張 穩(wěn)

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430040）

隨著交通的發(fā)展，我國山區(qū)的公路建設(shè)也進(jìn)入了新的階段。作為公路建設(shè)的主要部分及連接樞紐，橋梁發(fā)揮著越來越重要的作用，一旦橋梁結(jié)構(gòu)被破壞，將會造成無法彌補(bǔ)的損失。近幾年，隨著山區(qū)地震的頻發(fā)，山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)引起了相關(guān)工作者的重視。2019年四川宜賓發(fā)生的6.0級地震，給人們帶來了無法估量的損失，同時造成了多人死亡的慘狀。地震災(zāi)害不僅僅危害著建筑物的安全性，也給交通路網(wǎng)造成了巨大的破壞，特別是對于山區(qū)橋梁的破壞，嚴(yán)重者甚至造成橋梁的崩塌，為地震后的救援工作帶來了很大的影響。因此，對于山區(qū)橋梁的建設(shè)來講，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防等級，在橋梁設(shè)計(jì)中加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，同時根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求，研究各種抗震加固措施，并付諸實(shí)踐，提高山區(qū)公路橋梁的抗震性能，確保公路交通安全。

1 山區(qū)公路橋梁的主要震害和特征

1.1 梁和支座的震害

在山區(qū)公路橋梁的震害形式中，梁的震壞是橋梁地震作用下最嚴(yán)重的一種破壞形式，一旦梁板在地震作用下發(fā)生破壞，整個橋面將會發(fā)生斷裂和崩塌，最終導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)中墩柱和支座的破壞。對于山區(qū)橋梁來講，很多橋梁的縱坡相對較大，使得梁板的破壞呈現(xiàn)兩種破壞形式，一種是梁板結(jié)構(gòu)自身震壞，一種是由于地震作用產(chǎn)生較大的位移而造成的破壞。其中最常見的就是梁板的位移震害，位移震害包含橫向位移、縱向位移及扭轉(zhuǎn)位移，特別是在橋梁的兩個端頭，設(shè)置伸縮縫的位置，最容易發(fā)生位移震害。一旦橋梁的梁板位移超出設(shè)計(jì)的限制，梁板移動到墩柱支撐面以外，就會發(fā)生嚴(yán)重的落梁震害，進(jìn)而導(dǎo)致整座橋梁的崩塌。

支座是連接上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的主要部位，是重要的傳力構(gòu)件，在巨大的地震力作用下，一旦梁體發(fā)生較大位移，致使瞬間的上部結(jié)構(gòu)作用力傳遞給支座，支座無法承受而產(chǎn)生變形和破壞。支座發(fā)生震害的原因很大部分是由于在橋梁設(shè)計(jì)中沒有根據(jù)實(shí)際的防震等級和地震災(zāi)害選擇合適的支座，在地震作用下，支座構(gòu)件由于剪力作用而導(dǎo)致螺栓的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致支座的脫落。

1.2 橋墩和橋臺的震害

山區(qū)公路橋梁的建設(shè)中，由于山區(qū)的特殊地形和地貌，橋墩和橋臺的高度通常都設(shè)置得比較高。橋梁結(jié)構(gòu)中墩柱和臺柱的主要作用是將上部結(jié)構(gòu)的力傳遞給基礎(chǔ)，另外還承受水平方向的側(cè)向剪切應(yīng)力。在地震作用下，極易產(chǎn)生剪力破壞和塑性鉸破壞，對于剛性墩臺，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)承受一部分變形后會產(chǎn)生一定的位移，進(jìn)而形成地震力，墩臺在水平地震力的作用下就會產(chǎn)生一定的剪切變形，當(dāng)?shù)卣鹆υ龃蠛?，在反?fù)的地震力作用下，墩柱因無法繼續(xù)承受而產(chǎn)生剪切破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個橋梁結(jié)構(gòu)的坍塌[1]。對于柔性墩臺，在地震的反復(fù)作用下，會在墩臺柱的連接部位出現(xiàn)塑性鉸，塑性鉸混凝土在經(jīng)過一系列的地震作用后逐漸破壞脫落，最終導(dǎo)致承受能力不足而被完全破壞。

