淺談公路橋梁震后檢測(cè)及加固
2013-06-18
作者（湯正廣 許林）我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)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(duì)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(guó)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(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，特別是從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)進(jìn)入新的地震活躍期，地震發(fā)生頻率明顯提高。我國(guó)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(duì)高等級(jí)公路橋梁地基進(jìn)行抗震加固處理，對(duì)保證急救援工作的快速開展和高速公路正常運(yùn)營(yíng)，減輕地震危害具有重要意義。震后公路橋梁快速檢測(cè)與評(píng)估橋梁快速檢測(cè)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(guó)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(duì)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(guó)初步形成了震后公路橋梁快速檢測(cè)與評(píng)估體系。
震后橋梁快速檢測(cè)評(píng)估的原則、標(biāo)準(zhǔn)與一般的檢測(cè)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(cè)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(chǎng)“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(cè)設(shè)備相結(jié)合的辦法，重點(diǎn)檢測(cè)各橋伸縮縫，并相繼檢測(cè)橋梁支座、箱梁、橋梁墩臺(tái)，對(duì)斜拉橋的斜拉索及主塔裂紋進(jìn)行了檢查；并對(duì)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(cè)人員填寫的震后快速檢測(cè)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(duì)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(duì)移位橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)，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(duì)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)?？紤]各種橋梁加固方法的特點(diǎn)和適應(yīng)性，確定具有針對(duì)性的震后橋梁快速加固方案和長(zhǎng)期加固方案。這里主要針對(duì)發(fā)生震害的主要原因提出相應(yīng)長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)各種震害提出相應(yīng)的抗震加固措施。a . 針對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)策。可采用混凝土襯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(guó)外已有的研究成果，針對(duì)我國(guó)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(duì)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(guó)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。
