公路交通體系中的抗震問題

文/中交第一公路工程局 郭海陽

地震災害會造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，公路交通體系造價高昂，同時承擔震后救援的主要通道作用，是重要的生命線工程。保證公路交通在一定強度的地震作用下繼續(xù)發(fā)揮作用，并在遭受高強震作用損壞后能夠得到快速修復，必須在公路交通的選線、勘察、設計、施工和后期維護全周期考慮地震影響。

主要震害

國內(nèi)外多次震后調(diào)查表明，公路結(jié)構物的結(jié)構類型直接關系到其所受地震影響的程度。分析公路交通體系的震害時，首先要對將公路交通體系按結(jié)構類型分類。本文按道路、橋梁和隧道分類，依次分析各結(jié)構類型的震害特點。

道路震害

道路主要由路基、路面、支擋結(jié)構和路基邊坡等若干部分組成。地震對道路的破壞可以分為直接破壞和間接破壞。路基受地震直接破壞的影響，主要可分為震陷變形和滑塌變形兩類。震陷變形是較為普遍的路基震害形式?；冃蝺H發(fā)生在一側(cè)有臨空面的公路路基情況。在高烈度地震區(qū)，公路路基的震陷量可達到幾十厘米，不同性質(zhì)的土體在地震作用下，會產(chǎn)生不同程度的震陷變形。短距離內(nèi)頻繁的不均勻路基變形，會嚴重影響道路發(fā)揮正常功能。

土體與結(jié)構物的變形不協(xié)調(diào)，也會對公路正常使用產(chǎn)生影響。橋梁在地震作用下的沉降量，通常小于路基土體的震陷量，在交界處會引起路面顯著的高度差。土體與支擋結(jié)構的相互脫離，會降低支擋結(jié)構所受被動土壓力，造成支擋結(jié)構的滑移和傾覆破壞。支擋結(jié)構還會受到地震的間接破壞，地震動造成的山體滑坡會對支擋結(jié)構造成沖垮破壞，松動或有發(fā)育結(jié)構面的巖體發(fā)生崩塌，會破壞及砸毀道路支擋結(jié)構。路基邊坡也會在高強度的地震作用下發(fā)生滑動破壞。

公路交通中道路部分的震害特點是范圍廣、震害點多。路面本身的震害較易修復，山體崩塌后的巨量土石方掩埋和道路整體垮塌是震后修復的難點。

公路橋梁震害

公路橋梁震害可以分為直接震害和間接震害。橋梁直接震害是指橋梁結(jié)構無法承擔地震動的作用而發(fā)生的破壞。橋梁間接震害是指地震地質(zhì)災害引發(fā)巖土體移位對橋梁造成的損壞。對橋梁的震后調(diào)查表明，橋梁的震害與很多因素有關，包括橋梁結(jié)構類型、橋長河橋墩類型。具體表現(xiàn)為：彎斜橋比直線橋更易受破壞，長橋比短橋更易受破壞，圓形橋墩的橋梁破壞比矩形橋墩橋梁更易受破壞。

橋梁的直接震害主要有全橋垮塌、落梁、橋梁支座位移、橋墩破壞、主梁移位等。間接震害主要有山體垮塌和邊坡滑坡造成巖土體移位對橋梁結(jié)構的損害，泥石流和河流對橋梁的沖毀等，此類破壞在山區(qū)地震中表現(xiàn)更為明顯。橋梁震害修復難度較大，一些嚴重的震害幾乎無法修復繼續(xù)使用，是整個公路震害的關鍵點。

公路隧道震害

公路隧道震害可按震害發(fā)生的部位劃分，主要分為洞外結(jié)構震害、隧道拱部震害和隧道底部震害。洞外結(jié)構震害有洞口巖土體滑落堵塞洞口、洞口護坡開裂等。隧道拱部震害主要有隧道垮塌、結(jié)構縫開裂和襯砌錯臺等。隧道底部震害有路面開裂、仰拱隆起等。經(jīng)驗表明，相對于地上結(jié)構，地下結(jié)構受到的地震影響偏小。歷次破壞性的大地震中，地下結(jié)構很少發(fā)生嚴重的塌落，隧道的主體結(jié)構也很少遭受破壞。

