李 良，王 澤，賈宏宇，王文奇,4,田榮燕,王寵惠

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院, 四川成都 610081； 2.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,四川成都 610039；3.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，四川峨眉山 6142023； 4.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610039；5.西藏大學(xué)工學(xué)院,西藏拉薩 850000； 6.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

震害調(diào)查分析和經(jīng)濟(jì)有效的橋梁抗震措施

李 良1，王 澤2，賈宏宇3，王文奇2,4,田榮燕5,王寵惠6

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院, 四川成都 610081； 2.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,四川成都 610039；3.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，四川峨眉山 6142023； 4.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610039；5.西藏大學(xué)工學(xué)院,西藏拉薩 850000； 6.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安 710064)

為了總結(jié)汶川地震橋梁的震害特點(diǎn)并分析其原因，通過(guò)地震震害調(diào)查并分析原因以及對(duì)震害大小影響的因素。發(fā)現(xiàn)我國(guó)橋梁抗震有些經(jīng)驗(yàn)值得推廣，可以為更加經(jīng)濟(jì)有效的橋梁抗震措施提供依據(jù)。板式橡膠支座和主梁縱向連接方式普遍采用橋面連續(xù)，使得我國(guó)抗震效果較好。拱橋抵御落石的能力強(qiáng)，注意主拱保持彈性，橫撐剛度不宜過(guò)大，選擇在地震條件下穩(wěn)定的地基。橋梁引橋不宜過(guò)長(zhǎng)。

震害調(diào)查 ； 震害分析； 經(jīng)濟(jì)有效； 抗震措施

汶川地震導(dǎo)致地震災(zāi)區(qū)大量公路橋梁受損，尤其是位于汶川縣、北川縣及附近的都江堰市等十個(gè)市縣出現(xiàn)了大量嚴(yán)重破壞或損毀的橋梁[1]。地震造成了大量的交通設(shè)施受損，部分橋梁損毀，極大地影響抗震救災(zāi)[2]。地震發(fā)生后通往汶川、茂縣、北川、青川、平武等重災(zāi)縣和其他254個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公路交通一度完全中斷,給受災(zāi)地區(qū)的救援帶來(lái)極大的困難。震后3個(gè)月后仍有3條國(guó)省主干線未搶通[3]。

汶川地震橋梁震害主要是整體垮塌、落梁、梁體移位和碰撞，擋塊和橋墩的剪切破壞[4]。道路通過(guò)近場(chǎng)區(qū)或極震區(qū)，橋梁的震害最為嚴(yán)重，其次嚴(yán)重的為路基和隧道[5]。

在汶川地震中，次生災(zāi)害對(duì)橋梁的破壞巨大，是極重災(zāi)區(qū)的橋梁破壞的一個(gè)主要的原因[3]。汶川地震觸發(fā)的滑坡、泥石流多達(dá)4～5萬(wàn)處，規(guī)模最大的大光包滑坡，是目前有記載的全世界規(guī)模最大地震觸發(fā)的滑坡，體積達(dá)7.5億m3左右，形成的滑坡壩高達(dá)690 m[6]。可以想象，如此大規(guī)模的次生災(zāi)害對(duì)附近的橋梁等工程設(shè)施的威脅。川西地區(qū)由于山高坡陡，一旦地震發(fā)生，震后長(zhǎng)時(shí)間次生災(zāi)害頻發(fā)，容易造成再建和修復(fù)后橋梁的新的破壞。

由于震區(qū)地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平有限，完全采用造價(jià)高的抗震措施有一定的現(xiàn)實(shí)困難。部分地區(qū)設(shè)計(jì)和施工力量相對(duì)薄弱，太復(fù)雜或者新穎的抗震措施應(yīng)用有一定的困難。本文分析汶川地震造成橋梁震害特點(diǎn)和類型，研究因地制宜地采用技術(shù)有效、經(jīng)濟(jì)合理的抗震措施。

1 汶川地震橋梁震害調(diào)查

1.1 直接震害

公路通過(guò)平原和丘陵區(qū)，橋梁震害是直接震害，即結(jié)構(gòu)物的直接破壞為主[5]。橋梁直接震害的主要的表現(xiàn)，全橋垮塌、梁式橋主梁和支座移位、支座變形、主梁落梁、橋墩受損拱[1]。從實(shí)際地震烈度和橋梁規(guī)模等因素來(lái)看，簡(jiǎn)支梁橋規(guī)模越大、橋位區(qū)實(shí)際地震烈度越高，橋梁發(fā)生震害的概率也就越大[1]。總體上說(shuō)上部結(jié)構(gòu)震害相對(duì)嚴(yán)重，橋墩破壞率較低。

