四川省高烈度地震區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王崇漢， 姜 博

(四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610017)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高速公路開始向地震多發(fā)區(qū)、高烈度地震區(qū)延伸，而四川所面臨的地震問題尤為突出，例如四川西昌和康定局部地區(qū)抗震設(shè)防烈度達(dá)到了9度，在高烈度地區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)是公路抗震設(shè)計(jì)的重中之重。根據(jù)大量震害調(diào)查分析和多年橋梁設(shè)計(jì)工作積累，筆者總結(jié)了一些橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供相關(guān)工程人員參考。

1 橋位選擇

(1)橋位應(yīng)選擇建設(shè)場地及其鄰近無晚近期活動性斷裂，地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定，同時(shí)地基為比較完整的巖體、堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)的中硬土等的抗震有利地段。橋位應(yīng)避開地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶的抗震危險(xiǎn)地段。

(2)如果路線必須穿越發(fā)震斷裂帶，則首先考慮路基或隧道穿越發(fā)震斷裂帶，其次才考慮采用橋梁穿越。如果條件限制必須采用橋梁跨越發(fā)震斷裂帶，則需考慮抗震性能較好的橋型。穿越發(fā)震斷裂帶時(shí)，要求路線垂直穿越，一跨跨越。

(3)公路橋位需穿越泥石流、滑坡地段，應(yīng)做好相應(yīng)處治方案，減小地震次生災(zāi)害危機(jī)橋梁安全。公路橋位需穿越因地震可能引發(fā)滑坡、崩塌而造成堰塞湖的地段，應(yīng)估計(jì)其淹沒和潰壩的影響范圍，合理確定路線的高程，選定橋位。對可能因發(fā)生滑坡、崩塌而改變河流流向、影響岸坡和橋梁墩臺及路基安全時(shí)，應(yīng)采取應(yīng)對措施。

2 橋型與結(jié)構(gòu)型式

常規(guī)橋梁盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、工廠化，裝配化、輕型化。一般橋梁宜優(yōu)先選用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁以及中小跨徑的鋼板組合簡支梁和鋼箱組合簡支梁。

互通區(qū)橋梁，等寬或?qū)挾茸兓淮蟮闹骶€橋、半徑較大的匝道橋宜采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的裝配式上部結(jié)構(gòu)。寬度變化較大的主線橋、小半徑平曲線上的橋梁，可采用預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。當(dāng)墩高不小于40m，地震動峰值加速度不小于0.3g時(shí)，宜采用鋼箱組合梁、鋼桁組合梁以提高結(jié)構(gòu)抗震及抗扭能力。

對于路線走向較高，需要連續(xù)布置多跨高墩結(jié)構(gòu)時(shí)，對于8度、9度區(qū)，可以采用鋼混組合連續(xù)梁、波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼桁架連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼管混凝土桁式腹板連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼混組合梁斜拉橋等抗震性能較好的橋型。

對于跨越發(fā)震斷裂帶的橋梁，前后2個(gè)橋墩需跨越斷裂帶，使斷裂帶位于橋跨中間。橋型應(yīng)采用簡支梁，避免在地震中出現(xiàn)全橋垮塌的現(xiàn)象，并加寬蓋梁寬度，預(yù)留足夠的多的搭接寬度防止地震時(shí)落梁。

斜交橋梁在地震作用下將會引起結(jié)構(gòu)向減小斜交角的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而引起銳角邊支座脫空，結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞引起過大的位移。因此，高烈度地區(qū)需要采用斜橋時(shí)，宜慎重考慮，建議采用適當(dāng)加大跨徑斜橋正做或左右幅錯孔布置的方式進(jìn)行布設(shè)。

3 橋梁跨徑選擇

高烈度地震區(qū)公路橋梁上部構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，需盡量減輕上部構(gòu)造的自重，有效減小由上部結(jié)構(gòu)引起的地震作用力，從而降低下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度和橋梁的整體工程造價(jià)。

地震動峰值加速度不大于0.3g時(shí)常規(guī)橋梁大、中橋可采用跨徑16m、20m、25m、30m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支小箱梁，跨徑20m、25m、30m、40m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支T梁。動峰值加速度0.3～0.40g時(shí)，可采用跨徑16m、20m、25m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支小箱梁，跨徑20m、25m、30m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支T梁，跨徑30m、40m鋼板組合簡支梁或鋼箱組合梁。30m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支小箱梁和40m裝配式預(yù)應(yīng)力簡支T梁自重較大，當(dāng)動峰值加速度不小于0.4g時(shí)，將引起過大的地震慣性力，從而導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常困難，并且在豎向地震中的作用下，可能會出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)自身承載能力驗(yàn)算不滿足的情況，因此，不建議再采用。

當(dāng)需要采用大于40m的跨徑時(shí)，可考慮采用50m鋼板組合梁，50m、60m、70m鋼箱組合梁。當(dāng)墩高40～80m，地震動峰值加速度不小于0.4g時(shí)，可采用跨徑80～120m鋼箱組合連續(xù)梁、跨徑80～150m鋼桁架組合連續(xù)梁。

4 橋梁下部結(jié)構(gòu)選型

高烈度地震區(qū)往往位于山區(qū)，地震烈度高的地形、地質(zhì)條件也相對較差，結(jié)合多條位于高烈度地區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)選型情況，通常可采用的橋墩形式有鋼筋混凝土圓形柱式墩、鋼筋混凝土矩形柱式墩、鋼筋混凝土變截面矩形空心墩、鋼-混組合結(jié)構(gòu)變截面空心墩、鋼管混凝土格構(gòu)墩。

