公路橋梁震害特征及搶通保通措施

柯勇，張書豪，李本偉，向波，彭浪鳴，何云勇

[摘要]以四川省山區(qū)公路中小跨徑梁式橋梁為例，研究其在地震、暴雨洪災(zāi)及次生地質(zhì)災(zāi)害作用下的病害類型及特征，結(jié)合“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災(zāi)、“6·1”雅安地震等自然災(zāi)害公路橋梁應(yīng)急搶通保通經(jīng)驗(yàn)，提出了公路橋梁應(yīng)急調(diào)查和評估方法，建立了橋梁災(zāi)害評價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以通行能力受損程度劃分為“A輕微、B中等、C嚴(yán)重、D完全損毀”四級(jí)，并按“穩(wěn)妥易行、安全可靠、永臨結(jié)合”的原則，提出了公路橋梁搶通保通及加固新技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]橋梁工程； 梁橋； 地震； 暴雨洪災(zāi)； 災(zāi)害類型； 災(zāi)害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)； 搶通保通技術(shù)

[中國分類號(hào)]U445.7+5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

0引言

西部山區(qū)的強(qiáng)烈地震、暴雨洪災(zāi)及其誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害往往會(huì)對公路造成巨大損毀，其中橋梁作為公路的咽喉，在地震、洪水及其次生地質(zhì)災(zāi)害中極易受損，導(dǎo)致公路斷道，制約搶險(xiǎn)救災(zāi)工作開展，故公路橋梁災(zāi)后如何應(yīng)急搶通保通是一個(gè)關(guān)鍵問題。近年來，針對不同的自然災(zāi)害條件下公路橋梁損毀案例，已有學(xué)者或工程技術(shù)人員在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了一些公路橋梁災(zāi)后應(yīng)急搶通保通的工程技術(shù)措施［1-6］，但未形成系統(tǒng)的災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查評估、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)急搶通保通等系統(tǒng)的技術(shù)體系。項(xiàng)目組基于已有研究成果，結(jié)合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災(zāi)、“6·1”雅安地震等自然災(zāi)害公路橋梁應(yīng)急搶通保通經(jīng)驗(yàn)，研究公路橋梁及次生地質(zhì)災(zāi)害類型及特征，制定災(zāi)害評價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照“穩(wěn)妥易行、安全可靠、永臨結(jié)合”的原則，提出公路橋梁搶通保通及加固新技術(shù)。研究成果可為公路橋梁災(zāi)后快速搶通保通提供參考。

1公路橋梁典型災(zāi)害類型

自然災(zāi)害作用下，不同結(jié)構(gòu)形式的公路橋梁災(zāi)損類型及特征不一，剛構(gòu)橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等特殊結(jié)構(gòu)橋梁若受損，一般由專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測評估、專項(xiàng)維修。本文則以山區(qū)公路中小跨徑梁式橋梁為例，研究近年來四川省受地震、洪水和次生地質(zhì)災(zāi)害損壞的大量公路梁橋病害類型及特征［7］，為橋梁搶通保通技術(shù)提供依據(jù)。

山區(qū)公路中小跨徑梁式橋梁主要有簡支梁橋與連續(xù)梁橋。簡支梁橋上部結(jié)構(gòu)多為混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土的空心板、小箱梁、T型梁或I型組合梁等，多采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，部分橋梁斜交。絕大部分簡支梁橋采用板式橡膠支座，少量早期修建的橋梁采用鋼支座或油氈簡易支座。簡支梁橋橋墩多為排架墩、獨(dú)柱墩或墻式墩，部分早期修建的橋梁采用重力式墩；橋臺(tái)一般為重力式、肋板式或樁柱式；基礎(chǔ)類型有樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)等。連續(xù)梁橋主梁主要有現(xiàn)澆梁和預(yù)制梁兩大類?，F(xiàn)澆主梁多為箱梁；預(yù)制主梁多采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁或小箱梁，一般為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。連續(xù)梁多為3～5跨一聯(lián)，支座形式多為盆式橡膠支座，部分連續(xù)梁橋采用板式橡膠支座。連續(xù)梁橋多采用柱式墩或排架墩，一般設(shè)置有支座固結(jié)或墩梁固結(jié)的固定墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)。

