淺談公路橋梁震后檢測及加固
2013-06-18
作者（湯正廣 許林）我國是一個(gè)多地震的國家,地震頻率高,強(qiáng)度大且分布范圍廣。地震往往導(dǎo)致很多公路橋梁發(fā)生大規(guī)模的損壞,給抗震救災(zāi)帶來巨大的困難。尤其是汶川地震的發(fā)生,使得橋梁設(shè)計(jì)工作者對橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性及通行能力提出了更高的要求。
交通中斷，1994 年美國北嶺發(fā)生6.7 級(jí)地震，大部分公路橋梁發(fā)生嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致舊金山灣地區(qū)高速公路關(guān)閉，1964年日本新潟地震及近期日本阪神地震，都引起砂土層廣泛液化，導(dǎo)致建筑物、道路橋梁嚴(yán)重破壞。我國是一個(gè)多地震的國家，特別是從20世紀(jì)80年代開始，我國進(jìn)入新的地震活躍期，地震發(fā)生頻率明顯提高。我國2008 年發(fā)生了理氏8.0 級(jí)、最大烈度達(dá)11度的汶川地震，道路堵塞，橋梁坍塌，給救援工作帶來了很大的困難，影響抗震救災(zāi)人員和物資運(yùn)輸，使次生災(zāi)害加重。震后交通快速評(píng)估與恢復(fù)等技術(shù)，及對高等級(jí)公路橋梁地基進(jìn)行抗震加固處理，對保證急救援工作的快速開展和高速公路正常運(yùn)營，減輕地震危害具有重要意義。震后公路橋梁快速檢測與評(píng)估橋梁快速檢測評(píng)估主要是為實(shí)現(xiàn)交通快速通暢服務(wù)。在汶川大地震震后救災(zāi)中，由于我國缺乏震后橋梁安全評(píng)估成套技術(shù)，基層公路技術(shù)人員很難對出現(xiàn)病害橋梁直接進(jìn)行評(píng)估，也不知道應(yīng)該采用何種加固措施，使震區(qū)交通迅速恢復(fù)受到了嚴(yán)重的制約。通過大量的探索、實(shí)踐，我國初步形成了震后公路橋梁快速檢測與評(píng)估體系。
震后橋梁快速檢測評(píng)估的原則、標(biāo)準(zhǔn)與一般的檢測評(píng)估不同。安全評(píng)估以短期內(nèi)滿足橋梁基本通行為前提，震后橋梁快速檢測評(píng)估注重“短期安全性”。借鑒《公路橋梁抗震性能評(píng)價(jià)及抗震加固技術(shù)指南》的基本構(gòu)架，形成了“可行性”與“可靠性”的兩級(jí)評(píng)價(jià)體系。
一級(jí)評(píng)估——現(xiàn)場“可行性”評(píng)估“可行性”評(píng)估以公路橋梁震害調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，以肉眼觀察與檢測設(shè)備相結(jié)合的辦法，重點(diǎn)檢測各橋伸縮縫，并相繼檢測橋梁支座、箱梁、橋梁墩臺(tái)，對斜拉橋的斜拉索及主塔裂紋進(jìn)行了檢查；并對鋼管拱橋的拱座及吊系桿進(jìn)行了檢查并進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)綜合評(píng)分后的結(jié)果來劃分級(jí)，見表1。根據(jù)表1調(diào)查結(jié)果，得出可行性評(píng)價(jià)的結(jié)論，分為“A 可以正常通行”，“B 限制條件下通行”，“C 需要立刻搶修方能通行”三個(gè)級(jí)別。
A 可以正常通行：各項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果都為良好；B 限制條件下通行：大多數(shù)項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果為較好以上，少部分項(xiàng)目定性評(píng)價(jià)結(jié)果為較差；C 需要立刻搶修方能行：有一個(gè)或一個(gè)以上項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果為很差。二級(jí)評(píng)估——可靠性評(píng)估。震后關(guān)鍵橋梁的二級(jí)評(píng)價(jià)，主要是評(píng)價(jià)其承載力和抗余震能力的可靠度[2]。評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)先調(diào)出橋梁管理系統(tǒng)中的原始橋技術(shù)狀況，然后根據(jù)檢測人員填寫的震后快速檢測表格中的具體情況確定橋梁各構(gòu)件表觀質(zhì)量狀況下降程度，從而模擬出檢算系數(shù)，再根據(jù)構(gòu)件損傷程度模擬出截面折減系數(shù)；并根據(jù)應(yīng)急救援車輛的實(shí)際要求確定活載變異系數(shù)。從而對抗力和荷載進(jìn)行分析，確定橋梁的實(shí)際承載能力，制定限速限載標(biāo)志。3.應(yīng)急保通與橋梁快速修復(fù)技術(shù)震后應(yīng)急保通與通常的設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)、原則、設(shè)備、加固材料都有所不同，震后應(yīng)急保通更突出短期安全性和功能的快速恢復(fù)。在5·12 大地震中，震區(qū)的很多橋梁被損，有的垮塌，有的被巨石砸斷，還有的發(fā)生了移位、錯(cuò)縫。為了盡快修復(fù)橋梁，搶通道路，四川路橋的專家們對移位橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多橋面都是好的，只是伸縮縫被拉開幾米幾十米不等。如果把這些橋梁廢棄，重新修建新橋，短期內(nèi)是無法完成的。詳細(xì)研究后，他們勇敢地采用了一種新方法——復(fù)位技術(shù)，恢復(fù)橋梁。因此震后應(yīng)急保通技術(shù)應(yīng)遵循以下原則：
