公路橋梁震害特征及搶通保通措施

柯勇，張書豪，李本偉，向波，彭浪鳴，何云勇

[摘要]以四川省山區公路中小跨徑梁式橋梁為例，研究其在地震、暴雨洪災及次生地質災害作用下的病害類型及特征，結合“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災、“6·1”雅安地震等自然災害公路橋梁應急搶通保通經驗，提出了公路橋梁應急調查和評估方法，建立了橋梁災害評價分級標準，以通行能力受損程度劃分為“A輕微、B中等、C嚴重、D完全損毀”四級，并按“穩妥易行、安全可靠、永臨結合”的原則，提出了公路橋梁搶通保通及加固新技術。

[關鍵詞]橋梁工程； 梁橋； 地震； 暴雨洪災； 災害類型； 災害等級標準； 搶通保通技術

[中國分類號]U445.7+5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]A

0引言

西部山區的強烈地震、暴雨洪災及其誘發的次生地質災害往往會對公路造成巨大損毀，其中橋梁作為公路的咽喉，在地震、洪水及其次生地質災害中極易受損，導致公路斷道，制約搶險救災工作開展，故公路橋梁災后如何應急搶通保通是一個關鍵問題。近年來，針對不同的自然災害條件下公路橋梁損毀案例，已有學者或工程技術人員在實踐的基礎上，提出了一些公路橋梁災后應急搶通保通的工程技術措施［1-6］，但未形成系統的災害應急調查評估、分級標準及應急搶通保通等系統的技術體系。項目組基于已有研究成果，結合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災、“6·1”雅安地震等自然災害公路橋梁應急搶通保通經驗，研究公路橋梁及次生地質災害類型及特征，制定災害評價分級標準，按照“穩妥易行、安全可靠、永臨結合”的原則，提出公路橋梁搶通保通及加固新技術。研究成果可為公路橋梁災后快速搶通保通提供參考。

1公路橋梁典型災害類型

自然災害作用下，不同結構形式的公路橋梁災損類型及特征不一，剛構橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等特殊結構橋梁若受損，一般由專業檢測機構進行檢測評估、專項維修。本文則以山區公路中小跨徑梁式橋梁為例，研究近年來四川省受地震、洪水和次生地質災害損壞的大量公路梁橋病害類型及特征［7］，為橋梁搶通保通技術提供依據。

山區公路中小跨徑梁式橋梁主要有簡支梁橋與連續梁橋。簡支梁橋上部結構多為混凝土或預應力混凝土的空心板、小箱梁、T型梁或I型組合梁等，多采用橋面連續結構，部分橋梁斜交。絕大部分簡支梁橋采用板式橡膠支座，少量早期修建的橋梁采用鋼支座或油氈簡易支座。簡支梁橋橋墩多為排架墩、獨柱墩或墻式墩，部分早期修建的橋梁采用重力式墩；橋臺一般為重力式、肋板式或樁柱式；基礎類型有樁基礎、擴大基礎等。連續梁橋主梁主要有現澆梁和預制梁兩大類。現澆主梁多為箱梁；預制主梁多采用預應力混凝土T梁或小箱梁，一般為先簡支后結構連續。連續梁多為3～5跨一聯，支座形式多為盆式橡膠支座，部分連續梁橋采用板式橡膠支座。連續梁橋多采用柱式墩或排架墩，一般設置有支座固結或墩梁固結的固定墩，基礎為樁基礎或擴大基礎。

1.1上部結構位移及落梁

如圖1所示，因地震動或其他外力作用下導致墩梁間出現橫、縱橋向相對位移，部分或全部橋跨主梁掉落，如圖2所示。對于斜交梁橋，在地震中還可能出現平面轉動，如圖3所示。除局部因碰撞發生碎裂外，梁橋的主梁在地震中一般不易出現結構性損傷。

1.2橋梁支座破壞形式

典型的板式橡膠支座的損壞形式主要有：卷曲、殘余剪切變形、脫空、滑移、缺失，四氟板破壞等；典型的盆式橡膠支座的損壞形式有：錨栓破壞、上下鋼盆錯位、鋼盆連接破壞等，如圖4、圖5所示。

1.3下部結構災害類型

如圖6所示，橋墩震害形式主要有墩身開裂、塑性鉸、傾斜、壓潰、剪斷、倒塌、蓋梁開裂等。對于安裝擋塊的梁式橋，因主梁移位撞擊等原因，易導致擋塊破損。其他災損還包括，在暴雨洪災中出現劇烈沖刷致樁基外露［8］，遭受飛石落石撞擊開裂甚至斷裂。

