關于高速鐵路圓端形實體橋墩抗震性能試驗研究

洪 濤

(中鐵二十五局集團第六工程有限公司，廣西 柳州 545007)

關于高速鐵路圓端形實體橋墩抗震性能試驗研究

洪 濤

(中鐵二十五局集團第六工程有限公司，廣西 柳州 545007)

隨著我國交通行業的飛速發展，高鐵已經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，由于我國地勢多變，很多高鐵線路橫跨河流、峽谷，需要依靠修建橋梁來實現線路貫通，橋墩是橋梁的基礎，所以修建過程中對橋墩提出了極高的質量要求，在這之中，圓端形實體橋墩最符合施工標準，在橋梁建設中的應用也最為廣泛，近年來地震事故頻發，橋墩的抗震性也因此受到廣泛關注。本研究簡要介紹了高速鐵路圓端實體橋墩抗震性能試驗的基本流程，分析了試驗中存在的問題，并提出了相應的解決方法。

高速鐵路 圓端形實體橋墩 抗震性能

我國橋梁建造中橋墩的類型主要有矩形墩、方形墩、圓形墩等等，隨著實驗技術的不斷進步，工程師對各種墩形的研究越來越深入，圓端形實體墩的優勢日益明顯。檢測圓端形實體橋墩的抗震性能的工作有很多，主要包括檢測橋墩的強度、軸壓比、縱筋率、配箍率、剪跨比；建立實驗室，模擬地震場景，根據實驗結果，尋找可能影響橋墩抗震性的因素；[1]通過化學檢測，尋找抗震性最好的建筑原材料，應用到實際建設中。橋墩抗震性試驗能在真正建設之前及時的發掘出潛在的影響因素，為橋梁建設提供了參考意義。

1、橋墩抗震性試驗中遇到的瓶頸

1.1試驗條件固定，試驗結果可行度不高

高鐵線路跨越地域廣,地理環境復雜多變,而我國的多條線路位于地震多發區，實驗結果就要應用于不同地域，這樣便造成了實驗的偶然性。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標準。比如我國西部地區的地質地貌的特殊性,使得修建在地形起伏較大的地方的橋梁比比皆是，并且西部地區是我國一個地震頻繁發生的區域，應做重點實驗地點。再比如受不規則地形影響,地震波在平坦場地中的傳播與河谷地形相比就有很大不同。因此，河谷地形地震動分布在小尺度空間上并非一致，呈現出明顯的差異性，有必要評估這種差異對橋梁地震反應的影響。現階段，雖然鐵路橋梁與公路橋梁的抗震設計規范有一些不同，但鐵路橋梁和公路橋梁的抗震設計的基本理論是相同的。

當橋墩建在不同地點，前期主要工作是進行各構件的結構計算和測畫結構設計詳圖，那么，在地震動峰值加速度較大的地區，對結構的設計要求就更精細。所以高速鐵路圓端形實體橋墩抗震性能試驗要經過計算和設計，在不同地點進行試驗，精準測繪考察。

1.2橋墩構造模式相對落后，抗震性不高

隨著我國橋梁建設體系的逐步完善，橋墩構造模式初具規模，然而，我國的總體水平與發達國家還存在著不小的差距，部分地區仍然沿用著九柱型和一字型墩修建模式，沒有充分利用三角形具有穩定性這一特征，無法在大型地震支撐起橋梁主體，起不到保護高鐵的作用，如果遇到水流湍急的河流，還要考慮水流長期沖擊對橋面主體的影響，一字型的建設模式只能在縱向上提高橋面堅固程度，適應于輕型高鐵，對于運送重型物資的高鐵，運行時如果車廂左右重量差距過大，容易造成橋體左右受力不均，長期積累，會造成橋墩傾斜，并且傾斜角度肉眼難以觀察，定期檢查中也不易發現，然而地震中威力較大的是橫波，輕微的橫波震動加上橋墩本身的傾斜，可能導致橋墩扭曲，再加上縱波造成二次損壞，對橋墩的傷害無疑是巨大的。[2]針對單個橋墩來說，橋墩的里層構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，鋼筋之間的構造形式越牢固，貼合度越好，橋墩的抗震性越高，但縱觀我國建筑行業，無論是樓房建筑還是橋梁建筑中，鋼筋捆綁方式不合格導致房屋倒塌和橋梁損壞的現象時有發生，這在一定程度上反映出我國鋼筋構建中存在的技術落后問題。不能滿足最基本的生活和運輸需求，橋墩的抗震性能不言而喻。

