淺談地震對橋梁的危害及防治

張有利，鐘 方

1.河南省路橋建設集團有限公司，河南 商丘 476000

2.商丘市公路管理局，河南 商丘 476000

對現有的橋梁要做好防震加固工作，新建的橋梁要從設計上采取措施，并應進行抗震強度和穩定性的驗算，以適應抗震的要求。

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，對橋梁結構及附屬設施造成的損壞。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，地震使土的抗剪力大幅度降低，從而降低了土的承載力，導致墩臺大幅度下沉。構造地裂縫使墩臺產生水平、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 橋梁震害的基本規律

2.1 高烈度震害比低烈度震害嚴重

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

2.2 岸坡滑移和地基失效橋梁比穩定地基上的橋梁震害嚴重

建橋場地處較廣范圍的地面以下10m～20m深度內的土層稱為場地土，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，三類土在強震的作用下導致地基失效，故震害較重。

2.3 順橋向震害比橫橋向震害嚴重

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，各梁在順橋向為串聯結構，而橫橋向為并聯結構，因此地震荷載和相對位移在順橋上出現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

洪水具有突發性、水量集中、破壞力大等特點，洪峰到來時，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，容易發生損壞，造成橋梁坍塌、道路斷行。

凡在地震中基礎不出現位移、傾斜主岸坡不出現滑移地基，稱為剛性地基，其主要震害表現在以下幾個方面：

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最薄弱的環節，一般當地震烈度大于地震動峰值加速系數時，都有可能造成活動支座的失穩、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律的交替變化等震害。

（4）胸墻及梁端破壞

當地震烈度等于或大于地震動峰值加速系數時，墩身開裂，固定支座被剪斷后，梁將撞擊胸墻或梁端出現弧形撞擊。

2）橫橋向的震害

當地震荷載在橋梁上部結構中產生的橫向水平力大于支座的摩阻力或支座的抗剪強度時，梁與墩臺出現相對位移并剪斷支座，使支座產生橫向位移，當梁兩端支座形式不同時還會產生扭矩使支座扭轉破壞。

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液化和岸坡出現滑動的地基，或者墩臺出現位移，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，出現地裂縫并以此形成多道地裂縫，其縫寬可達1m以上，一般發生在地震烈度以上。墩身傾斜、開裂和折斷。在岸坡滑移時，墩臺位移向河心傾斜，移動土壓力增加，使墩身或樁身在穩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，在地震作用下易發生液化。橋臺和臺后路基下沉；出現在地基液化或岸坡滑移現象后，大部分橋臺發生下沉，臺后路基也都出現大幅度下沉。

4 橋梁抗震加固措施

4.1 橋梁抗震構造要求

對于簡支梁、連續梁、系桿拱等梁式體系，必須設置阻止梁墩橫橋向相對應位移的構造，阻止梁的橫向位移。對于懸臂梁和T型剛構除采取與簡支梁、連續梁、系桿拱等梁式體系相同措施外，還應采取阻止上部結構與上部結構之間出現橫橋向相對位移的構造措施。對于活動支座，均應采取限制其位移、防止其歪斜的措施。對于簡支梁應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定的河岸修建，并應合理布置橋孔，避免將墩臺布設于在地震時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。當主拱采用組合斷面時，應加強組合截面的連接強度。對于雙曲拱橋應加強助波間的連接。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結構。

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：增設擋塊和加強胸墻，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，邊主梁外側設置擋塊或擋桿，邊主梁外側設鋼支架加固等；

3）防止支座破壞的主要措施有：寬蓋梁上設置支座擋塊，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，這些薄弱環節也予以加固。其主要抗震措施有：拱肋與拱波之間用鋼筋混凝土補強，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 墩臺和基礎的抗震加固

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

5 結論

綜上所述，為適應橋梁隊抗震的要求，針對震害所出現的各種薄弱環節，加強橋梁構造以提高橋梁抗震能力顯然是有重要意義的。

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