理论教育 桥梁灾害情况及快速重建技术

桥梁灾害情况及快速重建技术

时间:2023-09-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:表2-8四川省主干道路严重破坏、损毁桥梁统计表续表汶川地震公路桥梁震害调查表明,在此次地震中桥梁的震害表现众多,覆盖了简支体系桥梁、拱桥、连续梁、连续刚构桥等4种常见的桥型。在汶川地震中发生严重梁体位移的有12座桥梁,主梁移位震害在纵桥向及横桥向均有所表现。调查表明,在地震中非地质次生灾害产生的落梁破坏有3座桥梁。在此次地震中上述震害均有发生,但主要体现在靠近断裂带附近的少数桥梁。

桥梁灾害情况及快速重建技术

受灾严重的公路桥梁主要集中在:①震中附近映秀的3条线路,即G213线映秀—都江堰段、G213线映秀—汶川段、S303线映秀—卧龙段;②北川附近3条线路,即S302线江油—北川段、S302线北川—茂县段及与断裂带大致平行通过北川的S105线彭州—北川—广元段。

对极重灾区7条国省主干公路桥梁桥墩形式进行的统计分析表明,在极重灾区简支体系桥梁的桥墩几乎均为双柱式桥墩,独柱式桥墩只有白水溪大桥等5座桥梁,均位于G213线都江堰—汶川段,其中4座为简支体系的矩形独柱墩,只有G213线上的小黄沟中桥(连续梁桥)采用圆柱形独柱墩(表2-8)。

表2-8 四川省主干道路严重破坏、损毁桥梁统计表

续表

汶川地震公路桥梁震害调查表明,在此次地震中桥梁的震害表现众多,覆盖了简支体系桥梁、拱桥、连续梁、连续刚构桥等4种常见的桥型。限于篇幅,将简支体系桥梁、连续梁桥、连续刚构桥均按梁式桥考虑。汶川地震中梁式桥震害的主要现象有主梁移位和落梁、桥墩震害、支座破坏、桥台损坏,如图2-45所示。拱桥的震害主要有拱圈破坏、拱上结构破坏。

图2-45 桥梁震害分类

1.梁式桥的典型震害

(1)主梁移位及落梁。主梁移位在极震区桥梁中相对比较普遍,但主梁移位的极端情况——落梁破坏相对较少。在汶川地震中发生严重梁体位移的有12座桥梁,主梁移位震害在纵桥向及横桥向均有所表现。横桥向移位:G213线渔子溪桥为3~22.2m简支T形梁,主梁横向移位达到30cm;G213线白水溪大桥3号墩墩顶梁体横向移位达到48cm,面临横桥向落梁危险(图2-46)。顺桥向移位:G213线寿江大桥,梁体向映秀方向纵移,导致第1跨即将发生纵桥向落梁(图2-47)。同时主梁移位也体现梁体发生转动。主梁移位的同时撞击桥墩的纵、横向挡块,也造成了桥墩挡块的大量破坏(图2-48),但在地震中,因为挡块的设置,减少了落梁震害。

图2-46 白水溪桥3号墩墩顶梁体横向移位48cm

图2-47 寿江大桥第1跨的主梁纵向移位、面临落梁的危险

图2-48 挡块破坏

落梁是桥梁最严重的震害之一,是作为主梁移位的极端表现形式。调查表明,在地震中非地质次生灾害产生的落梁破坏有3座桥梁。G213线百花大桥垮塌的第五联桥为连续梁,两联之间的梁体采用牛腿支撑,当连续梁桥发生落梁时,会造成落梁联跨的整体垮塌;都汶高速公路庙子坪岷江大桥第10跨引桥发生整跨落梁(图2-49),此处墩高约70m,又紧邻伸缩缝,虽然盖梁宽度达3m,但仍无法适应地震引起的纵向位移;还有正在施工的南坝大桥,也发生全桥性的落梁破坏。

图2-49 岷江庙子坪大桥第10跨引桥落梁

(2)桥墩震害。桥墩是支撑梁体的主要构件,同时由于桥梁结构上刚下柔的结构特点使得桥墩极易出现破坏。其震害主要包括桥墩墩身的剪断、压溃和开裂,以及横系梁开裂、横向移位及倾斜。在此次地震中上述震害均有发生,但主要体现在靠近断裂带附近的少数桥梁。都汶二级公路K26+773顺河桥跨径组合为1~30m+7~20m,下部结构采用桩柱式墩,3号墩左柱、5号墩右柱斜剪破坏(图2-50);百花大桥的桥墩在墩底大量产生压溃破坏(图2-51),在刚度突变处墩身压溃和横系梁开裂(图2-52);岷江庙子坪大桥主桥5号主墩墩身底部横向贯通裂缝(图2-53);都汶高速的新房子大桥右幅的6~25m连续箱梁因地基滑移致使墩柱倾斜,最大纵向倾斜度30‰,最大横向倾斜度14‰。