1.3橋墩原料配比單一，無法承受高強度地震

我國現行體制中，橋墩的原料一般以鋼筋水泥為主，輔助配以適當的混合劑，而生產鋼筋和水泥的原材料質量和配比率直接決定了產品的質量。在生產原料方面，沒有相應法規應保證原料的質量。在原料配比方面，一直沿用著傳統的配比方法，無法適應環境改變，例如在東北地區，冬季氣溫低，水泥變脆變硬，極易開裂，防震性能降低，造成了極大的安全隱患。

2、突破試驗瓶頸的相關解決辦法

2.1廣泛建立試驗基地，提高試驗結果可行度

地震時從震源釋放出來的能量以地震波的形式傳至地表，而地表各點接收到的地震波是經由不同的路徑、不同的地形地質條件而到達的，因而反映到地表的震動必然存在差異。對圓端形實體橋墩抗震性的實驗結果不能以偏概全，亟需進行大量專門的圓端形實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，選取高鐵線路易經之地，主要考慮以下因素∶地形、地質、水文條件氣候和條件、城鎮、工礦和居民點的分布。水文情況決定排水結構物的數量和大小，水文地質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。地質構造，決定地基及路基附近巖層的穩定性，確定有無滑坍、碎落和崩坍的可能。橋位場地的選擇，應依據橋址處的地質和地形條件，應避免地震時次生災害對橋梁的破壞，基礎應建在巖石或堅硬的沖積土層上。要廣泛建立試驗基地，結合實地考察和實際情況對橋梁進行預測和評估，實際修改高速鐵路圓端形實體橋墩的設計方案，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條件下可以借鑒同樣方案，但試驗進行既要多地點選取，又要在一次試驗中多次試驗測量與修改，提高試驗結果的可行性。

2.2大力引進先進模式，提升橋墩抗震性

相對于我國的一字型構造模式，國外普遍采用“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，但實際上，橋梁的“I”字型構建需要更高的施工水平和更完善的理論體系，在這方面，我國應向日本等處于地震帶的國家多多學習，在日本的大型橋梁建設中，工程師會根據橋梁實際位置和周邊海域的環境來選擇建筑模式，在提升橋墩堅固程度的同時，減少海底魚群對橋墩水下部分的沖擊積極學習，使人工建筑與自然環境相融合。[3]我們在學習的過程中，不僅僅要學習構建方法，更是要總結經驗，學習構造思想。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程，并且根據實際情況，針對環境、氣候差異，適當調整橋墩間距和構建類型，以保證橋墩達到各方面標準，最大程度的減少橋梁損耗度，增強抗震性。

2.3積極開發新型材料，優化原料配置比率

隨著科技的不斷發展，各種新型材料爭相問世，我們不能只拘泥于傳統的鋼筋水泥材料，應該組織專業人員，根據新型材料的特點，選取合適原料試驗，找出更堅固，抗壓性高，抗震性好的材料，應用到實際建設中。針對目前局面，應發揚創新精神，利用現有材料，調整原料比例，大膽嘗試，不怕失敗。并且針對地區環境特點，選用不同的原料比例，適合氣候特點，延長橋墩使用壽命和整體質量，進一步提高橋墩抗震能力。

3、結語

高鐵線路中橋墩建設是貫通高鐵線路、保障列車順利運行的基礎，提高橋墩抗震性，保證地震時高鐵中人員與物資安全，對高鐵行業發展有著重要的意義，因此，測試橋墩抗震性的試驗必不可少，本研究提出了試驗中難以突破的瓶頸，列舉了相應的對策，為今后的圓端形實體橋墩抗震性試驗提供參考。

[1]徐勇，金福海，楊福泰，等.武廣鐵路客運專線四院范圍橋梁總體設計[J].鐵道標準設計，2010（1）：94-99.

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

[3]陳慧.鐵路橋梁圓端空心墩的設計[J].鐵道標準設計，2010（4）：77-79.

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1007-6344（2015）03-0173-01