拱橋主要是橋主拱受損、拱橋橫向連接系受損、拱上建筑震害[1]。震害形式主要是主拱的震害以及拱上建筑震害。

1.2 間接震害

汶川地震中，橋梁的間接震害表現(xiàn)為：山體垮塌、滑坡砸毀或掩埋橋梁、泥石流沖毀橋梁、堰塞湖淹沒(méi)橋梁等[1]。被崩塌體砸斷的徹底關(guān)大橋如圖1所示。

圖1 岷江上的徹底關(guān)大橋被崩塌體砸斷

2009年7月25日4時(shí)10分左右，213國(guó)道都汶路發(fā)生山體垮塌，震后重建的徹底關(guān)大橋橋墩再次被山上飛下的一塊約50 t重的巨石砸斷，60 m長(zhǎng)的橋面坍塌在河岸上，7輛汽車墜下大橋，都汶路中斷。搶通方案是調(diào)運(yùn)大量土石，直接填埋在垮塌的橋面橋墩上，作為路基一直向上墊高，直至鋪設(shè)到橋面高度，與完好部分的橋面相連。

公路通過(guò)高山峽谷區(qū)，橋梁極易受到上方山體崩滑、泥石流爆發(fā)等地震觸發(fā)的山地災(zāi)害的影響，其震害類型很大程度上是地震觸發(fā)或誘發(fā)的山地災(zāi)害所造成的，存在一定比例的間接震害[5]。比如儲(chǔ)集水量達(dá)2.12億m3的唐家山堰塞湖，曾經(jīng)對(duì)下游68 km處的寶成鐵路涪江大橋的安全形成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，經(jīng)加固奮戰(zhàn)，才保證了大橋的安全。

2 汶川地震橋梁震害分析

2.1 直接震害

不同規(guī)模的橋梁破壞程度不同，特大橋和大橋的破壞比中小橋嚴(yán)重[1]。橋梁抗震很大程度上主要是依靠橋臺(tái)的約束，特大橋和大橋的橋臺(tái)約束比較有限。

單跨橋整跨的主梁移位，多跨橋整聯(lián)的主梁移位，即使對(duì)于橫向位移較大甚至出現(xiàn)橫向落梁震害的橋梁，在一聯(lián)之內(nèi)主梁也基本保持順直[2]。這是由于我國(guó)橋梁普遍采用板式橡膠支座，使得橋梁表現(xiàn)出與國(guó)外橋梁不同的震害特點(diǎn)。與國(guó)外橋梁相比，我國(guó)橋墩震害較小主要原因也是采用了隔震性能良好的板式橡膠支座。

小半徑曲線梁橋現(xiàn)在也比較多見(jiàn)。在汶川地震中，百花大橋等小半徑曲線梁橋發(fā)生垮塌、橋墩毀損等嚴(yán)重破壞。破壞原因最大可能是牛腿處支承寬度不足且缺少縱向、豎向限位裝置，導(dǎo)致首先發(fā)生落梁；其次可能是薄弱的系梁、橋墩及細(xì)部構(gòu)造引發(fā)[7]。

鋼筋混凝土拱橋抗震表現(xiàn)優(yōu)于圬工拱橋[1]。圬工拱橋的破壞有一定的極端性，要么不毀壞，要么毀壞嚴(yán)重甚至全橋垮塌[1]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)拱橋的拱上建筑是易損結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)楦构昂蜋M墻等拱上建筑是多次超靜定結(jié)構(gòu)，同時(shí)圬工材料抗裂性差造成的。

2.2 間接震害

完全震毀或失效的橋梁大部分都是由于山體崩塌、堰塞湖等次生地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的。52座完全震毀或失效的橋梁，有40座橋梁是由于次生災(zāi)害造成的，占到了76.9%[1]。地震的次生災(zāi)害(山體滑坡和崩塌)對(duì)離山較近的橋梁(尤其是高陡邊坡下的)損害較大[8]。唐家山堰塞湖造成了22座橋梁被淹沒(méi)或被掩埋，重新露出水面后也已經(jīng)失效。圖2是堰塞湖淹沒(méi)的巴郎河中橋。