a . 便于運(yùn)輸、移動(dòng)的原則；
b . 就地取材、因地制宜的原則；
c . 施工工藝快捷，減少濕作業(yè)的原則；
d.采用組裝、裝配式的輕便的、安裝迅速的臨時(shí)橋梁、便道系統(tǒng)；
e.機(jī)具和臨時(shí)橋梁系統(tǒng)應(yīng)具有一定的地震安全性，具有能夠抵御余震的能力。
抗震震害與加固的實(shí)施針對公路梁式橋在地震荷載作用下的破壞特點(diǎn)，從混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞和外部破壞特征兩個(gè)方面，強(qiáng)度、變形和裂縫等多個(gè)角度，建立了一套能全面反映震后橋梁性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。考慮各種橋梁加固方法的特點(diǎn)和適應(yīng)性，確定具有針對性的震后橋梁快速加固方案和長期加固方案。這里主要針對發(fā)生震害的主要原因提出相應(yīng)長期加固的措施，從而保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在地震中的抗震能力。
橋梁的震害
a.上部結(jié)構(gòu)震害：上部結(jié)構(gòu)本身遭受震害而被毀壞的情形較為少見，往往是由于橋梁結(jié)構(gòu)其他部位的毀壞而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的損壞。如地震時(shí)相鄰粱體相互碰撞而引起的破損，因支座的螺栓起拔或剪斷引起撞擊而使變形過大等損傷。b.落梁震害：橋梁落梁有的是墩倒梁落，也有的是梁落而毀墩。其主要原因有:橋臺(tái)傾斜或倒塌、河岸滑坡、地基下沉、橋墩破壞、支座破壞、梁體碰撞、相鄰墩發(fā)生過大相對位移等。c.支座震害：地震中，橋梁支座的震害極為普遍。其原因主要是支座設(shè)計(jì)沒有充分考慮抗震的要求，構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不足，某些支座形式和材料的缺陷等因素。破壞形式主要表現(xiàn)為支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動(dòng)支座脫落以及支座本身構(gòu)造上的破壞等。d.下部結(jié)構(gòu)和地基震害：下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞是導(dǎo)致橋梁震后難以修復(fù)的主要原因。橋梁墩臺(tái)因砂土液化、地基下沉、岸坡滑移或開裂引起破壞很難加強(qiáng)它們的抗震能力。4.2 根據(jù)震害采取相應(yīng)加固措施[4]作為可能采取的震前對策，可以提出防止落梁的構(gòu)造、液化沖刷、基礎(chǔ)施工方法、下部結(jié)構(gòu)形式、下部結(jié)構(gòu)材料、主筋減少部位、地震動(dòng)加速度等方法，可針對各種震害提出相應(yīng)的抗震加固措施。a . 針對上部結(jié)構(gòu)及落梁震害，采用減、隔震支座在梁體與墩、臺(tái)的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應(yīng)，利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變形耗散地震能量以達(dá)到減震的目的。在伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、擋塊、連梁裝置或者增加支承面寬度等措施，以防止落梁震害的發(fā)生。
b.針對支座及支撐連接件的震害，目前的做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁間安裝縱向約束裝置，或者增加支承面寬度。
c.對于下部結(jié)構(gòu)震害，應(yīng)通過能力設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)，提高其抗彎延性和抗剪強(qiáng)度，防止橋墩彎曲和剪切震害，增加其耗能能力，使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位。目前橋墩加固的主要技術(shù)有：混凝土加大截面加固方法，鋼板外包加固法，鋼纖維混凝土加固法，復(fù)合材料、玻璃纖維、碳素纖維加固法等。對無筋混凝土結(jié)構(gòu)，有可能產(chǎn)生脆性破壞，需要尋求結(jié)構(gòu)上的抗震加固對策?？刹捎没炷烈r套方法和鋼板襯套方法使襯套與既有的橋墩結(jié)合成一個(gè)整體。
充分吸收國外已有的研究成果，針對我國公路橋梁的實(shí)際情況，開展必要的試驗(yàn)研究和理論分析工作。對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件及整體進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，使橋梁在地震中的損傷按設(shè)計(jì)要求發(fā)展。這樣的，可以使橋梁在遭遇大的地震時(shí)，便于快速修復(fù)，保證橋梁、公路交通的通行能力。并結(jié)合“小震不壞、中震可修、大震不倒”的分級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，盡快提高我國橋梁抗震加固的技術(shù)水平，確保公路工程各結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震安全度。
