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活動(dòng)斷裂對(duì)于橋梁的主要危害包括墩臺(tái)滑動(dòng)變形、倒塌、落梁等，是影響橋梁工程安全建設(shè)與運(yùn)營的重要地質(zhì)災(zāi)害，是交通建設(shè)中必須面對(duì)且又亟待解決的關(guān)鍵地質(zhì)問題之一。在公路工程建設(shè)中，對(duì)活動(dòng)斷裂采取的措施首選是避讓原則，難以避免時(shí)則盡量以路基形式通過；如果不可避免的需要橋梁通過時(shí)，則需盡量減少穿過的橋墩個(gè)數(shù)，同時(shí)需做好橋梁抗震設(shè)計(jì)，加強(qiáng)墩臺(tái)基礎(chǔ)抗滑力。國內(nèi)外對(duì)跨斷裂帶橋梁的研究很少，很難找到此類橋梁的設(shè)計(jì)資料用以參考。本文結(jié)合跨斷裂帶橋梁工程實(shí)例，總結(jié)了跨斷裂帶橋梁的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為同類型橋梁的設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

一、工程概述

G7611貴州都勻至云南香格里拉高速公路守望（滇黔界）至紅山段（滇川界）段工程是國家高速公路網(wǎng)重要的干線公路之一，也是云南省昭通市“十三五”重點(diǎn)打造項(xiàng)目，貫通川滇黔三省，橫亙東西。路線全長96.999km，全線共設(shè)橋梁63座，占路線長度的20.78%；全線共設(shè)隧道16座，占路線長度的49.79%；橋隧總里程共占比70.58%。

（一）項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造概況

項(xiàng)目區(qū)地處青藏高原東南緣，經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動(dòng)以來的各期構(gòu)造變動(dòng)，斷裂構(gòu)造發(fā)育。其中許多斷裂帶規(guī)模宏大，第四紀(jì)甚至全新世活動(dòng)強(qiáng)烈，強(qiáng)震和中強(qiáng)震發(fā)生與斷裂活動(dòng)關(guān)系密切。區(qū)域內(nèi)活動(dòng)斷裂走向有南北向、北西向、北東向等。以則木河-小江斷裂帶為界，這些活動(dòng)斷裂的平面展布和活動(dòng)性具明顯的東西分區(qū)特征。項(xiàng)目位于則木河-小江斷裂帶以東，該地區(qū)北東向斷裂最為發(fā)育，它們最新活動(dòng)時(shí)代多在早更新世至中更新世時(shí)期，全新世活動(dòng)的有昭通-魯?shù)閿嗔训取?/p>

這些斷裂具有如下特征。大多數(shù)斷裂帶延伸長、切割深，屬于區(qū)域性大斷裂或深大斷裂帶。各斷裂帶大多經(jīng)歷了較長的地質(zhì)發(fā)育歷史，大多屬繼承性活動(dòng)斷裂，它們對(duì)不同時(shí)代地層、巖漿巖起控制作用。區(qū)域活動(dòng)斷裂與地震密切相關(guān)，地震活動(dòng)大多集中在斷層活動(dòng)性強(qiáng)烈的菱形地塊邊界附近，震中分布圖象與活動(dòng)構(gòu)造圖象吻合，充分反映出活動(dòng)斷裂對(duì)地震的控制作用。

項(xiàng)目區(qū)屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上的滇東-黔西臺(tái)皺帶的中部，分布有淺海相碳酸鹽巖建造和碎屑巖建造為主的沉積蓋層，晚二疊紀(jì)時(shí)期有水下玄武巖噴發(fā)；晚三疊紀(jì)時(shí)全區(qū)變?yōu)榇箨懎h(huán)境，堆積了紅色建造、磨拉石建造。燕山運(yùn)動(dòng)使這一地區(qū)的沉積蓋層發(fā)生褶皺、斷裂，喜山運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步隆起并發(fā)生斷塊差異運(yùn)動(dòng)。褶皺、斷裂發(fā)育，以北東、南北向?yàn)橹?，其次有北西向?gòu)造，褶皺構(gòu)造與斷裂走向基本一致，軸向大多為北東、北北東向和南北向。