1.3 基礎(chǔ)破壞

橋梁基礎(chǔ)自身震壞的情況相對比較少見，對于山區(qū)公路橋梁來講，基礎(chǔ)破壞很大程度上取決于基礎(chǔ)所在的土層。在地震的反復(fù)作用下，由于所在的不良地質(zhì)，地基中的砂土液化，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)在地震作用下的承載能力下降，進(jìn)而引起基礎(chǔ)的下沉和水平移動，引起地面的不均勻沉降，造成嚴(yán)重的地面變形[2]。由于地基和基礎(chǔ)是橋梁結(jié)構(gòu)的最終承力層，一旦基礎(chǔ)發(fā)生破壞，將會給整個橋梁結(jié)構(gòu)帶來難以修復(fù)的后果。

2 山區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 橋位和橋型的選擇和設(shè)計(jì)

對于山區(qū)公路橋梁來講，山路崎嶇，地勢高低不同，各個路段的地質(zhì)條件也會有很大的差距，因此在進(jìn)行橋位的選擇時，在不影響線路的總體設(shè)計(jì)的情況下，盡可能選擇地質(zhì)條件相對較好的位置來進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)和建造，應(yīng)該避開在地震發(fā)生時可能會使地基發(fā)生破壞的松軟的地基，要盡可能選擇堅(jiān)硬的地質(zhì)，比如基巖及一些堅(jiān)硬的碎石地基。在山區(qū)，大部分地質(zhì)都屬于堅(jiān)硬的地質(zhì)，但在選擇橋位時，要注意一些滑坡和地震常發(fā)地帶，橋梁的建設(shè)盡量避開這些區(qū)域，以保證公路橋梁建設(shè)的安全性[3]。

橋型的設(shè)計(jì)對于結(jié)構(gòu)抗震來講也是至關(guān)重要的，在山區(qū)公路橋梁的橋型設(shè)計(jì)上，要根據(jù)地質(zhì)條件和施工要求，盡可能選擇抗震性能較高的橋型，可以選擇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的大跨度連續(xù)梁橋，減少伸縮縫的設(shè)置數(shù)量，也可以選擇隔震減震效果比較好的新型鋼桁架結(jié)構(gòu)，在保證橋梁滿足當(dāng)?shù)毓方ㄔO(shè)的條件下，盡可能地選擇一些新型、技術(shù)先進(jìn)的抗震橋型，并選擇在震后容易修復(fù)的結(jié)構(gòu)，減少地震帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在山區(qū)公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要盡可能選擇對稱或者規(guī)則的橋梁結(jié)構(gòu)形式，盡可能地降低結(jié)構(gòu)的自重重心和剛度重心，盡可能使其在一個中心線上，減小地震作用所帶來的沖擊力，從而保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。另外，橋梁結(jié)構(gòu)的剛度要盡可能小，多使用一些延性材料，從而降低地震帶來的脆性破壞，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能及變形能力。

3 山區(qū)橋梁抗震加固措施

3.1 主梁和支座的加固措施

對于主梁結(jié)構(gòu)的加固主要有兩種方式，一種是增大截面加固法，一種是粘貼鋼板加固法。為了提高主梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，可以在梁板下增設(shè)鋼筋，這對于提高結(jié)構(gòu)的延性具有很大的作用，但是如果增加鋼筋過多，則會形成超筋現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土的優(yōu)先破壞，這就需要采取增大橋梁下部結(jié)構(gòu)截面的方式來提高結(jié)構(gòu)的整體性能。例如梁板橋可以采用增大馬蹄的高度和寬度，進(jìn)而增大梁板的截面面積。而當(dāng)主梁的梁底產(chǎn)生一定的橫向裂縫和縱向裂縫時，可以采用粘貼鋼板的方式進(jìn)行加固，該方式不僅簡單，還能在一定程度上增大主梁的抗震性能。但是鋼板的錨固位置和黏結(jié)劑一定要符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

對于支座結(jié)構(gòu)的加固來講，可以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，就選擇減隔震性能較好減震支座，也可以選擇設(shè)置擋塊等結(jié)構(gòu)來限制結(jié)構(gòu)的縱向位移，進(jìn)而減小地震作用對橋梁結(jié)構(gòu)帶來的巨大沖擊，減小橋梁被地震震壞而落梁現(xiàn)象的發(fā)生[4]。

