四川省高烈度地震區公路橋梁設計要點

王崇漢， 姜 博

(四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川成都610017)

隨著我國經濟的高速發展,高速公路開始向地震多發區、高烈度地震區延伸，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抗震設防烈度達到了9度，在高烈度地區橋梁抗震設計是公路抗震設計的重中之重。根據大量震害調查分析和多年橋梁設計工作積累，筆者總結了一些橋梁抗震設計要點，供相關工程人員參考。

1 橋位選擇

(1)橋位應選擇建設場地及其鄰近無晚近期活動性斷裂，地質構造相對穩定，同時地基為比較完整的巖體、堅硬土或開闊平坦密實的中硬土等的抗震有利地段。橋位應避開地震時可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發震斷裂帶的抗震危險地段。

(2)如果路線必須穿越發震斷裂帶，則首先考慮路基或隧道穿越發震斷裂帶，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震斷裂帶，則需考慮抗震性能較好的橋型。穿越發震斷裂帶時，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，應做好相應處治方案，減小地震次生災害危機橋梁安全。公路橋位需穿越因地震可能引發滑坡、崩塌而造成堰塞湖的地段，應估計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，應采取應對措施。

2 橋型與結構型式

常規橋梁盡量做到標準化、定型化、工廠化，裝配化、輕型化。一般橋梁宜優先選用裝配式預應力混凝土簡支小箱梁、裝配式預應力混凝土簡支T梁以及中小跨徑的鋼板組合簡支梁和鋼箱組合簡支梁。

互通區橋梁，等寬或寬度變化不大的主線橋、半徑較大的匝道橋宜采用標準跨徑的裝配式上部結構。寬度變化較大的主線橋、小半徑平曲線上的橋梁，可采用預應力現澆連續箱梁。當墩高不小于40m，地震動峰值加速度不小于0.3g時，宜采用鋼箱組合梁、鋼桁組合梁以提高結構抗震及抗扭能力。

對于路線走向較高，需要連續布置多跨高墩結構時，對于8度、9度區，可以采用鋼混組合連續梁、波形鋼腹板連續剛構橋、鋼桁架連續剛構橋、鋼管混凝土桁式腹板連續剛構橋、鋼混組合梁斜拉橋等抗震性能較好的橋型。

對于跨越發震斷裂帶的橋梁，前后2個橋墩需跨越斷裂帶，使斷裂帶位于橋跨中間。橋型應采用簡支梁，避免在地震中出現全橋垮塌的現象，并加寬蓋梁寬度，預留足夠的多的搭接寬度防止地震時落梁。

斜交橋梁在地震作用下將會引起結構向減小斜交角的方向轉動，進而引起銳角邊支座脫空，結構發生碰撞引起過大的位移。因此，高烈度地區需要采用斜橋時，宜慎重考慮，建議采用適當加大跨徑斜橋正做或左右幅錯孔布置的方式進行布設。

3 橋梁跨徑選擇

高烈度地震區公路橋梁上部構造設計時，需盡量減輕上部構造的自重，有效減小由上部結構引起的地震作用力，從而降低下部結構的設計難度和橋梁的整體工程造價。

地震動峰值加速度不大于0.3g時常規橋梁大、中橋可采用跨徑16m、20m、25m、30m裝配式預應力簡支小箱梁，跨徑20m、25m、30m、40m裝配式預應力簡支T梁。動峰值加速度0.3～0.40g時，可采用跨徑16m、20m、25m裝配式預應力簡支小箱梁，跨徑20m、25m、30m裝配式預應力簡支T梁，跨徑30m、40m鋼板組合簡支梁或鋼箱組合梁。30m裝配式預應力簡支小箱梁和40m裝配式預應力簡支T梁自重較大，當動峰值加速度不小于0.4g時，將引起過大的地震慣性力，從而導致下部結構設計非常困難，并且在豎向地震中的作用下，可能會出現上部結構自身承載能力驗算不滿足的情況，因此，不建議再采用。

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

4 橋梁下部結構選型

高烈度地震區往往位于山區，地震烈度高的地形、地質條件也相對較差，結合多條位于高烈度地區的橋梁下部結構選型情況，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-混組合結構變截面空心墩、鋼管混凝土格構墩。

墩高H≤40m時可采用鋼筋混凝土圓形柱式墩、鋼筋混凝土矩形柱式墩；當40

5 橋梁分聯

四川山區地形起伏較大，橋梁分聯時應充分考慮一聯內橋墩的剛度比問題，保證一聯內橋墩抗推剛度分布相對均勻，使各個橋墩均參與抗震，協同承擔地震力。因此在聯長劃分時，墩高是控制聯長劃分的關鍵因素，若出現無法保證一聯墩高分布均勻時，應采用構造措施來保證一聯內橋梁的抗推剛度比滿足規范要求，通常可采用幾種措施：

(1)在一聯內采用不同尺寸或不同形狀的橋墩型式，通過調節橋墩截面抗彎剛度來調整一聯內橋墩的抗推剛度分配均勻。

(2)一聯內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來實現串聯后的剛度協調均勻。

(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，一聯橋越長，跨數越多，地震作用下參與受力的橋墩越多，各橋墩分攤的力越少；在橫橋向，一聯橋越長，橫向“擺尾”效應越大，橋墩受力越大。結合工程經驗，綜合考慮靜力和地震2個方面因素，橋梁分聯宜采用4孔一聯—6孔一聯，一聯橋的長度宜控制在200m以內。

6 橋梁抗震分析

根據JTG/T2231-01-2020《公路橋梁抗震設計規范》，抗震設防烈度達到7度及以上時，橋梁需進行抗震分析。對于四川高烈度區橋梁應加強抗震分析，并通過分析結果來驗證橋梁的抗震性能。

在具體設計中，對于常規結構橋梁，可根據所在地震動區劃、場地類別并結合橋梁的墩高和跨徑等參數梳理歸納處多座典型橋梁進行抗震分析[1]。對于特殊結構橋梁和墩高超過40m的常規結構橋梁應專門進行抗震分析，如有必要還可進一步開展抗震專項研究。

高烈度地區橋梁，宜采用非線性時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，時程曲線可采用規范設計反應譜進行擬合或進行場地地震安評獲取。

7 橋梁減隔震設計

減隔震技術是一種簡便、經濟、先進的工程抗震手段，在四川高烈度地區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采用延性體系導致整體結構出現過大的損傷。

減隔震體系的主要內容又可以歸納為減隔震支座的設計及相關參數的選取。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，并且在一聯內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，最大限度地將地震力分散。

8 抗震構造措施

(1)簡支梁橋和連續梁橋上部構造梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應有一定距離，滿足JTG/T2231-01-2020《公路橋梁抗震設計規范》第11.2.1條要求。

(2)加強梁體縱、橫向擋塊的設計，保證上部梁體在每個墩臺上均有縱、橫向擋塊進行限位，并在擋塊內側粘貼橡膠墊塊，實現碰撞中的緩沖耗能[2]。

(3)當采用減隔震體系時，所采用的減隔震支座應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致梁體從墊石上滑落。

(5)加強防落梁設計，尤其是簡支體系結構和連續結構體系的邊跨，應保證結構在超過預期地震作用下不出現落梁現象。對于簡支體系橋面連續處設置連梁拉桿，對于簡支體系和連續體系分聯處設置防落梁鏈條。

9 結束語

結合筆者在四川高烈度區高速公路建設中的實踐經驗，并總結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、上下部結構選型、橋梁分聯、橋梁減隔震設計及抗震措施設計等方面總結出相關的抗震設計要點，供相關設計人員參考。