1.1上部結(jié)構(gòu)位移及落梁

如圖1所示，因地震動(dòng)或其他外力作用下導(dǎo)致墩梁間出現(xiàn)橫、縱橋向相對位移，部分或全部橋跨主梁掉落，如圖2所示。對于斜交梁橋，在地震中還可能出現(xiàn)平面轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。除局部因碰撞發(fā)生碎裂外，梁橋的主梁在地震中一般不易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷。

1.2橋梁支座破壞形式

典型的板式橡膠支座的損壞形式主要有：卷曲、殘余剪切變形、脫空、滑移、缺失，四氟板破壞等；典型的盆式橡膠支座的損壞形式有：錨栓破壞、上下鋼盆錯(cuò)位、鋼盆連接破壞等，如圖4、圖5所示。

1.3下部結(jié)構(gòu)災(zāi)害類型

如圖6所示，橋墩震害形式主要有墩身開裂、塑性鉸、傾斜、壓潰、剪斷、倒塌、蓋梁開裂等。對于安裝擋塊的梁式橋，因主梁移位撞擊等原因，易導(dǎo)致?lián)鯄K破損。其他災(zāi)損還包括，在暴雨洪災(zāi)中出現(xiàn)劇烈沖刷致樁基外露［8］，遭受飛石落石撞擊開裂甚至斷裂。

2公路橋梁災(zāi)害調(diào)查及評估

2.1災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查內(nèi)容

2.1.1地震震害調(diào)查

根據(jù)地震后橋梁受損特征，橋梁震害主要調(diào)查內(nèi)容見表1。

2.1.2暴雨洪災(zāi)及其它災(zāi)害調(diào)查

根據(jù)暴雨洪災(zāi)及次生地質(zhì)災(zāi)害橋梁的受損特征，確定水毀后橋梁受損狀況主要調(diào)查內(nèi)容見表2。

2.2災(zāi)害評估

結(jié)合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災(zāi)、“6·1”雅安地震等自然災(zāi)害管理橋梁調(diào)查分析成果及應(yīng)急搶通保通經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)橋梁承載力損失程度，將破壞等級(jí)分為A、B、C、D 四級(jí)，以指導(dǎo)山區(qū)公路橋梁災(zāi)后搶通、保通階段橋梁應(yīng)急處治。根據(jù)橋梁受損情況，若被調(diào)查的橋梁被評定為C級(jí)或D級(jí)時(shí)，應(yīng)提出應(yīng)急搶通保通處治和交通管制措施建議（表3）。

3公路橋梁應(yīng)急搶通保通技術(shù)

公路橋梁受災(zāi)后的搶通保通應(yīng)堅(jiān)持以下原則：首先，堅(jiān)持科學(xué)評估、統(tǒng)籌安排、重點(diǎn)整治、永臨結(jié)合、分步實(shí)施；其次，搶通階段應(yīng)因地制宜，采用簡便可靠、施工快捷、經(jīng)濟(jì)合理的方法，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)橋梁基本通行能力；最后，保通階段應(yīng)按照“穩(wěn)妥易行、安全可靠、永臨結(jié)合”的原則，采取橋梁加固并兼顧永久處治的措施，以保障公路橋梁維持通行。

3.1應(yīng)急搶通保通技術(shù)

應(yīng)急搶通保通階段的首要目標(biāo)為“通”，特點(diǎn)是“快”。處治措施宜就地取材，采用簡單、快捷、有效的方法，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)通行能力。若受損橋梁應(yīng)急搶通修復(fù)加固后其結(jié)構(gòu)安全性和使用性能難以恢復(fù)原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的，可降低標(biāo)準(zhǔn)使用或管制通行。上部梁體發(fā)生局部破壞或移位的橋梁，可采取管制措施，實(shí)行半幅通行、單車道對中行駛、限速限載行駛或其他管制方式［9］。管制通行應(yīng)設(shè)置專門的安全員，觀察橋梁及橋周險(xiǎn)情，指揮交通。突發(fā)險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)及時(shí)中斷交通，保證人員安全。極重災(zāi)區(qū)許多受損橋梁在初期均可采用這種臨時(shí)管制方式。橋梁受災(zāi)后應(yīng)急搶通保通措施如下。

