淺談地震對橋梁的危害及防治

張有利，鐘 方

1.河南省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 商丘 476000

2.商丘市公路管理局，河南 商丘 476000

對現(xiàn)有的橋梁要做好防震加固工作，新建的橋梁要從設(shè)計(jì)上采取措施，并應(yīng)進(jìn)行抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算，以適應(yīng)抗震的要求。

1 地震引起的橋梁病害

地震對橋梁的破壞常指由于地震波傳播到地基引起橋梁震動，對橋梁結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施造成的損壞。地震引起常見損壞如下。

1.1 墩臺下沉和位移

在砂性土和軟黏土地區(qū)，地震使土的抗剪力大幅度降低，從而降低了土的承載力，導(dǎo)致墩臺大幅度下沉。構(gòu)造地裂縫使墩臺產(chǎn)生水平、豎直、傾斜變形。

1.2 砂土液化、地基和岸坡滑移

砂土液化、地基失效和岸坡滑移也將導(dǎo)致橋梁大幅度破壞乃至倒塌，如裂縫、落梁等。

2 橋梁震害的基本規(guī)律

2.1 高烈度震害比低烈度震害嚴(yán)重

時(shí)橋梁產(chǎn)生位移的動土壓力都是隨烈度增加而增加的，一般來說，在穩(wěn)定地基上地震烈度大于一定的地震動峰值加速系數(shù)才使橋梁遭受震害。

2.2 岸坡滑移和地基失效橋梁比穩(wěn)定地基上的橋梁震害嚴(yán)重

建橋場地處較廣范圍的地面以下10m～20m深度內(nèi)的土層稱為場地土，我國將場地土分為三類。一般說來，一類土抗震性較好，二類土次之，三類土在強(qiáng)震的作用下導(dǎo)致地基失效，故震害較重。

2.3 順橋向震害比橫橋向震害嚴(yán)重

由于順橋向剛度比橫橋向小。順橋向搭接長度比墩臺橫橋向富裕寬度小，各梁在順橋向?yàn)榇?lián)結(jié)構(gòu)，而橫橋向?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)，因此地震荷載和相對位移在順橋上出現(xiàn)較大的傳遞和不均勻分配。

3 梁式橋的震害

3.1 剛性地基上梁式橋的震害

洪水具有突發(fā)性、水量集中、破壞力大等特點(diǎn)，洪峰到來時(shí)，橋梁墩臺等部位有明顯的阻水流作用，直接承受水流的沖擊，容易發(fā)生損壞，造成橋梁坍塌、道路斷行。

凡在地震中基礎(chǔ)不出現(xiàn)位移、傾斜主岸坡不出現(xiàn)滑移地基，稱為剛性地基，其主要震害表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）順橋向的震害

（1）活動支座的震害

活動支座是梁式橋抗震中的一個(gè)最薄弱的環(huán)節(jié)，一般當(dāng)?shù)卣鹆叶却笥诘卣饎臃逯导铀傧禂?shù)時(shí)，都有可能造成活動支座的失穩(wěn)、傾倒、脫落。

（2）固定支座的震害

固定支座的破壞將引起以下兩個(gè)方面的破壞：一是順橋向的純剪力破壞；二是橫橋向的彎扭損壞。

（3）墩臺位移震害

梁墩的相對位移將引起固定支座銷釘剪斷、柱式支座傾斜甚至傾倒、橋臺胸墻及梁端撞裂、每孔縮短或延長成不規(guī)律的交替變化等震害。

（4）胸墻及梁端破壞

當(dāng)?shù)卣鹆叶鹊扔诨虼笥诘卣饎臃逯导铀傧禂?shù)時(shí)，墩身開裂，固定支座被剪斷后，梁將撞擊胸墻或梁端出現(xiàn)弧形撞擊。

2）橫橋向的震害

當(dāng)?shù)卣鸷奢d在橋梁上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的橫向水平力大于支座的摩阻力或支座的抗剪強(qiáng)度時(shí)，梁與墩臺出現(xiàn)相對位移并剪斷支座，使支座產(chǎn)生橫向位移，當(dāng)梁兩端支座形式不同時(shí)還會產(chǎn)生扭矩使支座扭轉(zhuǎn)破壞。

