關(guān)于高速鐵路圓端形實(shí)體橋墩抗震性能試驗(yàn)研究

洪 濤

(中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司，廣西 柳州 545007)

關(guān)于高速鐵路圓端形實(shí)體橋墩抗震性能試驗(yàn)研究

洪 濤

(中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司，廣西 柳州 545007)

隨著我國(guó)交通行業(yè)的飛速發(fā)展，高鐵已經(jīng)成為日常出行中必不可少的交通工具之一。如何提升高鐵的安全性、舒適性一直是工程師們研究的課題，由于我國(guó)地勢(shì)多變，很多高鐵線路橫跨河流、峽谷，需要依靠修建橋梁來(lái)實(shí)現(xiàn)線路貫通，橋墩是橋梁的基礎(chǔ)，所以修建過(guò)程中對(duì)橋墩提出了極高的質(zhì)量要求，在這之中，圓端形實(shí)體橋墩最符合施工標(biāo)準(zhǔn)，在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用也最為廣泛，近年來(lái)地震事故頻發(fā)，橋墩的抗震性也因此受到廣泛關(guān)注。本研究簡(jiǎn)要介紹了高速鐵路圓端實(shí)體橋墩抗震性能試驗(yàn)的基本流程，分析了試驗(yàn)中存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方法。

高速鐵路 圓端形實(shí)體橋墩 抗震性能

我國(guó)橋梁建造中橋墩的類型主要有矩形墩、方形墩、圓形墩等等，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程師對(duì)各種墩形的研究越來(lái)越深入，圓端形實(shí)體墩的優(yōu)勢(shì)日益明顯。檢測(cè)圓端形實(shí)體橋墩的抗震性能的工作有很多，主要包括檢測(cè)橋墩的強(qiáng)度、軸壓比、縱筋率、配箍率、剪跨比；建立實(shí)驗(yàn)室，模擬地震場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，尋找可能影響橋墩抗震性的因素；[1]通過(guò)化學(xué)檢測(cè)，尋找抗震性最好的建筑原材料，應(yīng)用到實(shí)際建設(shè)中。橋墩抗震性試驗(yàn)?zāi)茉谡嬲ㄔO(shè)之前及時(shí)的發(fā)掘出潛在的影響因素，為橋梁建設(shè)提供了參考意義。

1、橋墩抗震性試驗(yàn)中遇到的瓶頸

1.1試驗(yàn)條件固定，試驗(yàn)結(jié)果可行度不高

高鐵線路跨越地域廣,地理環(huán)境復(fù)雜多變,而我國(guó)的多條線路位于地震多發(fā)區(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就要應(yīng)用于不同地域，這樣便造成了實(shí)驗(yàn)的偶然性。地形決定了選擇條件，并在很大程度上影響鐵路橋梁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。比如我國(guó)西部地區(qū)的地質(zhì)地貌的特殊性,使得修建在地形起伏較大的地方的橋梁比比皆是，并且西部地區(qū)是我國(guó)一個(gè)地震頻繁發(fā)生的區(qū)域，應(yīng)做重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)。再比如受不規(guī)則地形影響,地震波在平坦場(chǎng)地中的傳播與河谷地形相比就有很大不同。因此，河谷地形地震動(dòng)分布在小尺度空間上并非一致，呈現(xiàn)出明顯的差異性，有必要評(píng)估這種差異對(duì)橋梁地震反應(yīng)的影響。現(xiàn)階段，雖然鐵路橋梁與公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有一些不同，但鐵路橋梁和公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)的基本理論是相同的。

當(dāng)橋墩建在不同地點(diǎn)，前期主要工作是進(jìn)行各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)計(jì)算和測(cè)畫(huà)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖，那么，在地震動(dòng)峰值加速度較大的地區(qū)，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求就更精細(xì)。所以高速鐵路圓端形實(shí)體橋墩抗震性能試驗(yàn)要經(jīng)過(guò)計(jì)算和設(shè)計(jì)，在不同地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，精準(zhǔn)測(cè)繪考察。