3.1.1臨時(shí)支撐

部分橋梁在災(zāi)后受損較嚴(yán)重，但經(jīng)臨時(shí)處治后仍可通車，為防止橋梁病害進(jìn)一步加劇，可采用臨時(shí)措施對橋梁進(jìn)行處治。當(dāng)上部梁體發(fā)生嚴(yán)重移位，為防止落梁，條件許可時(shí)應(yīng)采用臨時(shí)支撐措施支撐梁體或增設(shè)限位措施防止落梁，如圖7所示，采用萬能桿件、321鋼桁片或鋼管支架對梁板提供支撐；如圖8所示，在梁板鉸縫位置設(shè)置限位鋼擋塊，防止梁體與蓋梁進(jìn)一步發(fā)生相對滑移。當(dāng)墩柱存在傾斜時(shí)，可采用鋼絲繩水平對拉，防止墩柱進(jìn)一步傾倒。

3.1.2橋上架橋

當(dāng)上部梁體發(fā)生嚴(yán)重破壞或嚴(yán)重移位，而橋墩基本完好，有足夠承載能力時(shí)，如圖9所示，可用321鋼橋跨越嚴(yán)重破壞的橋跨；當(dāng)原橋上部結(jié)構(gòu)存在落梁風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)支撐，避免落梁發(fā)生。架設(shè)鋼橋時(shí)，應(yīng)根據(jù)跨徑、承載能力要求采用單層或多層321鋼橋。

3.1.3橋改路基或便道繞避

對于跨徑較小且橋高較低的損毀橋梁，可直接填筑為路基。如圖10所示，填筑的路基可保證應(yīng)急通行，也可與災(zāi)后恢復(fù)重建統(tǒng)一考慮，作為永久結(jié)構(gòu)使用。如果需要將原有橋墩改變?yōu)闃蚺_(tái)，應(yīng)特別注意墩柱兩側(cè)的不平衡土壓力，確保結(jié)構(gòu)安全。如圖11所示，對損毀和嚴(yán)重破壞的橋梁，短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)或加固，且有條件能在橋址附近另辟便道時(shí)，可采用便道饒避。當(dāng)橋下有排水要求時(shí)，可設(shè)置臨時(shí)便涵，填筑便道，以滿足應(yīng)急通行。便涵可采用廢油桶、混凝土管涵、鋼波紋管涵等，也可用石塊、束柴、圓木等材料修筑滲水（或漫水）應(yīng)急路堤。

3.1.4搭設(shè)便橋

跨越河流或溝谷的橋梁被毀，無其它橋梁或通道繞行時(shí)，可在原橋附近修建便橋。便橋一般可分為制式橋梁、索道橋、鋼（木）便橋、溜索等。條件許可時(shí)可協(xié)調(diào)調(diào)用制式橋梁，如圖12、圖13所示，常用制式橋梁主要有舟橋、機(jī)械化橋、裝配式橋等。

舟橋使用時(shí)受江河水深影響較小，門橋與浮橋可相互變換。采用舟橋器材架設(shè)的浮橋，最大適應(yīng)流速通常為2.5～3.5 m/s，載重量一般在80 t以下，有的可達(dá)100 t；漕渡門橋載重量通常在80 t以下，有的可達(dá)150 t。機(jī)械化橋是一種將橋梁構(gòu)件配置在專用的架橋車上，利用架橋車的設(shè)備進(jìn)行架設(shè)與撤收的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，常用的有應(yīng)急模塊化橋、輕型應(yīng)急機(jī)械化橋等，如GQL321型山地伴隨橋、GQL110型重型機(jī)械化橋、GQL120A型輕型機(jī)械化橋等。

裝配式公路鋼橋是一種用型鋼焊接而成的桁架單元，如圖14所示，根據(jù)通行荷載及障礙寬度，能拼裝成多種結(jié)構(gòu)形式的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，主要包括321型、ZB200型和CB450型裝配式公路鋼橋等。公路戰(zhàn)備鋼橋可根據(jù)跨度和載重標(biāo)準(zhǔn)需求，靈活搭配組合，跨越能力一般控制在60 m以內(nèi)。戰(zhàn)備鋼橋的橋臺(tái)，可靈活采用建造快的結(jié)構(gòu)型式，如型鋼籠填片塊石，僅需簡單處理基底，并允許橋臺(tái)有一定的沉降。

