汶川80級地震公路橋梁震害分析

汶川80級地震公路橋梁震害分析

川省橋梁治理災害的現(xiàn)實意義2008年5月12日14:28，四川省汶川縣發(fā)生了重大地震，地震級別為ms8。0。中心位于映秀市（北緯31，東經(jīng)103），震源深度為14m。不必說房屋倒塌,人員傷亡,單就橋梁而言,其震害就令人觸目驚心:強烈的地震動引起墩臺震損,支座破壞,上部結構移位等;更為嚴重的是,由地震引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流和沙土液化等地質(zhì)災害使四川省交通基礎設施遭受重創(chuàng)。橋梁是區(qū)域與城市生命線工程中交通系統(tǒng)的主要組成部分,它在應急救援和災后重建中發(fā)揮著舉足輕重的作用。汶川地震及歷次地震中,災區(qū)交通的中斷使救援工作推進困難甚至停滯,這又加重了震害,造成了巨大間接損失。根據(jù)汶川地震現(xiàn)場科考的成果,研究了10個極重災縣之一綿竹市的橋梁震害,以期為橋梁災后重建與抗震設防有所裨益。1綿竹市烈度分布及橋梁建設1.1文化方面的河流特征綿竹市位于四川省德陽市西北角,地勢西北高東南低,西北部橫跨龍門山脈,東部位于四川盆地,縣域內(nèi)河流縱橫,有“六山一水三分田”的特點(見圖1)。在汶川地震中,綿竹市距震中映秀鎮(zhèn)僅150km,其西北部位于龍門山斷裂帶上,見圖1。其中的前斷層(江油-灌縣斷層)通過漢旺鎮(zhèn),而中斷層(北川-映秀斷層)通過天池鄉(xiāng)和清平鄉(xiāng)。綿竹市自東南向西北烈度依次為VIII、IX和X度(見圖2)。1.2江西河流域公路在5.12汶川地震之前,綿竹市已形成以市區(qū)為中心,向各鄉(xiāng)鎮(zhèn)輻射的公路交通網(wǎng)。由于綿竹市河流縱橫(有綿遠河、馬尾河、射水河、石亭江、紅巖渠和人民渠等),公路在跨河跨鐵路處均建有橋梁,見圖2。全市統(tǒng)計在冊橋梁300座,累計7452m,其中省道橋梁8座,縣道橋梁76座,鄉(xiāng)道橋梁10座,專用道橋梁6座,村道橋梁200座。2橋梁破壞情況調(diào)查在5.12汶川地震中,綿竹市橋梁遭到了嚴重破壞,交通一度陷入癱瘓?，F(xiàn)場調(diào)查了88座橋梁。限于篇幅,僅列出了5座省道橋梁,22座縣道橋梁、6座鄉(xiāng)道橋梁的震害情況,見表1。在調(diào)查的88座橋梁中,有拱橋9座,其中石拱橋3座;梁橋79座,其中T梁橋26座,板梁橋51座,預應力箱梁橋2座。這些橋中位于VIII區(qū)的有17座,位于Ⅸ區(qū)的有60座,位于Ⅹ區(qū)的有11座。具體見圖2和表2。調(diào)查的88座橋梁中,基本完好的有7座,占7.95%,輕微破壞的有28座,占31.82%,中等破壞的有24座,占27.27%,嚴重破壞的有23座,占26.14%,毀壞的有6座,占6.82%。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),綿竹市橋梁震害類型呈現(xiàn)出多樣化的特點,基本涵蓋了此次地震中橋梁震害的情況,其主要震害現(xiàn)象如下:(1)受地震影響的橋梁災害1地裂、滑坡、泥石流地基失效指在地震作用下地基喪失承載力的一種破壞現(xiàn)象,如地裂、滑坡和沙土液化等等。