1.2橋墩構(gòu)造模式相對(duì)落后，抗震性不高

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)體系的逐步完善，橋墩構(gòu)造模式初具規(guī)模，然而，我國(guó)的總體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著不小的差距，部分地區(qū)仍然沿用著九柱型和一字型墩修建模式，沒(méi)有充分利用三角形具有穩(wěn)定性這一特征，無(wú)法在大型地震支撐起橋梁主體，起不到保護(hù)高鐵的作用，如果遇到水流湍急的河流，還要考慮水流長(zhǎng)期沖擊對(duì)橋面主體的影響，一字型的建設(shè)模式只能在縱向上提高橋面堅(jiān)固程度，適應(yīng)于輕型高鐵，對(duì)于運(yùn)送重型物資的高鐵，運(yùn)行時(shí)如果車廂左右重量差距過(guò)大，容易造成橋體左右受力不均，長(zhǎng)期積累，會(huì)造成橋墩傾斜，并且傾斜角度肉眼難以觀察，定期檢查中也不易發(fā)現(xiàn)，然而地震中威力較大的是橫波，輕微的橫波震動(dòng)加上橋墩本身的傾斜，可能導(dǎo)致橋墩扭曲，再加上縱波造成二次損壞，對(duì)橋墩的傷害無(wú)疑是巨大的。[2]針對(duì)單個(gè)橋墩來(lái)說(shuō)，橋墩的里層構(gòu)件以鋼筋為支撐骨架，鋼筋的穿插模式也從根本上決定了橋墩的抗震性，鋼筋之間的構(gòu)造形式越牢固，貼合度越好，橋墩的抗震性越高，但縱觀我國(guó)建筑行業(yè)，無(wú)論是樓房建筑還是橋梁建筑中，鋼筋捆綁方式不合格導(dǎo)致房屋倒塌和橋梁損壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這在一定程度上反映出我國(guó)鋼筋構(gòu)建中存在的技術(shù)落后問(wèn)題。不能滿足最基本的生活和運(yùn)輸需求，橋墩的抗震性能不言而喻。

1.3橋墩原料配比單一，無(wú)法承受高強(qiáng)度地震

我國(guó)現(xiàn)行體制中，橋墩的原料一般以鋼筋水泥為主，輔助配以適當(dāng)?shù)幕旌蟿?，而生產(chǎn)鋼筋和水泥的原材料質(zhì)量和配比率直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。在生產(chǎn)原料方面，沒(méi)有相應(yīng)法規(guī)應(yīng)保證原料的質(zhì)量。在原料配比方面，一直沿用著傳統(tǒng)的配比方法，無(wú)法適應(yīng)環(huán)境改變，例如在東北地區(qū)，冬季氣溫低，水泥變脆變硬，極易開(kāi)裂，防震性能降低，造成了極大的安全隱患。

2、突破試驗(yàn)瓶頸的相關(guān)解決辦法

2.1廣泛建立試驗(yàn)基地，提高試驗(yàn)結(jié)果可行度

地震時(shí)從震源釋放出來(lái)的能量以地震波的形式傳至地表，而地表各點(diǎn)接收到的地震波是經(jīng)由不同的路徑、不同的地形地質(zhì)條件而到達(dá)的，因而反映到地表的震動(dòng)必然存在差異。對(duì)圓端形實(shí)體橋墩抗震性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能以偏概全，亟需進(jìn)行大量專門(mén)的圓端形實(shí)體橋墩抗震性能研究，選取各種不同地形地貌，地震帶與非地震帶，選取高鐵線路易經(jīng)之地，主要考慮以下因素∶地形、地質(zhì)、水文條件氣候和條件、城鎮(zhèn)、工礦和居民點(diǎn)的分布。水文情況決定排水結(jié)構(gòu)物的數(shù)量和大小，水文地質(zhì)情況決定了含水層的厚度和位置、地基或路基巖層滑坍的可能性。地質(zhì)構(gòu)造，決定地基及路基附近巖層的穩(wěn)定性，確定有無(wú)滑坍、碎落和崩坍的可能。橋位場(chǎng)地的選擇，應(yīng)依據(jù)橋址處的地質(zhì)和地形條件，應(yīng)避免地震時(shí)次生災(zāi)害對(duì)橋梁的破壞，基礎(chǔ)應(yīng)建在巖石或堅(jiān)硬的沖積土層上。要廣泛建立試驗(yàn)基地，結(jié)合實(shí)地考察和實(shí)際情況對(duì)橋梁進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，實(shí)際修改高速鐵路圓端形實(shí)體橋墩的設(shè)計(jì)方案，必須全面分析研究各種可能的比較方案，作出合理的選擇。在相同或幾乎相同的地理?xiàng)l件下可以借鑒同樣方案，但試驗(yàn)進(jìn)行既要多地點(diǎn)選取，又要在一次試驗(yàn)中多次試驗(yàn)測(cè)量與修改，提高試驗(yàn)結(jié)果的可行性。