墩高H≤40m時(shí)可采用鋼筋混凝土圓形柱式墩、鋼筋混凝土矩形柱式墩；當(dāng)40

5 橋梁分聯(lián)

四川山區(qū)地形起伏較大，橋梁分聯(lián)時(shí)應(yīng)充分考慮一聯(lián)內(nèi)橋墩的剛度比問題，保證一聯(lián)內(nèi)橋墩抗推剛度分布相對均勻，使各個(gè)橋墩均參與抗震，協(xié)同承擔(dān)地震力。因此在聯(lián)長劃分時(shí)，墩高是控制聯(lián)長劃分的關(guān)鍵因素，若出現(xiàn)無法保證一聯(lián)墩高分布均勻時(shí)，應(yīng)采用構(gòu)造措施來保證一聯(lián)內(nèi)橋梁的抗推剛度比滿足規(guī)范要求，通?？刹捎脦追N措施：

(1)在一聯(lián)內(nèi)采用不同尺寸或不同形狀的橋墩型式，通過調(diào)節(jié)橋墩截面抗彎剛度來調(diào)整一聯(lián)內(nèi)橋墩的抗推剛度分配均勻。

(2)一聯(lián)內(nèi)采用不同剛度的支座，通過支座剪切剛度與橋墩抗推剛度的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)串聯(lián)后的剛度協(xié)調(diào)均勻。

(3)在矮墩上采用滑板支座，在地震作用下釋放矮墩，最大限度減少矮墩的不利作用。

在順橋向，跨徑一定時(shí)，一聯(lián)橋越長，跨數(shù)越多，地震作用下參與受力的橋墩越多，各橋墩分?jǐn)偟牧υ缴?；在橫橋向，一聯(lián)橋越長，橫向“擺尾”效應(yīng)越大，橋墩受力越大。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮靜力和地震2個(gè)方面因素，橋梁分聯(lián)宜采用4孔一聯(lián)—6孔一聯(lián)，一聯(lián)橋的長度宜控制在200m以內(nèi)。

6 橋梁抗震分析

根據(jù)JTG/T2231-01-2020《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，抗震設(shè)防烈度達(dá)到7度及以上時(shí)，橋梁需進(jìn)行抗震分析。對于四川高烈度區(qū)橋梁應(yīng)加強(qiáng)抗震分析，并通過分析結(jié)果來驗(yàn)證橋梁的抗震性能。

在具體設(shè)計(jì)中，對于常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁，可根據(jù)所在地震動區(qū)劃、場地類別并結(jié)合橋梁的墩高和跨徑等參數(shù)梳理歸納處多座典型橋梁進(jìn)行抗震分析[1]。對于特殊結(jié)構(gòu)橋梁和墩高超過40m的常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)專門進(jìn)行抗震分析，如有必要還可進(jìn)一步開展抗震專項(xiàng)研究。

高烈度地區(qū)橋梁，宜采用非線性時(shí)程分析手段開展抗震分析，橋梁抗震體系建議采用減隔震體系，時(shí)程曲線可采用規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜進(jìn)行擬合或進(jìn)行場地地震安評獲取。

7 橋梁減隔震設(shè)計(jì)

減隔震技術(shù)是一種簡便、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的工程抗震手段，在四川高烈度地區(qū)推薦采用減隔震體系來滿足橋梁抗震的需求，從而避免在高烈度地區(qū)采用延性體系導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的損傷。

減隔震體系的主要內(nèi)容又可以歸納為減隔震支座的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)的選取。常用的減隔震支座主要有高阻尼橡膠支座、鉛芯橡膠支座、摩擦擺支座、拉索減震支座等。其中高阻尼橡膠支座以其優(yōu)良的抗震性能，得到了廣泛的采用，因此推薦采用高阻尼橡膠支座，并且在一聯(lián)內(nèi)所有墩臺上均布置高阻尼橡膠支座，將所有墩臺納入抗震體系內(nèi)，最大限度地將地震力分散。

8 抗震構(gòu)造措施

(1)簡支梁橋和連續(xù)梁橋上部構(gòu)造梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應(yīng)有一定距離，滿足JTG/T2231-01-2020《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第11.2.1條要求。

(2)加強(qiáng)梁體縱、橫向擋塊的設(shè)計(jì)，保證上部梁體在每個(gè)墩臺上均有縱、橫向擋塊進(jìn)行限位，并在擋塊內(nèi)側(cè)粘貼橡膠墊塊，實(shí)現(xiàn)碰撞中的緩沖耗能[2]。

(3)當(dāng)采用減隔震體系時(shí)，所采用的減隔震支座應(yīng)保證支座上部有螺栓與梁體連接，下部有螺栓與帽梁連接。

(4)過渡墩及橋臺處支座墊石不宜高于10cm，且順橋向宜與墩、臺最外邊沿緣平齊，從而避免地震中梁體位移過大導(dǎo)致梁體從墊石上滑落。

(5)加強(qiáng)防落梁設(shè)計(jì)，尤其是簡支體系結(jié)構(gòu)和連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的邊跨，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在超過預(yù)期地震作用下不出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。對于簡支體系橋面連續(xù)處設(shè)置連梁拉桿，對于簡支體系和連續(xù)體系分聯(lián)處設(shè)置防落梁鏈條。

9 結(jié)束語

結(jié)合筆者在四川高烈度區(qū)高速公路建設(shè)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并總結(jié)汶川和蘆山地震中不同橋型的抗震性能和震害分析，在橋位選擇、橋型選擇、上下部結(jié)構(gòu)選型、橋梁分聯(lián)、橋梁減隔震設(shè)計(jì)及抗震措施設(shè)計(jì)等方面總結(jié)出相關(guān)的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。