地震破壞的程度與評價

地震發(fā)生后，公路交通體系中，部分結(jié)構沒有遭受破壞，部分結(jié)構遭受了破壞。在遭受了破壞的結(jié)構中，又存在破壞程度的區(qū)分：部分結(jié)構修復后可以繼續(xù)使用，部分結(jié)構則需要重新設計建造。在對公路交通體系進行的震后調(diào)查中，評估公路結(jié)構物的破壞程度可以準確把握地震損失，指導后續(xù)修復工作，對高效、經(jīng)濟地恢復公路交通體系的功能有重要作用。

歷次破壞性的大地震中，隧道地下結(jié)構很少發(fā)生嚴重的塌落，隧道的主體結(jié)構也很少遭受破壞。

公路結(jié)構地震破壞程度的評價標準有兩個方面：定性和定量。定性的評價主要考慮結(jié)構物整體的破壞程度、車輛行駛受影響程度和修復的難易程度，與地震烈度的概念相對應。定量的評價需要測量可以量化的指標，比如裂縫的寬度和長度、位錯的大小和沉降量等，與地震震動大小的概念相對應。

結(jié)構物損壞程度判斷需要結(jié)合定性評價和定量評價，我國在汶川地震后發(fā)布的國家標準《生命線工程地震破壞等級劃分》中就是采用的這種方法。對道路劃分了五個破壞等級，各個等級的標準以定性描述為主，結(jié)合了定量描述。比如,地震破壞等級為Ⅱ級的道路路肩、擋土墻、壘面、路塹有細裂縫，路面輕微下陷或隆起，出現(xiàn)細裂縫或小于15cm的下沉，造成一定的行車障礙，但仍可通行。

震害的預測與防治

公路交通體系震害的災前預測

預測模型主要基于發(fā)生在我國數(shù)次較大地震的震害統(tǒng)計分析。調(diào)查與公路震害相關的因素，通過關聯(lián)各因素與已有震害，確定各因素和公路震害的聯(lián)系，建立公路震害預測模型，實現(xiàn)對公路交通體系各組成部分在特定地震條件下的震害預測。預測結(jié)果可以為高地震風險區(qū)的公路交通工程抗震，提供加固依據(jù)。

公路交通體系的震害防治

公路交通體系震害防治方法有兩部分含義：一是在公路的選線、勘察、設計和施工階段，將地震看做重要的破壞因素；二是在地震對公路交通造成破壞后，恢復公路交通的正常功能。

厘清線路范圍內(nèi)的斷層情況，公路路線應盡可能規(guī)避活動斷層，如果無法避免，公路線路應以最大角度穿過斷層。擴大勘察范圍，調(diào)查線路較廣范圍內(nèi)的地質(zhì)條件，遠離不良地質(zhì)發(fā)育的地區(qū)。提高關鍵節(jié)點結(jié)構的抗震設防等級，數(shù)次大震的震后調(diào)查表明，實際發(fā)生的地震烈度遠遠高于規(guī)范中規(guī)定的抗震設防烈度。這其中有地區(qū)地質(zhì)條件的影響，但也應當引起其他地區(qū)公路項目的重視。

震后迅速打通公路交通線，對于挽救生命和地震災區(qū)恢復有重要作用，所以對公路交通震害的修復應有兩方面的考量：一是對應于救災人員的進入和受傷人員的轉(zhuǎn)出；二是基于長久的抗震目標。第二點和公路最初勘察設計階段的目標差別不大，但是要特別注意因地震造成的地質(zhì)條件惡化。震后72小時為救援的黃金時間，快速打通災區(qū)公路交通的意義不言而喻，也是公路作為生命線工程的最重要內(nèi)含。這個階段的公路修復宜采用臨時性的措施使道路迅速通車，比如對于路基的坍塌和沉陷，可以就地取材進行填埋處理；對于邊坡的破壞，可以采用臨時支護措施。

歷次強震災害表明，公路交通體系對于震后救災的快速有效展開有著極其重要的作用，震后災區(qū)生產(chǎn)生活恢復在很大程度上依賴于公路交通體系的正常運轉(zhuǎn)，應在勘察設計階段重視地震對公路交通的影響，且應對強震作用下公路可能發(fā)生的震害有清晰認識。