浅谈公路桥梁震后检测及加固
2013-06-18
作者（汤正广 许林）我国是一个多地震的国家,地震频率高,强度大且分布范围广。地震往往导致很多公路桥梁发生大规模的损坏,给抗震救灾带来巨大的困难。尤其是汶川地震的发生,使得桥梁设计工作者对桥梁结构在地震作用下的稳定性及通行能力提出了更高的要求。
交通中断，1994 年美国北岭发生6.7 级地震，大部分公路桥梁发生严重破坏，导致旧金山湾地区高速公路关闭，1964年日本新潟地震及近期日本阪神地震，都引起砂土层广泛液化，导致建筑物、道路桥梁严重破坏。我国是一个多地震的国家，特别是从20世纪80年代开始，我国进入新的地震活跃期，地震发生频率明显提高。我国2008 年发生了理氏8.0 级、最大烈度达11度的汶川地震，道路堵塞，桥梁坍塌，给救援工作带来了很大的困难，影响抗震救灾人员和物资运输，使次生灾害加重。震后交通快速评估与恢复等技术，及对高等级公路桥梁地基进行抗震加固处理，对保证急救援工作的快速开展和高速公路正常运营，减轻地震危害具有重要意义。震后公路桥梁快速检测与评估桥梁快速检测评估主要是为实现交通快速通畅服务。在汶川大地震震后救灾中，由于我国缺乏震后桥梁安全评估成套技术，基层公路技术人员很难对出现病害桥梁直接进行评估，也不知道应该采用何种加固措施，使震区交通迅速恢复受到了严重的制约。通过大量的探索、实践，我国初步形成了震后公路桥梁快速检测与评估体系。
震后桥梁快速检测评估的原则、标准与一般的检测评估不同。安全评估以短期内满足桥梁基本通行为前提，震后桥梁快速检测评估注重“短期安全性”。借鉴《公路桥梁抗震性能评价及抗震加固技术指南》的基本构架，形成了“可行性”与“可靠性”的两级评价体系。
一级评估——现场“可行性”评估“可行性”评估以公路桥梁震害调查结果为基础，以肉眼观察与检测设备相结合的办法，重点检测各桥伸缩缝，并相继检测桥梁支座、箱梁、桥梁墩台，对斜拉桥的斜拉索及主塔裂纹进行了检查；并对钢管拱桥的拱座及吊系杆进行了检查并进行评价，根据综合评分后的结果来划分级，见表1。根据表1调查结果，得出可行性评价的结论，分为“A 可以正常通行”，“B 限制条件下通行”，“C 需要立刻抢修方能通行”三个级别。
A 可以正常通行：各项目评价结果都为良好；B 限制条件下通行：大多数项目评价结果为较好以上，少部分项目定性评价结果为较差；C 需要立刻抢修方能行：有一个或一个以上项目评价结果为很差。二级评估——可靠性评估。震后关键桥梁的二级评价，主要是评价其承载力和抗余震能力的可靠度[2]。评价时应先调出桥梁管理系统中的原始桥技术状况，然后根据检测人员填写的震后快速检测表格中的具体情况确定桥梁各构件表观质量状况下降程度，从而模拟出检算系数，再根据构件损伤程度模拟出截面折减系数；并根据应急救援车辆的实际要求确定活载变异系数。从而对抗力和荷载进行分析，确定桥梁的实际承载能力，制定限速限载标志。3.应急保通与桥梁快速修复技术震后应急保通与通常的设计方法、标准、原则、设备、加固材料都有所不同，震后应急保通更突出短期安全性和功能的快速恢复。在5·12 大地震中，震区的很多桥梁被损，有的垮塌，有的被巨石砸断，还有的发生了移位、错缝。为了尽快修复桥梁，抢通道路，四川路桥的专家们对移位桥梁进行了详细的检测，结果发现很多桥面都是好的，只是伸缩缝被拉开几米几十米不等。如果把这些桥梁废弃，重新修建新桥，短期内是无法完成的。详细研究后，他们勇敢地采用了一种新方法——复位技术，恢复桥梁。因此震后应急保通技术应遵循以下原则：
a . 便于运输、移动的原则；
b . 就地取材、因地制宜的原则；
c . 施工工艺快捷，减少湿作业的原则；
d.采用组装、装配式的轻便的、安装迅速的临时桥梁、便道系统；
e.机具和临时桥梁系统应具有一定的地震安全性，具有能够抵御余震的能力。
抗震震害与加固的实施针对公路梁式桥在地震荷载作用下的破坏特点，从混凝土结构内部破坏和外部破坏特征两个方面，强度、变形和裂缝等多个角度，建立了一套能全面反映震后桥梁性能的评价指标。考虑各种桥梁加固方法的特点和适应性，确定具有针对性的震后桥梁快速加固方案和长期加固方案。这里主要针对发生震害的主要原因提出相应长期加固的措施，从而保证基础结构在地震中的抗震能力。
桥梁的震害
a.上部结构震害：上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形较为少见，往往是由于桥梁结构其他部位的毁坏而导致上部结构的损坏。如地震时相邻粱体相互碰撞而引起的破损，因支座的螺栓起拔或剪断引起撞击而使变形过大等损伤。b.落梁震害：桥梁落梁有的是墩倒梁落，也有的是梁落而毁墩。其主要原因有:桥台倾斜或倒塌、河岸滑坡、地基下沉、桥墩破坏、支座破坏、梁体碰撞、相邻墩发生过大相对位移等。c.支座震害：地震中，桥梁支座的震害极为普遍。其原因主要是支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，某些支座形式和材料的缺陷等因素。破坏形式主要表现为支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落以及支座本身构造上的破坏等。d.下部结构和地基震害：下部结构和基础的严重破坏是导致桥梁震后难以修复的主要原因。桥梁墩台因砂土液化、地基下沉、岸坡滑移或开裂引起破坏很难加强它们的抗震能力。4.2 根据震害采取相应加固措施[4]作为可能采取的震前对策，可以提出防止落梁的构造、液化冲刷、基础施工方法、下部结构形式、下部结构材料、主筋减少部位、地震动加速度等方法，可针对各种震害提出相应的抗震加固措施。a . 针对上部结构及落梁震害，采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应，利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的。在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块、连梁装置或者增加支承面宽度等措施，以防止落梁震害的发生。
b.针对支座及支撑连接件的震害，目前的做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁间安装纵向约束装置，或者增加支承面宽度。
c.对于下部结构震害，应通过能力设计和延性设计，提高其抗弯延性和抗剪强度，防止桥墩弯曲和剪切震害，增加其耗能能力，使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位。目前桥墩加固的主要技术有：混凝土加大截面加固方法，钢板外包加固法，钢纤维混凝土加固法，复合材料、玻璃纤维、碳素纤维加固法等。对无筋混凝土结构，有可能产生脆性破坏，需要寻求结构上的抗震加固对策。可采用混凝土衬套方法和钢板衬套方法使衬套与既有的桥墩结合成一个整体。
充分吸收国外已有的研究成果，针对我国公路桥梁的实际情况，开展必要的试验研究和理论分析工作。对桥梁结构构件及整体进行抗震设计，使桥梁在地震中的损伤按设计要求发展。这样的，可以使桥梁在遭遇大的地震时，便于快速修复，保证桥梁、公路交通的通行能力。并结合“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分级设防标准，尽快提高我国桥梁抗震加固的技术水平，确保公路工程各结构具有足够的抗震安全度。