與項(xiàng)目相交的斷裂有魯?shù)檎淹〝嗔盐髦?、包谷?小河斷裂及龍樹斷裂，均為全新世活動(dòng)斷裂。

營盤大橋位于G7611都勻至香格里拉高速公路守望（滇黔界）至紅山（滇川界）段K44+171.5（ZK44+205.5）處，跨越龍樹斷裂。根據(jù)《G7611都勻至香格里拉高速公路守望（滇黔界）至紅山（滇川界）段工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》（下稱地震安評(píng)報(bào)告），橋位區(qū)場(chǎng)地50年超越概率10%的峰值加速度為192gal，對(duì)應(yīng)于0.20g檔，場(chǎng)地的地震基本烈度為Ⅷ度。

圖1 營盤大橋橋位處地質(zhì)地貌特征

圖2 橋型布置圖及鉆孔揭露地質(zhì)縱斷

圖3 營盤大橋物探成果

龍樹斷裂（f2-1）又叫龍頭山-鉛廠斷裂，作為昭通斷裂帶的分支，構(gòu)成昭通斷裂帶的反向逆沖斷層，主要展布于龍樹、龍頭山、鉛廠一線全長約90km，如圖1所示。常祖峰等估算魯?shù)?昭通斷裂的水平滑動(dòng)速率為4mm/a，滑動(dòng)速率為1.3mm/a，龍樹斷裂作為魯?shù)?昭通斷裂的西分支，地震安評(píng)報(bào)告中推測(cè)其右旋逆沖引起的右旋水平最大位錯(cuò)為2.5m，垂直最大位錯(cuò)0.8m（南東盤上升）；推測(cè)未來百年內(nèi)的斷裂位錯(cuò)量為水平位錯(cuò)0.4m、垂直位錯(cuò)0.1m。

（二）橋位處地質(zhì)概況

橋位區(qū)地貌單元屬構(gòu)造剝蝕中山地貌山間“U”型河谷地貌，河流為龍泉河。坡面局部沖溝較發(fā)育，局部為負(fù)地形洼。地橋位軸線地面高程介于1561.93m～1574.70m，相對(duì)高差12.77m。

地質(zhì)構(gòu)造：跨越龍樹斷裂。

地層巖性：上部覆蓋物主要以第四系全新統(tǒng)殘坡積成因含礫粉質(zhì)黏土、角礫土、塊石土，沖積成因粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、角礫土，下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)曲靖組泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖和奧陶系下統(tǒng)紅石崖組泥質(zhì)粉砂巖組成，巖土種類較多，且多為強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化，巖體極為破碎。

地下水系：地表水屬季節(jié)性流水，一般情況下流量、流速均較小。地下水主要為第四系孔隙潛水。

二、地質(zhì)勘察方案及成果分析

考慮到橋位處于斷裂帶區(qū)，推測(cè)該處地質(zhì)復(fù)雜，巖層破碎，因此采用了地質(zhì)鉆探與高密度電法（物探）相結(jié)合的勘察手段，勘察結(jié)果如圖2、圖3所示。

從圖中可以看出，由于龍樹斷裂的存在，在活動(dòng)斷層的擠壓作用下，橋位處地質(zhì)情況復(fù)雜，巖土種類繁多，巖體極為破碎，結(jié)合地震安評(píng)報(bào)告，該橋設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問題：高地震烈度區(qū)的抗震設(shè)計(jì)；活動(dòng)斷裂常年累積的斷裂位錯(cuò)量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響；活動(dòng)斷裂百年內(nèi)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）累計(jì)的斷裂位錯(cuò)量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

三、跨斷裂帶橋梁—營盤大橋的設(shè)計(jì)

（一）橋型方案的選擇

橋型方案的選擇主要從以下幾個(gè)方面出發(fā)：

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(TJG/T B02-01-2008)（下稱抗震設(shè)計(jì)細(xì)則），該橋?qū)儆贐類橋梁，橋位區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，且有活動(dòng)斷裂，“宜采用跨徑較小便于修復(fù)的結(jié)構(gòu)”。

為防止罕遇地震作用下橋梁破壞的連帶效應(yīng)，并方便震后修復(fù)、保通，應(yīng)選擇各橋跨獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。

由于活動(dòng)斷裂的斷裂位錯(cuò)量會(huì)使超靜定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力，影響結(jié)構(gòu)受力，而這種影響常年累積，不可忽視，因此應(yīng)選擇靜定結(jié)構(gòu)。

綜合考慮該項(xiàng)目其他橋梁的結(jié)構(gòu)型式。

綜合以上分析，該橋最終選擇了20m跨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)的預(yù)制T梁方案。