2公路橋梁災害調查及評估

2.1災害應急調查內容

2.1.1地震震害調查

根據地震后橋梁受損特征，橋梁震害主要調查內容見表1。

2.1.2暴雨洪災及其它災害調查

根據暴雨洪災及次生地質災害橋梁的受損特征，確定水毀后橋梁受損狀況主要調查內容見表2。

2.2災害評估

結合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災、“6·1”雅安地震等自然災害管理橋梁調查分析成果及應急搶通保通經驗，根據橋梁承載力損失程度，將破壞等級分為A、B、C、D 四級，以指導山區公路橋梁災后搶通、保通階段橋梁應急處治。根據橋梁受損情況，若被調查的橋梁被評定為C級或D級時，應提出應急搶通保通處治和交通管制措施建議（表3）。

3公路橋梁應急搶通保通技術

公路橋梁受災后的搶通保通應堅持以下原則：首先，堅持科學評估、統籌安排、重點整治、永臨結合、分步實施；其次，搶通階段應因地制宜，采用簡便可靠、施工快捷、經濟合理的方法，在最短時間內恢復橋梁基本通行能力；最后，保通階段應按照“穩妥易行、安全可靠、永臨結合”的原則，采取橋梁加固并兼顧永久處治的措施，以保障公路橋梁維持通行。

3.1應急搶通保通技術

應急搶通保通階段的首要目標為“通”，特點是“快”。處治措施宜就地取材，采用簡單、快捷、有效的方法，在最短時間內恢復通行能力。若受損橋梁應急搶通修復加固后其結構安全性和使用性能難以恢復原有技術標準的，可降低標準使用或管制通行。上部梁體發生局部破壞或移位的橋梁，可采取管制措施，實行半幅通行、單車道對中行駛、限速限載行駛或其他管制方式［9］。管制通行應設置專門的安全員，觀察橋梁及橋周險情，指揮交通。突發險情時，應及時中斷交通，保證人員安全。極重災區許多受損橋梁在初期均可采用這種臨時管制方式。橋梁受災后應急搶通保通措施如下。

3.1.1臨時支撐

部分橋梁在災后受損較嚴重，但經臨時處治后仍可通車，為防止橋梁病害進一步加劇，可采用臨時措施對橋梁進行處治。當上部梁體發生嚴重移位，為防止落梁，條件許可時應采用臨時支撐措施支撐梁體或增設限位措施防止落梁，如圖7所示，采用萬能桿件、321鋼桁片或鋼管支架對梁板提供支撐；如圖8所示，在梁板鉸縫位置設置限位鋼擋塊，防止梁體與蓋梁進一步發生相對滑移。當墩柱存在傾斜時，可采用鋼絲繩水平對拉，防止墩柱進一步傾倒。

3.1.2橋上架橋

當上部梁體發生嚴重破壞或嚴重移位，而橋墩基本完好，有足夠承載能力時，如圖9所示，可用321鋼橋跨越嚴重破壞的橋跨；當原橋上部結構存在落梁風險時，應設置臨時支撐，避免落梁發生。架設鋼橋時，應根據跨徑、承載能力要求采用單層或多層321鋼橋。

3.1.3橋改路基或便道繞避

對于跨徑較小且橋高較低的損毀橋梁，可直接填筑為路基。如圖10所示，填筑的路基可保證應急通行，也可與災后恢復重建統一考慮，作為永久結構使用。如果需要將原有橋墩改變為橋臺，應特別注意墩柱兩側的不平衡土壓力，確保結構安全。如圖11所示，對損毀和嚴重破壞的橋梁，短時間內無法恢復或加固，且有條件能在橋址附近另辟便道時，可采用便道饒避。當橋下有排水要求時，可設置臨時便涵，填筑便道，以滿足應急通行。便涵可采用廢油桶、混凝土管涵、鋼波紋管涵等，也可用石塊、束柴、圓木等材料修筑滲水（或漫水）應急路堤。

3.1.4搭設便橋

跨越河流或溝谷的橋梁被毀，無其它橋梁或通道繞行時，可在原橋附近修建便橋。便橋一般可分為制式橋梁、索道橋、鋼（木）便橋、溜索等。條件許可時可協調調用制式橋梁，如圖12、圖13所示，常用制式橋梁主要有舟橋、機械化橋、裝配式橋等。

舟橋使用時受江河水深影響較小，門橋與浮橋可相互變換。采用舟橋器材架設的浮橋，最大適應流速通常為2.5～3.5 m/s，載重量一般在80 t以下，有的可達100 t；漕渡門橋載重量通常在80 t以下，有的可達150 t。機械化橋是一種將橋梁構件配置在專用的架橋車上，利用架橋車的設備進行架設與撤收的鋼結構橋梁，常用的有應急模塊化橋、輕型應急機械化橋等，如GQL321型山地伴隨橋、GQL110型重型機械化橋、GQL120A型輕型機械化橋等。