在水流急不易建造橋墩的陡岸險(xiǎn)谷，可架設(shè)索道橋保證應(yīng)急通行。由于道路交通中斷或地形地貌限制，無法采用裝配式器材搭設(shè)橋梁時(shí)，可因地制宜、就地取材，利用型鋼或木材等作為搭設(shè)應(yīng)急橋梁的主要材料。對于深溝峽谷等架設(shè)橋梁困難的地方，可采用溜索解決人員及小型設(shè)備、物資的運(yùn)輸工作。滑索的最大弦傾角超過10°時(shí)必須設(shè)阻尼裝置，滑行小車在與制動(dòng)（緩沖）裝置接觸前瞬間速度不得大于3.5 m/s，滑行小車制動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)、安全可靠?；髋c障礙物的距離應(yīng)不小于1.5 m，相鄰滑索的距離應(yīng)不小于1.5 m。重要的軸和銷軸，宜采用力學(xué)性能不低于45號(hào)鋼的材料制造。

3.1.5舟船擺渡

跨越水庫的橋梁被毀，或崩塌山體堵塞河道形成堰塞湖、淹沒公路，可臨時(shí)設(shè)置舟船擺渡，供搶險(xiǎn)人員和車輛通行。在兩岸選擇合理位置，臨時(shí)開辟簡易碼頭，采用舟船運(yùn)送救援人員和車輛。

3.1.6崩塌落石防護(hù)

毗鄰高陡斜坡路段的橋梁，除橋梁本身修復(fù)、加固外，針對高位崩塌落石，還應(yīng)采取清危、設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)或鋼格柵攔擋、柔性棚洞防護(hù)落石、橋墩設(shè)置防撞緩沖裝置等措施，如圖15所示，提高橋梁抵御崩塌、落石等次生災(zāi)害的能力。

3.1.7洪災(zāi)應(yīng)急處治

暴雨洪災(zāi)威脅的橋梁搶險(xiǎn)保通，應(yīng)針對不同情況采取下列措施：監(jiān)視漂浮物在橋下的通過情況，必要時(shí)用竹桿、鉤桿等引導(dǎo)其順利通過橋孔。對堵塞在橋下的漂浮物，應(yīng)及時(shí)移開或撈起。洪水時(shí)，如橋梁墩臺(tái)、引道、護(hù)坡、錐坡發(fā)生沖刷，危及構(gòu)造物安全時(shí)，應(yīng)采取拋石、六面體預(yù)制塊、沉砂袋或柴排等緊急措施進(jìn)行搶護(hù)。但拋填不能過多，以免減少泄水面積而增大沖刷。拋填石塊時(shí)，可設(shè)置臨時(shí)木溜槽，以控制拋填位置。如時(shí)間和條件允許，可對臺(tái)前岸坡插打鋼管樁、進(jìn)行注漿加固。遇特大洪水，若采用搶險(xiǎn)措施仍不能保障安全的重要橋梁，緊急情況下，經(jīng)上級(jí)主管部門批準(zhǔn)，可用炸藥炸開橋頭引道渲泄洪水。

3.2橋梁維修加固關(guān)鍵技術(shù)

為了恢復(fù)橋梁使用功能，提高承載能力，增強(qiáng)安全性和耐久性，應(yīng)對受損橋梁進(jìn)行維修加固處治［3-7］。

3.2.1更換支座

支座脫空處治：對支座脫空、受力不均勻等情況。應(yīng)采用在脫空支座底面填塞鋼片，使其頂面緊貼梁板底面，然后在支座底部灌注改性環(huán)氧樹脂膠將鋼片包住，以填充空隙，確保支座能充分起到支墊作用，保證支反力的傳遞。支座更換：建議由有類似施工經(jīng)驗(yàn)的單位進(jìn)行施工，采用同步頂升或者單蓋梁頂升方式更換支座。

3.2.2橋墩加固技術(shù)

為防止橋墩在地震作用下發(fā)生脆性破壞，可在墩身外側(cè)增加鋼套或外纏纖維改善橋墩的延性。墩柱嚴(yán)重開裂、而基礎(chǔ)基本無損傷的橋墩，可采用外包鋼管內(nèi)灌混凝土的方式予以加固；大尺寸、深水墩可采用下沉鋼套箱內(nèi)灌水下不分散混凝土的方式加固。如圖16、圖17所示，橋梁固結(jié)墩墩頂環(huán)向開裂，可采用特制鋼套進(jìn)行加固，并通過植筋與梁體有效連接。