图2-50 K26+773顺河大桥5号墩右柱剪断

图2-51 百花大桥未跨桥墩的压溃

通过对破坏严重的21座梁式桥进行统计分析,墩底截面出现震害的可能性远较其他截面大得多,只有两座桥损伤位置出现在盖梁底部,其余均出现在墩底或横系梁处。这一震害表明对于梁式桥,墩底截面是抗震的控制截面。

图2-52 系梁开裂、桥墩倾斜、压溃

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图2-53 庙子坪大桥5号主墩墩身水下部分横向贯通裂缝(水下摄像

震害调查分析表明:①发生桥墩倾斜震害主要是连续梁桥的桥墩,连续梁桥由于固定支座的设置,使得桥墩在地震作用下承受的地震荷载差异大,从而桥墩破坏的严重程度差异也大,同时会带来崩溃性的破坏;②墩柱箍筋是非常重要的,通过破坏桥墩的调查分析,无论墩柱直径大小,无论是否是潜在塑性铰区域,箍筋体积配箍率都只有0.048%~0.067%,远不能保证足够的横向约束能力;③墩身刚度突变处易产生震害;④此次桥墩震害出现了深水桥墩开裂这一全新的桥墩震害现象。

(3)支座破坏。支座在桥梁中不太引起注意,但功能却十分重要,地震时其作用更为明显。梁体并不是直接架放在桥墩上,中间必须安装防落梁构造和支座,用来防止地震时位移过大而造成落梁,这点对桥梁抗震非常重要。支座破坏是桥梁上部结构中最常见的一种破坏现象,相邻梁互相碰撞或梁的纵、横向位移,大多数都是以支座破坏为前导,强震时支座受到很大剪力和变形,这时桥梁上部就会脱离支座,甚至产生落梁现象。在汶川地震中,支座破坏主要表现为支座撕裂(图2-54)、脱空及滑移(图2-55)。

图2-54 白水桥的支座撕裂

图2-55 百花大桥的支座滑移

(4)桥台震害及其他。桥台是桥梁两端的支撑部分,桥台的填料三面临空,震动大,桥台和下面土的刚度不同,易造成破坏。此次地震中桥台的破坏主要有重力式台的墙体开裂、肋板式桥台肋板开裂、背墙耳墙开裂、桥台锥坡开裂、桥台填料垮塌、搭板下沉等(图2-56~图2-59)。

图2-56 肋板式桥台肋板开裂

图2-57 重力式桥台侧墙开裂

图2-58 古溪沟中桥桥台填料垮塌、搭板悬空

图2-59 寿江大桥汶川岸桥台受梁体纵向挤压,背墙和侧墙破坏

2.拱桥的典型震害

(1)主拱圈破坏。拱圈为拱桥承受拱上结构的主要构件,因此拱桥的拱圈破坏程度决定了拱桥的破坏程度。拱圈震害包括拱圈断裂和开裂。在此次地震中上述两种震害均有发生,但主要体现在靠近断裂带附近的少数桥梁。拱圈断裂带来的结果是整个拱桥的垮塌,S105线井田坝大桥,为2×85m箱形拱桥,在地震中拱圈断裂,造成全桥损毁(图2-60)。彭州小鱼洞大桥,为4×40m的桁架桥,在地震中,第3跨、第4跨整体垮塌。G212线白水河大桥为3×90m钢筋混凝土箱形拱,第1跨小桩号1号拱脚底面横向开裂,已贯通;拱座混凝土压裂破损;左右侧拱脚与拱座接缝开裂,延伸到拱背(左侧延伸到拱背1m,右侧延伸到拱背约0.50m,图2-61)。

图2-60 垮塌的井田坝大桥

图2-61 白水河大桥主拱圈开裂

(2)拱上结构破坏。拱上结构包括腹拱圈、拱上横墙及桥面板等。拱上结构震害主要包括腹拱圈开裂、腹拱上横墙开裂及桥面板横移。在此次地震中主要是前两种震害。G212线白水河大桥为3×90m钢筋混凝土箱形拱,该桥受地震作用后,两侧近桥台第1腹拱发生了变形和破坏(图2-62)。广元竹园大桥为4×70m钢筋混凝土箱形拱,在地震中第3跨3-1号立柱间上、下横梁距左、右侧立柱0.30m处,有环向贯通裂缝,缝宽0.20mm。另侧拱上立柱间横梁均出现环向贯通裂缝,个别横梁与立柱连接处环向开裂,缝宽为0.25~0.30mm(图2-63)。

图2-62 白水河大桥腹拱圈开裂

图2-63 竹园大桥立柱开裂

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