3.2 墩臺結(jié)構(gòu)的抗震加固措施

山區(qū)公路橋梁的橋墩一般都設(shè)置得比較高，因此其危險(xiǎn)性就較大。在橋墩抗震設(shè)計(jì)中，提高結(jié)構(gòu)的延性是一種常見的加固措施。在山區(qū)高橋墩的設(shè)計(jì)中，可以采用鋼混結(jié)構(gòu)，并使用空心截面；也可以在橫向墩柱之間設(shè)置系梁來增加結(jié)構(gòu)之間的連接性；還可以根據(jù)受力情況增大柱的直徑或者采用多排柱等；另外也可以在樁柱的連接位置和墩柱的端部位置，增設(shè)加密箍筋以此來提高結(jié)構(gòu)的延性和抗剪性能，提高其抗震能力[5]。而橋臺除了采用與橋墩相同的措施外，還可以在梁與擋塊連接處及梁與橋臺連接處增設(shè)彈性墊塊來緩沖地震作用下引起的結(jié)構(gòu)變形，還可以增設(shè)樁柱的數(shù)量來提高其抗剪能力，從而減小抗震帶來的危險(xiǎn)，提高結(jié)構(gòu)的安全性能。

4 案例分析

山區(qū)某高速公路路橋梁，為4m×30m連續(xù)T梁，地震烈度為7度，路面寬度為26m。該橋所處的地質(zhì)條件良好，因此基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)采用常規(guī)設(shè)計(jì)，沒有進(jìn)行特殊的處理。在該橋梁的設(shè)計(jì)中，為了滿足結(jié)構(gòu)的抗震要求，主要采用了以下抗震設(shè)計(jì)理念和抗震措施：（1）由于橋梁位置位于山區(qū)，抗震設(shè)防等級提高了一級，采用8度設(shè)防等級的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)公路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)。（2）結(jié)構(gòu)選用了常規(guī)的先簡支后連續(xù)預(yù)制T梁結(jié)構(gòu)，并采用了對稱的結(jié)構(gòu)形式，減小因結(jié)構(gòu)不規(guī)則，剛度差距大而產(chǎn)生的一系列結(jié)構(gòu)的變形和破壞。（3）結(jié)構(gòu)選用了減隔震性能較好的鉛芯橡膠支座，利用該支座在地震作用時的特殊性能來達(dá)到抗震的效果；另外在梁板的墩臺連接處和擋塊及梁板的接縫處都加設(shè)了彈性墊塊來緩沖因地震作用所引起的位移變化。（4）橋梁的墩臺都采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在蓋梁和橋墩、橋臺連接處，及墩臺與基礎(chǔ)連接處的塑性鉸位置按照《抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》第8.1.10條對箍筋進(jìn)行了加密設(shè)置，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性，增強(qiáng)其抗剪能力，并在橋墩處設(shè)置了系梁來增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接。

5 結(jié)束語

近幾年，我國的地震災(zāi)害發(fā)生比較頻繁，特別是在我國的西南山區(qū)，地震的發(fā)生對人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全都造成了嚴(yán)重的危害，因此對于山區(qū)公路橋梁的建設(shè)，應(yīng)該加強(qiáng)橋梁的抗震設(shè)計(jì)，對橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)先采取一定的措施進(jìn)行加固，以便來抵抗強(qiáng)大的地震作用，并為災(zāi)后重建和救援提供交通便利。對橋梁的抗震設(shè)計(jì)不僅僅體現(xiàn)在原有技術(shù)和材料上，還需要相關(guān)工作人員積極進(jìn)行研究改進(jìn)，不斷對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能進(jìn)行研究和提高，在遵從原有抗震規(guī)范的基礎(chǔ)上，不斷研究新的抗震材料和措施，為山區(qū)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。文章只是在相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對山區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)及加固進(jìn)行了簡單的探討，希望能促進(jìn)公路交通的發(fā)展，保障橋梁的穩(wěn)定性和安全性，提高橋梁的抗震性能，為人們的安全出行提供便利。