公路桥梁震害特征及抢通保通措施

2023-02-12柯勇，张书豪，李本伟，向波，彭浪鸣，何云勇

四川建筑 2023年5期

柯勇，张书豪，李本伟，向波，彭浪鸣，何云勇

[摘要]以四川省山区公路中小跨径梁式桥梁为例，研究其在地震、暴雨洪灾及次生地质灾害作用下的病害类型及特征，结合“5·12”汶川地震、“4·20”芦山地震、“8·8”九寨沟地震、“7·10”洪灾、“6·1”雅安地震等自然灾害公路桥梁应急抢通保通经验，提出了公路桥梁应急调查和评估方法，建立了桥梁灾害评价分级标准，以通行能力受损程度划分为“A轻微、B中等、C严重、D完全损毁”四级，并按“稳妥易行、安全可靠、永临结合”的原则，提出了公路桥梁抢通保通及加固新技术。

[关键词]桥梁工程；梁桥；地震；暴雨洪灾；灾害类型；灾害等级标准；抢通保通技术

[中国分类号]U445.7+5 [文献标志码]A

0引言

西部山区的强烈地震、暴雨洪灾及其诱发的次生地质灾害往往会对公路造成巨大损毁，其中桥梁作为公路的咽喉，在地震、洪水及其次生地质灾害中极易受损，导致公路断道，制约抢险救灾工作开展，故公路桥梁灾后如何应急抢通保通是一个关键问题。近年来，针对不同的自然灾害条件下公路桥梁损毁案例，已有学者或工程技术人员在实践的基础上，提出了一些公路桥梁灾后应急抢通保通的工程技术措施［1-6］，但未形成系统的灾害应急调查评估、分级标准及应急抢通保通等系统的技术体系。项目组基于已有研究成果，结合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”芦山地震、“8·8”九寨沟地震、“7·10”洪灾、“6·1”雅安地震等自然灾害公路桥梁应急抢通保通经验，研究公路桥梁及次生地质灾害类型及特征，制定灾害评价分级标准，按照“稳妥易行、安全可靠、永临结合”的原则，提出公路桥梁抢通保通及加固新技术。研究成果可为公路桥梁灾后快速抢通保通提供参考。

1公路桥梁典型灾害类型

自然灾害作用下，不同结构形式的公路桥梁灾损类型及特征不一，刚构桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等特殊结构桥梁若受损，一般由专业检测机构进行检测评估、专项维修。本文则以山区公路中小跨径梁式桥梁为例，研究近年来四川省受地震、洪水和次生地质灾害损坏的大量公路梁桥病害类型及特征［7］，为桥梁抢通保通技术提供依据。

山区公路中小跨径梁式桥梁主要有简支梁桥与连续梁桥。简支梁桥上部结构多为混凝土或预应力混凝土的空心板、小箱梁、T型梁或I型组合梁等，多采用桥面连续结构，部分桥梁斜交。絕大部分简支梁桥采用板式橡胶支座，少量早期修建的桥梁采用钢支座或油毡简易支座。简支梁桥桥墩多为排架墩、独柱墩或墙式墩，部分早期修建的桥梁采用重力式墩；桥台一般为重力式、肋板式或桩柱式；基础类型有桩基础、扩大基础等。连续梁桥主梁主要有现浇梁和预制梁两大类。现浇主梁多为箱梁；预制主梁多采用预应力混凝土T梁或小箱梁，一般为先简支后结构连续。连续梁多为3～5跨一联，支座形式多为盆式橡胶支座，部分连续梁桥采用板式橡胶支座。连续梁桥多采用柱式墩或排架墩，一般设置有支座固结或墩梁固结的固定墩，基础为桩基础或扩大基础。

1.1上部结构位移及落梁

如图1所示，因地震动或其他外力作用下导致墩梁间出现横、纵桥向相对位移，部分或全部桥跨主梁掉落，如图2所示。对于斜交梁桥，在地震中还可能出现平面转动，如图3所示。除局部因碰撞发生碎裂外，梁桥的主梁在地震中一般不易出现结构性损伤。

1.2桥梁支座破坏形式

典型的板式橡胶支座的损坏形式主要有：卷曲、残余剪切变形、脱空、滑移、缺失，四氟板破坏等；典型的盆式橡胶支座的损坏形式有：锚栓破坏、上下钢盆错位、钢盆连接破坏等，如图4、图5所示。