對于洪水期被撞壞、磨蝕但尚未出現(xiàn)明顯偏移的橋墩，洪水過后可采用鋼管、鋼波紋管等包裹橋墩，再填充混凝土，以增強(qiáng)橋墩的強(qiáng)度和延性。如圖18所示，當(dāng)橋墩磨蝕嚴(yán)重時(shí)，可先修復(fù)原橋墩結(jié)構(gòu)，再在墩柱表面噴涂拜鐵膜等緩沖材料進(jìn)行防護(hù)。對于雨季易受飛石撞擊的橋墩，可在橋墩迎撞面設(shè)置鋼護(hù)筒，護(hù)筒與墩柱之間填充泡沫鋁、聚氨酯等緩沖材料，吸收撞擊能量，提高橋墩抗沖擊能力。對于河床急劇下切造成橋墩樁基外露、磨蝕的危橋，可增設(shè)樁基和承臺(tái)，提高橋梁承載力及抗洪能力［11-13］。

災(zāi)后橋梁墩柱和基礎(chǔ)受損較嚴(yán)重，無法復(fù)原或難以加固時(shí)，可采用置換橋墩技術(shù)（圖19）。置換橋墩分為幾個(gè)步驟：支撐體系卸載；結(jié)構(gòu)梁和梁柱節(jié)點(diǎn)在梁、板等自重作用下，已經(jīng)承受內(nèi)力，如果直接拆除柱中破損混凝土，墩柱既被掏空，結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)垮塌的危險(xiǎn)。因此對墩柱進(jìn)行卸載處理非常關(guān)鍵，需要先采用臨時(shí)支撐體系代替墩柱受力。破損混凝土的處理；在保證支撐系統(tǒng)可靠的情況下，將破損混凝土完全鑿除，并保留鋼筋。重新澆筑形成新的墩柱混凝土。新老混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿毛、涂刷界面劑，以增加粘結(jié)力。重新安裝支座，拆除臨時(shí)支撐體系，將上部構(gòu)造荷載轉(zhuǎn)移至新墩柱。受損橋墩恢復(fù)效果見圖20。

4結(jié)論

結(jié)合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”蘆山地震、“8·8”九寨溝地震、“7·10”洪災(zāi)、“6·1”雅安地震等自然災(zāi)害公路橋梁應(yīng)急搶通保通經(jīng)驗(yàn)，研究公路橋梁及次生地質(zhì)災(zāi)害類型及特征，制定災(zāi)害評價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照“穩(wěn)妥易行、安全可靠、永臨結(jié)合”的原則，采用簡便可靠、施工快捷、經(jīng)濟(jì)合理的方法，兼顧永久處治措施，堅(jiān)持科學(xué)評估、統(tǒng)籌安排、重點(diǎn)整治、永臨結(jié)合、分步實(shí)施，提出了公路橋梁搶通保通及加固新技術(shù)。

（1）公路梁式橋梁有落梁、主梁移位、支座破壞、橋墩震害、橋臺(tái)震害等。

（2）地震在后橋梁應(yīng)急調(diào)查內(nèi)容包括橋面鋪裝、伸縮縫、護(hù)欄和橋面障礙物，上部結(jié)構(gòu)主梁、橫向連接、支座，下部結(jié)構(gòu)橋墩、蓋梁、橋臺(tái)，次生災(zāi)害的飛石、塌方、滑坡、泥石流。暴雨洪災(zāi)水毀及次生地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查包括水環(huán)境調(diào)查、基礎(chǔ)和墩臺(tái)等。根據(jù)梁承載力損失程度，將公路橋梁災(zāi)后破壞等級(jí)分為A、B、C、D四級(jí)，按照不同等級(jí)采用相應(yīng)搶通保通及加固措施技術(shù)。

（3）橋梁應(yīng)急搶通保通技術(shù)包括降標(biāo)或管制通行、臨時(shí)支撐、橋上架橋、便道繞避、橋改路基、搭設(shè)便橋、舟船擺渡、崩塌落石防護(hù)、洪災(zāi)應(yīng)急處治。加固措施包括更換支座、橋墩加固等技術(shù)。

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