裝配式公路鋼橋是一種用型鋼焊接而成的桁架單元，如圖14所示，根據通行荷載及障礙寬度，能拼裝成多種結構形式的鋼結構橋梁，主要包括321型、ZB200型和CB450型裝配式公路鋼橋等。公路戰備鋼橋可根據跨度和載重標準需求，靈活搭配組合，跨越能力一般控制在60 m以內。戰備鋼橋的橋臺，可靈活采用建造快的結構型式，如型鋼籠填片塊石，僅需簡單處理基底，并允許橋臺有一定的沉降。

在水流急不易建造橋墩的陡岸險谷，可架設索道橋保證應急通行。由于道路交通中斷或地形地貌限制，無法采用裝配式器材搭設橋梁時，可因地制宜、就地取材，利用型鋼或木材等作為搭設應急橋梁的主要材料。對于深溝峽谷等架設橋梁困難的地方，可采用溜索解決人員及小型設備、物資的運輸工作。滑索的最大弦傾角超過10°時必須設阻尼裝置，滑行小車在與制動（緩沖）裝置接觸前瞬間速度不得大于3.5 m/s，滑行小車制動應平穩、安全可靠。滑索與障礙物的距離應不小于1.5 m，相鄰滑索的距離應不小于1.5 m。重要的軸和銷軸，宜采用力學性能不低于45號鋼的材料制造。

3.1.5舟船擺渡

跨越水庫的橋梁被毀，或崩塌山體堵塞河道形成堰塞湖、淹沒公路，可臨時設置舟船擺渡，供搶險人員和車輛通行。在兩岸選擇合理位置，臨時開辟簡易碼頭，采用舟船運送救援人員和車輛。

3.1.6崩塌落石防護

毗鄰高陡斜坡路段的橋梁，除橋梁本身修復、加固外，針對高位崩塌落石，還應采取清危、設置被動防護網或鋼格柵攔擋、柔性棚洞防護落石、橋墩設置防撞緩沖裝置等措施，如圖15所示，提高橋梁抵御崩塌、落石等次生災害的能力。

3.1.7洪災應急處治

暴雨洪災威脅的橋梁搶險保通，應針對不同情況采取下列措施：監視漂浮物在橋下的通過情況，必要時用竹桿、鉤桿等引導其順利通過橋孔。對堵塞在橋下的漂浮物，應及時移開或撈起。洪水時，如橋梁墩臺、引道、護坡、錐坡發生沖刷，危及構造物安全時，應采取拋石、六面體預制塊、沉砂袋或柴排等緊急措施進行搶護。但拋填不能過多，以免減少泄水面積而增大沖刷。拋填石塊時，可設置臨時木溜槽，以控制拋填位置。如時間和條件允許，可對臺前岸坡插打鋼管樁、進行注漿加固。遇特大洪水，若采用搶險措施仍不能保障安全的重要橋梁，緊急情況下，經上級主管部門批準，可用炸藥炸開橋頭引道渲泄洪水。

3.2橋梁維修加固關鍵技術

為了恢復橋梁使用功能，提高承載能力，增強安全性和耐久性，應對受損橋梁進行維修加固處治［3-7］。

3.2.1更換支座

支座脫空處治：對支座脫空、受力不均勻等情況。應采用在脫空支座底面填塞鋼片，使其頂面緊貼梁板底面，然后在支座底部灌注改性環氧樹脂膠將鋼片包住，以填充空隙，確保支座能充分起到支墊作用，保證支反力的傳遞。支座更換：建議由有類似施工經驗的單位進行施工，采用同步頂升或者單蓋梁頂升方式更換支座。

3.2.2橋墩加固技術

為防止橋墩在地震作用下發生脆性破壞，可在墩身外側增加鋼套或外纏纖維改善橋墩的延性。墩柱嚴重開裂、而基礎基本無損傷的橋墩，可采用外包鋼管內灌混凝土的方式予以加固；大尺寸、深水墩可采用下沉鋼套箱內灌水下不分散混凝土的方式加固。如圖16、圖17所示，橋梁固結墩墩頂環向開裂，可采用特制鋼套進行加固，并通過植筋與梁體有效連接。

對于洪水期被撞壞、磨蝕但尚未出現明顯偏移的橋墩，洪水過后可采用鋼管、鋼波紋管等包裹橋墩，再填充混凝土，以增強橋墩的強度和延性。如圖18所示，當橋墩磨蝕嚴重時，可先修復原橋墩結構，再在墩柱表面噴涂拜鐵膜等緩沖材料進行防護。對于雨季易受飛石撞擊的橋墩，可在橋墩迎撞面設置鋼護筒，護筒與墩柱之間填充泡沫鋁、聚氨酯等緩沖材料，吸收撞擊能量，提高橋墩抗沖擊能力。對于河床急劇下切造成橋墩樁基外露、磨蝕的危橋，可增設樁基和承臺，提高橋梁承載力及抗洪能力［11-13］。