3.2 非剛性地基上梁式橋的震害

非剛性地基是指地震中地表以下土層出現(xiàn)液化和岸坡出現(xiàn)滑動的地基，或者墩臺出現(xiàn)位移，沉降的地基。其主要震害如下：

1）由于岸坡滑移造成的橋梁震害

在地震作用下，土體向河心滑動，出現(xiàn)地裂縫并以此形成多道地裂縫，其縫寬可達(dá)1m以上，一般發(fā)生在地震烈度以上。墩身傾斜、開裂和折斷。在岸坡滑移時(shí)，墩臺位移向河心傾斜，移動土壓力增加，使墩身或樁身在穩(wěn)定層頂面附近彎裂和折斷；

2）由于地基液化造成的橋梁震害

飽和松散粉細(xì)砂土和黏粉含量小于15%～20%的飽和粘砂土，在地震作用下易發(fā)生液化。橋臺和臺后路基下沉；出現(xiàn)在地基液化或岸坡滑移現(xiàn)象后，大部分橋臺發(fā)生下沉，臺后路基也都出現(xiàn)大幅度下沉。

4 橋梁抗震加固措施

4.1 橋梁抗震構(gòu)造要求

對于簡支梁、連續(xù)梁、系桿拱等梁式體系，必須設(shè)置阻止梁墩橫橋向相對應(yīng)位移的構(gòu)造，阻止梁的橫向位移。對于懸臂梁和T型剛構(gòu)除采取與簡支梁、連續(xù)梁、系桿拱等梁式體系相同措施外，還應(yīng)采取阻止上部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)橫橋向相對位移的構(gòu)造措施。對于活動支座，均應(yīng)采取限制其位移、防止其歪斜的措施。對于簡支梁應(yīng)采取措施防止地震中落梁，如采取螺栓連接、鋼夾板連接，以及將基礎(chǔ)置于可液化層一定深度等措施。不論是梁式橋還是拱橋盡量避免在不穩(wěn)定的河岸修建，并應(yīng)合理布置橋孔，避免將墩臺布設(shè)于在地震時(shí)可能滑動的岸坡突變處。大跨徑拱橋的主拱圈宜采用抗扭剛度較大、整體性較好的斷面型式，如箱形拱、板拱等。當(dāng)主拱采用組合斷面時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)組合截面的連接強(qiáng)度。對于雙曲拱橋應(yīng)加強(qiáng)助波間的連接。磚石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩臺的腹拱采用二鉸或三鉸，其余腹拱宜采用連續(xù)結(jié)構(gòu)。

4.2 梁式橋的抗震加固措施

1）防止順橋向落梁的抗震措施主要有：增設(shè)擋塊和加強(qiáng)胸墻，橋臺加固擋板，用H形卡架和三角形支架加固，墩帽上設(shè)置活動支座擋塊等；

2）防止橫橋向落梁的抗震措施主要有：用鋼絲繩橫向連接加固，邊主梁外側(cè)設(shè)置擋塊或擋桿，邊主梁外側(cè)設(shè)鋼支架加固等；

3）防止支座破壞的主要措施有：寬蓋梁上設(shè)置支座擋塊，U形承托支座加固，一字形承托支座加固，兩支座用鋼筋縱向連接加固等。

4.3 拱式橋的抗震加固

對于雙曲拱橋，因其連接部位的連接較多，這些薄弱環(huán)節(jié)也予以加固。其主要抗震措施有：拱肋與拱波之間用鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)，拱頂上部用鋼筋混凝土加固，或用加勁鋼及剪力撐法，對拱腳用鋼筋混凝土加固等。

4.4 墩臺和基礎(chǔ)的抗震加固

基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)或修建時(shí)沒考慮地震因素時(shí)，應(yīng)采取以下加固措施：對于擴(kuò)大基礎(chǔ)，可采用外加固圍裙的方法進(jìn)行抗震加固；加打木樁，澆筑混凝土，增大基礎(chǔ)底面面積；對于樁基礎(chǔ)，采用加筑圍裙式條形基礎(chǔ)；在一般沖刷線以下，橋臺前端加高斜撐；樁墩兩側(cè)架設(shè)斜撐加固；對于排架樁，采用擴(kuò)大橋墩斷面加固法；臺后土壓力較大時(shí)，可在臺后加建擋墻；在臺前增設(shè)扶壁加固，其基礎(chǔ)埋深一般在沖刷線以下1m。地震造成臺后沉陷，用臺后增設(shè)橋孔來穩(wěn)定橋臺。臺背兩側(cè)出現(xiàn)坍塌時(shí)，改建后U形臺，從而加固臺身以穩(wěn)定土坡。

5 結(jié)論

綜上所述，為適應(yīng)橋梁隊(duì)抗震的要求，針對震害所出現(xiàn)的各種薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)橋梁構(gòu)造以提高橋梁抗震能力顯然是有重要意義的。

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