此類震害主要發(fā)生在綿竹市的東南部,如新壽路的齊福大橋和梓憧宮橋附近均發(fā)現(xiàn)沙土液化現(xiàn)象。2組合橋梁破壞在山區(qū),橋梁往往被陡峭的山谷環(huán)繞。強震引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等常會掩埋橋梁,堰塞湖淹沒橋梁。滾石則會撞擊橋梁結構,導致其破壞。在綿竹西北部的清平鄉(xiāng)、天池鄉(xiāng)和金花鎮(zhèn),此類震害較典型。(2)結構振動引起的橋梁振動11上部結構的地震此類震害包括:上部結構自身震害、上部結構碰撞震害、和上部結構移位震害。其中移位震害最常見,又可分為縱向移位、橫向移位和扭轉移位。21支架地震支座是連接橋梁上部結構和下部結構的構件,這個關鍵的部位極易遭震損。如回瀾橋,成青路馬尾河新橋等。32下部結構的破壞橋梁下部結構包括墩柱或墩臺和基礎。其震害有墩柱的彎曲破壞和剪切破壞,如漢旺絕緣橋、回瀾立交橋等。此外橋臺護坡開裂也很常見。3綿竹市橋梁典型地震(1)號重力式橋墩漢旺絕緣橋建于1966年,位于德茂公路復線K60+000處,它橫跨綿遠河,全長150m,寬6.4m,結構類型:上部為5×20mT+2×25m形簡支梁,下部為重力式橋墩。在汶川地震中,此橋位于IX度區(qū),其主要震害為:1個橋墩開裂,3個橋墩損毀四跨大梁塌落(圖5),支座損毀(圖6),一跨大梁扭轉(圖7)、梁板下沉、梁體嚴重移位。(2)5年氣象站作業(yè)回瀾立交橋位于德茂公路綿竹城區(qū)過境段,其橫跨綿竹貨運火車站,包括主橋及4個平面為圓形的曲線匝道橋,主橋長316m,橋面總寬38m。匝道橋為連續(xù)箱梁加單柱式橋墩。該橋主體于2004年9月完工,2005年春節(jié)正式通車。5.12汶川地震中,回瀾立交橋位于IX度區(qū),其主要震害為:圓形匝道橋破壞嚴重,每個匝道橋破壞集中于1或2個抗彎剛度較大的低矮橋墩(圖8)并引起上部箱梁橫向斷裂(圖10),其余橋墩發(fā)生輕度或中度破壞,主要為橋墩混凝土保護層脫落(圖9)、混凝土開裂及墩頂橡膠支座的滑移(圖11),且總體來看,匝道橋破壞沿切向更為明顯。匝道箱梁與橋臺脫離(圖12)。主橋破壞相對較輕,主要包括橋墩頂部的支座滑移及主橋與匝道橋間的碰撞破壞(圖13)。(3)梁石橋橋綿土路吉祥橋建于1990年,位于綿土路K24+935處,橋梁全長25m,寬9m,石拱橋。在5.12汶川地震中,吉祥橋位于IX度區(qū),其主要震害為:橋面板沉陷,拱墩、拱圈出現(xiàn)嚴重裂縫,拱腳產(chǎn)生很大的位移(圖14～圖16),不能承受重載。4根據(jù)橋梁結構的特性可采取的措施對綿竹市橋梁震害的分析,可得如下結論:(1)橋梁自身的震害比較常見:橋梁自身震害達92.05%,梁橋震害主要表現(xiàn)為梁體縱橫向位移,扭轉等;支座滑移;墩柱彎曲或剪切破壞,橋臺開裂等。這是由于地震動強度大,引起相應結構的劇烈振動造成的?？梢酝ㄟ^提高抗震設防標準,采取適當?shù)目拐鸫胧?強化施工質(zhì)量等來避免。(2)地質(zhì)災害加劇了橋梁震害:強地震動引發(fā)的滑坡、崩塌及泥石流等地質(zhì)災害給橋梁造成了巨大的次生災害。主要表現(xiàn)在滑坡崩塌掩埋橋梁、堰塞湖淹沒橋梁、地震造成河流沖刷導致橋梁水毀以及泥石流災害、邊坡病害等。此外,砂土液化和軟弱地基是橋梁地震失效的重要因素之一。(3)地質(zhì)災害引