災后橋梁墩柱和基礎受損較嚴重，無法復原或難以加固時，可采用置換橋墩技術（圖19）。置換橋墩分為幾個步驟：支撐體系卸載；結構梁和梁柱節點在梁、板等自重作用下，已經承受內力，如果直接拆除柱中破損混凝土，墩柱既被掏空，結構就會出現垮塌的危險。因此對墩柱進行卸載處理非常關鍵，需要先采用臨時支撐體系代替墩柱受力。破損混凝土的處理；在保證支撐系統可靠的情況下，將破損混凝土完全鑿除，并保留鋼筋。重新澆筑形成新的墩柱混凝土。新老混凝土結合面進行鑿毛、涂刷界面劑，以增加粘結力。重新安裝支座，拆除臨時支撐體系，將上部構造荷載轉移至新墩柱。受損橋墩恢復效果見圖20。

4結論

結合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災、“6·1”雅安地震等自然災害公路橋梁應急搶通保通經驗，研究公路橋梁及次生地質災害類型及特征，制定災害評價分級標準，按照“穩妥易行、安全可靠、永臨結合”的原則，采用簡便可靠、施工快捷、經濟合理的方法，兼顧永久處治措施，堅持科學評估、統籌安排、重點整治、永臨結合、分步實施，提出了公路橋梁搶通保通及加固新技術。

（1）公路梁式橋梁有落梁、主梁移位、支座破壞、橋墩震害、橋臺震害等。

（2）地震在后橋梁應急調查內容包括橋面鋪裝、伸縮縫、護欄和橋面障礙物，上部結構主梁、橫向連接、支座，下部結構橋墩、蓋梁、橋臺，次生災害的飛石、塌方、滑坡、泥石流。暴雨洪災水毀及次生地質災害應急調查包括水環境調查、基礎和墩臺等。根據梁承載力損失程度，將公路橋梁災后破壞等級分為A、B、C、D四級，按照不同等級采用相應搶通保通及加固措施技術。

（3）橋梁應急搶通保通技術包括降標或管制通行、臨時支撐、橋上架橋、便道繞避、橋改路基、搭設便橋、舟船擺渡、崩塌落石防護、洪災應急處治。加固措施包括更換支座、橋墩加固等技術。

參考文獻

［1］鄭旭鵬. 重大災害條件下公路橋梁的搶修策略分析［J］. 工程技術研究， 2020， 5（13）：65-66.

［2］劉彥軍. 汶川地震映日路震害調查及搶通方案優選研究［J］. 國防交通工程與技術， 2018， 16（1）：6-9+5.

［3］武警交通應急救援工程技術研究所.道路交通應急搶險搶通技術［M］. 北京： 人民交通出版社， 2012.

［4］四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院. 汶川地震公路震害評估、機理分析及設防標準評價［R］. 2011.

［5］四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院. “5.12”汶川地震災區高速公路和國省干線公路恢復重建工程調查、檢測及評估［R］. 2008.

［6］四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院. “5.12”汶川特大地震四川災區國省干線公路檢測評估技術總結 ［R］. 2008.

［7］陳力波. 汶川地區公路橋梁地震易損性分析研究［D］. 成都： 西南交通大學， 2012.

［8］魏凱， 秦順全， 趙文玉， 等. 橋梁水動力學2020年度研究進展［J］. 土木與環境工程學報（中英文）， 2021， 43（S1）：31-42.

［9］練強， 張鵬輝， 袁萬城， 等. 橋梁震前加固對地震災區快速疏散能力的影響［J］. 哈爾濱工程大學學報， 2021， 42（10）：1446-1451.

［10］陳露曄， 張仁根， 雷波. 簡支轉連續梁橋支座更換新技術研究［J］. 公路， 2011（8）：84-88.

［11］陳菊根， 翁博文， 吳繼熠，等. 圓柱橋墩局部沖刷安全防護方法研究［J］. 浙江工業大學學報， 2022， 50（3）：299-308.

［12］楊洪寬， 李固華， 李文強，等. 抗沖刷橋墩表面損傷修復材料的試驗研究［J］. 新型建筑材料， 2018， 45（3）：9-11+15.

［13］祝志文， 喻鵬. 中美規范橋墩局部沖刷深度計算的比較研究［J］. 中國公路學報， 2016， 29（1）：36-43.