2.2大力引進(jìn)先進(jìn)模式，提升橋墩抗震性

相對(duì)于我國(guó)的一字型構(gòu)造模式，國(guó)外普遍采用“I”字型建造模式，兩種模式之間看似在橋墩放置位置間的差異不大，但實(shí)際上，橋梁的“I”字型構(gòu)建需要更高的施工水平和更完善的理論體系，在這方面，我國(guó)應(yīng)向日本等處于地震帶的國(guó)家多多學(xué)習(xí)，在日本的大型橋梁建設(shè)中，工程師會(huì)根據(jù)橋梁實(shí)際位置和周邊海域的環(huán)境來(lái)選擇建筑模式，在提升橋墩?qǐng)?jiān)固程度的同時(shí)，減少海底魚(yú)群對(duì)橋墩水下部分的沖擊積極學(xué)習(xí)，使人工建筑與自然環(huán)境相融合。[3]我們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中，不僅僅要學(xué)習(xí)構(gòu)建方法，更是要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造思想。只有掌握思想，擁有屬于自己的理論體系，才能在整體上把控橋墩建造進(jìn)程，并且根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)環(huán)境、氣候差異，適當(dāng)調(diào)整橋墩間距和構(gòu)建類型，以保證橋墩達(dá)到各方面標(biāo)準(zhǔn)，最大程度的減少橋梁損耗度，增強(qiáng)抗震性。

2.3積極開(kāi)發(fā)新型材料，優(yōu)化原料配置比率

隨著科技的不斷發(fā)展，各種新型材料爭(zhēng)相問(wèn)世，我們不能只拘泥于傳統(tǒng)的鋼筋水泥材料，應(yīng)該組織專業(yè)人員，根據(jù)新型材料的特點(diǎn)，選取合適原料試驗(yàn)，找出更堅(jiān)固，抗壓性高，抗震性好的材料，應(yīng)用到實(shí)際建設(shè)中。針對(duì)目前局面，應(yīng)發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新精神，利用現(xiàn)有材料，調(diào)整原料比例，大膽嘗試，不怕失敗。并且針對(duì)地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，選用不同的原料比例，適合氣候特點(diǎn)，延長(zhǎng)橋墩使用壽命和整體質(zhì)量，進(jìn)一步提高橋墩抗震能力。

3、結(jié)語(yǔ)

高鐵線路中橋墩建設(shè)是貫通高鐵線路、保障列車順利運(yùn)行的基礎(chǔ)，提高橋墩抗震性，保證地震時(shí)高鐵中人員與物資安全，對(duì)高鐵行業(yè)發(fā)展有著重要的意義，因此，測(cè)試橋墩抗震性的試驗(yàn)必不可少，本研究提出了試驗(yàn)中難以突破的瓶頸，列舉了相應(yīng)的對(duì)策，為今后的圓端形實(shí)體橋墩抗震性試驗(yàn)提供參考。

[1]徐勇，金福海，楊福泰，等.武廣鐵路客運(yùn)專線四院范圍橋梁總體設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（1）：94-99.

[2]王占飛，隋偉寧，吳權(quán)，等.地震作用下部分填充鋼管混凝土橋墩非線性時(shí)程分析及抗震性能評(píng)價(jià)[J].工程力學(xué)，2011,28（6）：189-194.

[3]陳慧.鐵路橋梁圓端空心墩的設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（4）：77-79.

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1007-6344（2015）03-0173-01