（二）支座選擇

支座選擇原則：

保證結(jié)構(gòu)正常受力、滿足結(jié)構(gòu)正常伸縮變形；在高地震烈度區(qū)能起到減震隔震作用、降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞程度；構(gòu)造簡(jiǎn)單、易加工、易更換；滿足活動(dòng)斷裂常年累積的斷裂位錯(cuò)量；盡量滿足活動(dòng)斷裂百年內(nèi)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）累計(jì)的斷裂位錯(cuò)量。

根據(jù)以上原則，該橋選取H D R高阻尼抗震支座（HDR(Ⅰ)-d370×177-G1.0），該類支座可以有效地吸收地震能量、減輕地震響應(yīng)。支座極限位移為0.245m，對(duì)于簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，相鄰的墩臺(tái)之間的相對(duì)極限位移差可達(dá)0.49m，大于本橋所跨的龍樹斷裂未來百年內(nèi)的斷裂水平位錯(cuò)量0.4m，滿足要求。

（三）防落梁設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中僅簡(jiǎn)單的提到了應(yīng)考慮設(shè)置防落梁措施，但并未給出具體的結(jié)構(gòu)型式。國內(nèi)外橋梁抗震規(guī)范相關(guān)措施及實(shí)際應(yīng)用中，一般以防落梁措施有擋塊、防震錨栓及在梁臺(tái)或墩梁之間設(shè)置拉桿3種抗震措施為主。

抗震擋塊設(shè)置在墩臺(tái)上，在一定程度上可以起到限位的作用，阻止主梁在地震運(yùn)動(dòng)中發(fā)生過大位移，從而避免落梁的發(fā)生；抗震擋塊作為防落梁措施，簡(jiǎn)單高效，受力明確。防震錨栓則是通過錨栓直接將主梁與墩臺(tái)連在一起，在限制主梁縱橫向位移的同時(shí)，也能減弱主梁豎向的震動(dòng)；其缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加約束，影響結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)抗震錨栓抗彎能力交叉，易彎折。防落梁拉桿主要是限制縱向落梁，對(duì)簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)、連續(xù)結(jié)構(gòu)的兩聯(lián)之間，效果較為明顯；防落梁拉桿措施適用于地震烈度較高或跨活動(dòng)斷裂推測(cè)相對(duì)位移極大的結(jié)構(gòu)，一般是作為最后一道防護(hù)措施，在最不利的情況發(fā)生時(shí)，防止主梁縱向位移超出預(yù)期、脫離支座乃至落梁等情況出現(xiàn)。

圖4 營盤大橋防落梁緩沖鏈構(gòu)造圖

根據(jù)以上分析，該橋選擇在橫向橫向設(shè)置了抗震擋塊，并在T梁邊擋塊與梁肋間、簡(jiǎn)支端T梁中擋塊與梁端隔板間設(shè)置了橡膠墊塊。

該橋秉承“多道防線、分級(jí)耗能”的設(shè)計(jì)理念和原則，主梁除了抗震擋塊外，為防止在超預(yù)期地震作用下主梁落梁，同時(shí)設(shè)置了防落梁緩沖鏈，如圖4所示。

四、結(jié)語

斷裂帶破碎區(qū)地質(zhì)極為復(fù)雜，巖體極為破碎，建議采用地質(zhì)鉆探與高密度電法（物探）相結(jié)合的勘察方法，盡可能準(zhǔn)確掌握地質(zhì)分布情況，用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

做好地震安評(píng)工作，要對(duì)活動(dòng)斷裂的年位錯(cuò)量、百年內(nèi)累計(jì)位錯(cuò)量有明確的認(rèn)知，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

避免采用大跨徑橋梁，優(yōu)先選用跨徑較小便于修復(fù)的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。

支座選取原則：滿足結(jié)構(gòu)正常受力與變形、有減震隔震作用、構(gòu)造簡(jiǎn)單易更換、滿足活動(dòng)斷裂常年累積的斷裂位錯(cuò)量、盡量滿足活動(dòng)斷裂百年內(nèi)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）累計(jì)的斷裂位錯(cuò)量。

做好防落梁設(shè)計(jì)。防落梁措施作為罕遇地震下阻止結(jié)構(gòu)落梁的重要措施，是跨斷裂帶橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分；建議多重抗震措施（抗震擋塊、抗震錨栓、防落梁緩沖鏈等）相結(jié)合，“多道防線、分級(jí)耗能”，以期保證重要結(jié)構(gòu)的完整性，避免發(fā)生安全事故，且方便震后保通、維修。