墩的左支座的總壓力降至53.8t，右支座的總壓力增加至134.4t。
3跨獨柱預應力混凝土連續箱梁橋
汽車車隊的重車行駛到接近左分界墩時，車隊給中墩施加壓力下降為38.4t，給左分界墩的壓力63.8t，每個支座的壓力31.9t。車隊給左分界墩橫向傾覆力矩134tm（核算用161tm）；使分界墩上左支座產生拉力40.3t，使分界墩上右支座產生壓力40.3t；此時分界墩的左支座的總壓力降至81.6t，右支座的總壓力增加至162.2t。
只要分界墩的左側支座算不出負反力，右側支座不被壓壞，橋樑是不會傾覆的。一個合格的設計一定會給左側支座保留足夠的壓力，以防支座脫空的，保留抗傾覆的潛力。如果分界墩的左側支座出現不大的脫空（計算出現不大拉力）時，獨柱墩的直橋的各支座的壓力會相應的調整，中墩參與抗傾覆，分界墩的右側支座上的總壓力增加。如果設計不合理或超載，右側支座被增加後的總壓力壓壞，橋樑還會向右側傾覆。支座脫空可能是傾覆的預警。在這種條件下，梁體的內力也在變化，如果梁體內出現了薄弱環節，也可能梁體垮塌。
幾點看法
1.上述「獨柱匝道橋」上，即使偏駛車輛超載一倍，分界墩上左側支座仍有壓力，右側支座的壓力也只增至234t，是設計值162.2t的1.45倍。因此合理使用的、設計合格的「獨柱匝道橋」的抗傾覆潛力是足夠的，不用擔心。我不主張超載，因為它會造成橋樑結構的損傷和降低耐久性。
2.如果活載增加兩倍，則右側支座的壓力將增至 306.6t。任何一個精細的設計，都難免出問題。如果大量超載，橋樑（梁體和墩台）哪裡相對薄弱則在哪裡現形，並從那個薄弱環節首先破壞，甚至整個橋樑垮塌。分界墩蓋梁的懸臂端，是「獨柱匝道橋」比較薄弱的環節，最大彎矩與最大剪力在一起，是深梁、又有複雜的局部應力；梁體向外側一滑，蓋梁懸臂段的危險截面的彎矩、剪力會驟增；蓋梁端的擋塊，一般是按約束梁體溫度等變形而設計的，梁體只要一動，蓋梁端的擋塊就會脆斷，不可收拾。一個正常設計的「獨柱匝道橋」的支座和蓋梁，在大量超載時必然損壞，出現上部結構整體滑落。
3.橋跨結構的重量，是防止上部結構傾覆、滑落的潛在力量。橋跨結構的重量，使匝道橋左側的支座積蓄了壓力，不易被傾覆力矩掀起；使匝道橋右側的支座設計承載的壓力提高，相對地降低了傾覆力矩增加的壓力的比例。鋼和混凝土組合連續箱梁梁橋的自重約為預應力混凝土連續箱梁橋的80%，抗傾覆的潛力比預應力混凝土連續箱梁小。這是鋼混組合箱梁比預應力混凝土箱梁容易被掀翻的原因。
鋼材強度大，給鋼結構帶來很多優勢，但它要求我們關注鋼結構疲勞、穩定、屈曲、振動等很多複雜問題，現在又發現它的抗傾覆的潛力小了，只要注意就是了。甚至可以說，設計越精細的結構，意外超載損傷的可能性越大。
4.滑落和傾覆是「獨柱匝道橋」過度超載損壞的主要形式。各種橋型的超載損傷形式，可能不同。比如：北京懷柔縣的「寶山寺橋」是4孔凈跨50m的鋼筋混凝土剛架拱，矢跨比1/10，下部結構為實體墩台，嵌岩樁基礎，超載使它1孔壓垮，其他3孔連續倒塌；「武夷山公館大橋」是三跨的中承式鋼肋拱橋，超載致使鏽蝕的吊杆破斷，使該跨的橋面完全垮塌，其他兩跨完好。我們既要科學總結「連續拱橋垮塌」「吊杆破斷、橋面垮塌」現象，更要大力杜絕過度超載。獨柱匝道橋合理利用橋下空間，又造型挺拔，有其獨有的優點，不要扼殺它。我們要杜絕的是超載，特別是過度超載。
5.防止「獨柱匝道橋」橋樑滑落和傾覆，既要核算整體「抗傾覆穩定性」，更要核算抗穩定性設施的強度。但不必加大整個橋的設計荷載和安全係數，不能是給「超載車讓路，不能設想讓」礦山重型車輛」在城市道路上安全行駛，這是關於全局的經濟問題。一般判斷是否超載造成橋樑傾覆，把橋跨結構簡化成剛體計算一下就可以了。在探討「抗傾覆穩定性」時，在加固有「傾覆危險」的橋樑時，可能需要精確的計算模型。
6.公眾關心「垮橋」是件好事，督促橋樑工作者做好工作。橋樑設計工程師關心著他們所設計橋樑的百年壽命，不敢稍有疏忽。發生事故，或聽到一些指責，他們也會傷心的，搞不好會妨礙他們中一些人創新、或者加大結構安全度、造成結構浪費。從網上的批評意見看，需要普及橋樑知識。我希望科學地總結經驗，「保護橋樑工程師」「教育超載司機」，促進社會和諧。
本文刊載 /《橋樑》雜誌 2013年 第2期 總第52期
作者 / 方誌禾
作者單位 / 北京市政專業設計院有限公司