1.3下部结构灾害类型

如图6所示，桥墩震害形式主要有墩身开裂、塑性铰、倾斜、压溃、剪断、倒塌、盖梁开裂等。对于安装挡块的梁式桥，因主梁移位撞击等原因，易导致挡块破损。其他灾损还包括，在暴雨洪灾中出现剧烈冲刷致桩基外露［8］，遭受飞石落石撞击开裂甚至断裂。

2公路桥梁灾害调查及评估

2.1灾害应急调查内容

2.1.1地震震害调查

根据地震后桥梁受损特征，桥梁震害主要调查内容见表1。

2.1.2暴雨洪灾及其它灾害调查

根据暴雨洪灾及次生地质灾害桥梁的受损特征，确定水毁后桥梁受损状况主要调查内容见表2。

2.2灾害评估

结合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”芦山地震、“8·8”九寨沟地震、“7·10”洪灾、“6·1”雅安地震等自然灾害管理桥梁调查分析成果及应急抢通保通经验，根据桥梁承载力损失程度，将破坏等级分为A、B、C、D 四级，以指导山区公路桥梁灾后抢通、保通阶段桥梁应急处治。根据桥梁受损情况，若被调查的桥梁被评定为C级或D级时，应提出应急抢通保通处治和交通管制措施建议（表3）。

3公路桥梁应急抢通保通技术

公路桥梁受灾后的抢通保通应坚持以下原则：首先，坚持科学评估、统筹安排、重点整治、永临结合、分步实施；其次，抢通阶段应因地制宜，采用简便可靠、施工快捷、经济合理的方法，在最短时间内恢复桥梁基本通行能力；最后，保通阶段应按照“稳妥易行、安全可靠、永临结合”的原则，采取桥梁加固并兼顾永久处治的措施，以保障公路桥梁维持通行。

3.1应急抢通保通技术

应急抢通保通阶段的首要目标为“通”，特点是“快”。处治措施宜就地取材，采用简单、快捷、有效的方法，在最短时间内恢复通行能力。若受损桥梁应急抢通修复加固后其结构安全性和使用性能难以恢复原有技术标准的，可降低标准使用或管制通行。上部梁体发生局部破坏或移位的桥梁，可采取管制措施，实行半幅通行、单车道对中行驶、限速限载行驶或其他管制方式［9］。管制通行应设置专门的安全员，观察桥梁及桥周险情，指挥交通。突发险情时，应及时中断交通，保证人员安全。极重灾区许多受损桥梁在初期均可采用这种临时管制方式。桥梁受灾后应急抢通保通措施如下。

3.1.1临时支撑

部分桥梁在灾后受损较严重，但经临时处治后仍可通车，为防止桥梁病害进一步加剧，可采用临时措施对桥梁进行处治。当上部梁体发生严重移位，为防止落梁，条件许可时应采用临时支撑措施支撑梁体或增设限位措施防止落梁，如图7所示，采用万能杆件、321钢桁片或钢管支架对梁板提供支撑；如图8所示，在梁板鉸缝位置设置限位钢挡块，防止梁体与盖梁进一步发生相对滑移。当墩柱存在倾斜时，可采用钢丝绳水平对拉，防止墩柱进一步倾倒。

3.1.2桥上架桥

当上部梁体发生严重破坏或严重移位，而桥墩基本完好，有足够承载能力时，如图9所示，可用321钢桥跨越严重破坏的桥跨；当原桥上部结构存在落梁风险时，应设置临时支撑，避免落梁发生。架设钢桥时，应根据跨径、承载能力要求采用单层或多层321钢桥。

3.1.3桥改路基或便道绕避

对于跨径较小且桥高较低的损毁桥梁，可直接填筑为路基。如图10所示，填筑的路基可保证应急通行，也可与灾后恢复重建统一考虑，作为永久结构使用。如果需要将原有桥墩改变为桥台，应特别注意墩柱两侧的不平衡土压力，确保结构安全。如图11所示，对损毁和严重破坏的桥梁，短时间内无法恢复或加固，且有条件能在桥址附近另辟便道时，可采用便道饶避。当桥下有排水要求时，可设置临时便涵，填筑便道，以满足应急通行。便涵可采用废油桶、混凝土管涵、钢波纹管涵等，也可用石块、束柴、圆木等材料修筑渗水（或漫水）应急路堤。