圖2 巴郎河中橋被堰塞湖淹沒(méi)

汶川地震中受地震地質(zhì)災(zāi)害影響的橋梁共計(jì)58座，主要分布于映秀至清平北東30 km、龍門山中央斷裂帶與后山斷裂帶之間區(qū)域內(nèi)[2]。由于地震的“上盤效應(yīng)”，有50座橋梁位于地震主斷裂的上盤，比例高達(dá)86.2 %。地貌均為高陡斜坡，容易造成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

3 經(jīng)濟(jì)有效的橋梁抗震措施

汶川地震橋梁震害調(diào)查和分析給我們的啟示：

(1)對(duì)于高烈度地區(qū)抗震控制設(shè)計(jì)的橋梁，采用減隔震支座的可以很好地解決工程難題，達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)的既定抗震設(shè)防目標(biāo)[9]。由于板式橡膠支座經(jīng)濟(jì)性比鉛芯橡膠支座、摩擦擺支座好得多，特別適合山區(qū)經(jīng)濟(jì)水平有限的地區(qū)。同時(shí)板式橡膠支座能夠有效地釋放地震作用，有效地保護(hù)橋墩，可謂經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施，也是我國(guó)地震災(zāi)區(qū)橋梁抗震效果好的一個(gè)原因。

(2)構(gòu)造方式來(lái)解決抗震問(wèn)題一般比較經(jīng)濟(jì)，我國(guó)主梁縱向連接方式普遍采用橋面連續(xù)，有效地增加了支座對(duì)主梁變形的約束，協(xié)調(diào)了主梁各跨的位移，值得推廣。

(3)對(duì)于兩岸條件良好，尤其是兩側(cè)邊坡存在潛在地質(zhì)災(zāi)害的情況，建議采用拱橋，增強(qiáng)橋梁抵御落石的能力[4]。

(4)拱橋抗震要注意主拱保持彈性，橫撐剛度不宜過(guò)大，應(yīng)遵循“強(qiáng)拱弱撐”的原則。要注意選擇在地震條件下穩(wěn)定的地基。

(5)橋臺(tái)的限位作用對(duì)于橋長(zhǎng)200 m以內(nèi)的橋梁是有效的。對(duì)于流水量不大的橋梁，不要采用過(guò)長(zhǎng)的引橋。有崩塌風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)尤其要注意橋梁的引橋不宜過(guò)長(zhǎng)，采用路堤形式震后搶通修復(fù)容易。

(6)地震地質(zhì)災(zāi)害對(duì)橋梁影響嚴(yán)重的巖性為硬質(zhì)巖，這與傳統(tǒng)教科書說(shuō)法恰好相反。由于地震能量在硬巖中衰減慢。由此對(duì)于橋梁抗震有了新的認(rèn)識(shí)，橋墩基礎(chǔ)不一定要加長(zhǎng)到基巖為止。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)地震震害調(diào)查并分析震害產(chǎn)生的原因以及對(duì)震害大小影響的因素，發(fā)現(xiàn)我國(guó)橋梁抗震有些經(jīng)驗(yàn)值得推廣，為采取更加經(jīng)濟(jì)有效的橋梁抗震措施提供依據(jù)。

(2)板式橡膠支座能夠有效地釋放地震作用，是經(jīng)濟(jì)有效的抗震措施，主梁縱向連接方式普遍采用橋面連續(xù)，使得我國(guó)抗震效果較好，值得推廣。

(3)拱橋抵御落石的能力強(qiáng)，在落石風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)有推廣價(jià)值。拱橋注意主拱保持彈性，橫撐剛度不宜過(guò)大，選擇在地震條件下穩(wěn)定的地基。

(4)從增強(qiáng)橋臺(tái)約束作用和減少崩塌落石震害的角度說(shuō)，橋梁引橋不宜過(guò)長(zhǎng)。

(5)由于地震能量在硬巖中衰減慢，對(duì)橋梁影響嚴(yán)重的巖性為硬質(zhì)巖，由此對(duì)于橋梁抗震有了新的認(rèn)識(shí)，橋墩基礎(chǔ)不一定要加長(zhǎng)到基巖為止。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308465)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2682014CX004EM)；西藏自治區(qū)科技廳重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(Z2014A19G2-11)。

李良(1976～)，男，工程師，研究方向?yàn)榈缆饭こ?；王?1980～)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榈缆饭こ獭?/p>

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[定稿日期]2014-12-05