汶川80级地震公路桥梁震害分析

汶川80级地震公路桥梁震害分析

川省桥梁治理灾害的现实意义2008年5月12日14:28，四川省汶川县发生了重大地震，地震级别为ms8。0。中心位于映秀市（北纬31，东经103），震源深度为14m。不必说房屋倒塌,人员伤亡,单就桥梁而言,其震害就令人触目惊心:强烈的地震动引起墩台震损,支座破坏,上部结构移位等;更为严重的是,由地震引发的崩塌、滑坡、泥石流和沙土液化等地质灾害使四川省交通基础设施遭受重创。桥梁是区域与城市生命线工程中交通系统的主要组成部分,它在应急救援和灾后重建中发挥着举足轻重的作用。汶川地震及历次地震中,灾区交通的中断使救援工作推进困难甚至停滞,这又加重了震害,造成了巨大间接损失。根据汶川地震现场科考的成果,研究了10个极重灾县之一绵竹市的桥梁震害,以期为桥梁灾后重建与抗震设防有所裨益。1绵竹市烈度分布及桥梁建设1.1文化方面的河流特征绵竹市位于四川省德阳市西北角,地势西北高东南低,西北部横跨龙门山脉,东部位于四川盆地,县域内河流纵横,有“六山一水三分田”的特点(见图1)。在汶川地震中,绵竹市距震中映秀镇仅150km,其西北部位于龙门山断裂带上,见图1。其中的前断层(江油-灌县断层)通过汉旺镇,而中断层(北川-映秀断层)通过天池乡和清平乡。绵竹市自东南向西北烈度依次为VIII、IX和X度(见图2)。1.2江西河流域公路在5.12汶川地震之前,绵竹市已形成以市区为中心,向各乡镇辐射的公路交通网。由于绵竹市河流纵横(有绵远河、马尾河、射水河、石亭江、红岩渠和人民渠等),公路在跨河跨铁路处均建有桥梁,见图2。全市统计在册桥梁300座,累计7452m,其中省道桥梁8座,县道桥梁76座,乡道桥梁10座,专用道桥梁6座,村道桥梁200座。2桥梁破坏情况调查在5.12汶川地震中,绵竹市桥梁遭到了严重破坏,交通一度陷入瘫痪。现场调查了88座桥梁。限于篇幅,仅列出了5座省道桥梁,22座县道桥梁、6座乡道桥梁的震害情况,见表1。在调查的88座桥梁中,有拱桥9座,其中石拱桥3座;梁桥79座,其中T梁桥26座,板梁桥51座,预应力箱梁桥2座。这些桥中位于VIII区的有17座,位于Ⅸ区的有60座,位于Ⅹ区的有11座。具体见图2和表2。调查的88座桥梁中,基本完好的有7座,占7.95%,轻微破坏的有28座,占31.82%,中等破坏的有24座,占27.27%,严重破坏的有23座,占26.14%,毁坏的有6座,占6.82%。通过调查发现,绵竹市桥梁震害类型呈现出多样化的特点,基本涵盖了此次地震中桥梁震害的情况,其主要震害现象如下:(1)受地震影响的桥梁灾害1地裂、滑坡、泥石流地基失效指在地震作用下地基丧失承载力的一种破坏现象,如地裂、滑坡和沙土液化等等。此类震害主要发生在绵竹市的东南部,如新寿路的齐福大桥和梓憧宫桥附近均发现沙土液化现象。2组合桥梁破坏在山区,桥梁往往被陡峭的山谷环绕。强震引发的崩塌、滑坡、泥石流等常会掩埋桥梁,堰塞湖淹没桥梁。滚石则会撞击桥梁结构,导致其破坏。在绵竹西北部的清平乡、天池乡和金花镇,此类震害较典型。(2)结构振动引起的桥梁振动11上部结构的地震此类震害包括:上部结构自身震害、上部结构碰撞震害、和上部结构移位震害。其中移位震害最常见,又可分为纵向移位、横向移位和扭转移位。21支架地震支座是连接桥梁上部结构和下部结构的构件,这个关键的部位极易遭震损。如回澜桥,成青路马尾河新桥等。32下部结构的破坏桥梁下部结构包括墩柱或墩台和基础。其震害有墩柱的弯曲破坏和剪切破坏,如汉旺绝缘桥、回澜立交桥等。此外桥台护坡开裂也很常见。3绵竹市桥梁典型地震(1)号重力式桥墩汉旺绝缘桥建于1966年,位于德茂公路复线K60+000处,它横跨绵远河,全长150m,宽6.4m,结构类型:上部为5×20mT+2×25m形简支梁,下部为重力式桥墩。在汶川地震中,此桥位于IX度区,其主要震害为:1个桥墩开裂,3个桥墩损毁四跨大梁塌落(图5),支座损毁(图6),一跨大梁扭转(图7)、梁板下沉、梁体严重移位。(2)5年气象站作业回澜立交桥位于德茂公路绵竹城区过境段,其横跨绵竹货运火车站,包括主桥及4个平面为圆形的曲线匝道桥,主桥长316m,桥面总宽38m。匝道桥为连续箱梁加单柱式桥墩。该桥主体于2004年9月完工,2005年春节正式通车。5.12汶川地震中,回澜立交桥位于IX度区,其主要震害为:圆形匝道桥破坏严重,每个匝道桥破坏集中于1或2个抗弯刚度较大的低矮桥墩(图8)并引起上部箱梁横向断裂(图10),其余桥墩发生轻度或中度破坏,主要为桥墩混凝土保护层脱落(图9)、混凝土开裂及墩顶橡胶支座的滑移(图11),且总体来看,匝道桥破坏沿切向更为明显。匝道箱梁与桥台脱离(图12)。主桥破坏相对较轻,主要包括桥墩顶部的支座滑移及主桥与匝道桥间的碰撞破坏(图13)。(3)梁石桥桥绵土路吉祥桥建于1990年,位于绵土路K24+935处,桥梁全长25m,宽9m,石拱桥。在5.12汶川地震中,吉祥桥位于IX度区,其主要震害为:桥面板沉陷,拱墩、拱圈出现严重裂缝,拱脚产生很大的位移(图14～图16),不能承受重载。4根据桥梁结构的特性可采取的措施对绵竹市桥梁震害的分析,可得如下结论:(1)桥梁自身的震害比较常见:桥梁自身震害达92.05%,梁桥震害主要表现为梁体纵横向位移,扭转等;支座滑移;墩柱弯曲或剪切破坏,桥台开裂等。这是由于地震动强度大,引起相应结构的剧烈振动造成的。可以通过提高抗震设防标准,采取适当的抗震措施,强化施工质量等来避免。(2)地质灾害加剧了桥梁震害:强地震动引发的滑坡、崩塌及泥石流等地质灾害给桥梁造成了巨大的次生灾害。主要表现在滑坡崩塌掩埋桥梁、堰塞湖淹没桥梁、地震造成河流冲刷导致桥梁水毁以及泥石流灾害、边坡病害等。此外,砂土液化和软弱地基是桥梁地震失效的重要因素之一。(3)地质灾害引