3.1.4搭设便桥

跨越河流或沟谷的桥梁被毁，无其它桥梁或通道绕行时，可在原桥附近修建便桥。便桥一般可分为制式桥梁、索道桥、钢（木）便桥、溜索等。条件许可时可协调调用制式桥梁，如图12、图13所示，常用制式桥梁主要有舟桥、机械化桥、装配式桥等。

舟桥使用时受江河水深影响较小，门桥与浮桥可相互变换。采用舟桥器材架设的浮桥，最大适应流速通常为2.5～3.5 m/s，载重量一般在80 t以下，有的可达100 t；漕渡门桥载重量通常在80 t以下，有的可达150 t。机械化桥是一种将桥梁构件配置在专用的架桥车上，利用架桥车的设备进行架设与撤收的钢结构桥梁，常用的有应急模块化桥、轻型应急机械化桥等，如GQL321型山地伴随桥、GQL110型重型机械化桥、GQL120A型轻型机械化桥等。

装配式公路钢桥是一种用型钢焊接而成的桁架单元，如图14所示，根据通行荷载及障碍宽度，能拼装成多种结构形式的钢结构桥梁，主要包括321型、ZB200型和CB450型装配式公路钢桥等。公路战备钢桥可根据跨度和载重标准需求，灵活搭配组合，跨越能力一般控制在60 m以内。战备钢桥的桥台，可灵活采用建造快的结构型式，如型钢笼填片块石，仅需简单处理基底，并允许桥台有一定的沉降。

在水流急不易建造桥墩的陡岸险谷，可架设索道桥保证应急通行。由于道路交通中断或地形地貌限制，无法采用装配式器材搭设桥梁时，可因地制宜、就地取材，利用型钢或木材等作为搭设应急桥梁的主要材料。对于深沟峡谷等架设桥梁困难的地方，可采用溜索解决人员及小型设备、物资的运输工作。滑索的最大弦倾角超过10°时必须设阻尼装置，滑行小车在与制动（缓冲）装置接触前瞬间速度不得大于3.5 m/s，滑行小车制动应平稳、安全可靠。滑索与障碍物的距离应不小于1.5 m，相邻滑索的距离应不小于1.5 m。重要的轴和销轴，宜采用力学性能不低于45号钢的材料制造。

3.1.5舟船摆渡

跨越水库的桥梁被毁，或崩塌山体堵塞河道形成堰塞湖、淹没公路，可临时设置舟船摆渡，供抢险人员和车辆通行。在两岸选择合理位置，临时开辟简易码头，采用舟船运送救援人员和车辆。

3.1.6崩塌落石防护

毗邻高陡斜坡路段的桥梁，除桥梁本身修复、加固外，针对高位崩塌落石，还应采取清危、设置被动防护网或钢格栅拦挡、柔性棚洞防护落石、桥墩设置防撞缓冲装置等措施，如图15所示，提高桥梁抵御崩塌、落石等次生灾害的能力。

3.1.7洪灾应急处治

暴雨洪灾威胁的桥梁抢险保通，应针对不同情况采取下列措施：监视漂浮物在桥下的通过情况，必要时用竹杆、钩杆等引导其顺利通过桥孔。对堵塞在桥下的漂浮物，应及时移开或捞起。洪水时，如桥梁墩台、引道、护坡、锥坡发生冲刷，危及构造物安全时，应采取抛石、六面体预制块、沉砂袋或柴排等紧急措施进行抢护。但抛填不能过多，以免减少泄水面积而增大冲刷。抛填石块时，可设置临时木溜槽，以控制抛填位置。如时间和条件允许，可对台前岸坡插打钢管桩、进行注浆加固。遇特大洪水，若采用抢险措施仍不能保障安全的重要桥梁，紧急情况下，经上级主管部门批准，可用炸药炸开桥头引道渲泄洪水。

3.2桥梁维修加固关键技术

为了恢复桥梁使用功能，提高承载能力，增强安全性和耐久性，应对受损桥梁进行维修加固处治［3-7］。

3.2.1更换支座

支座脱空处治：对支座脱空、受力不均匀等情况。应采用在脱空支座底面填塞钢片，使其顶面紧贴梁板底面，然后在支座底部灌注改性环氧树脂胶将钢片包住，以填充空隙，确保支座能充分起到支垫作用，保证支反力的传递。支座更换：建议由有类似施工经验的单位进行施工，采用同步顶升或者单盖梁顶升方式更换支座。

3.2.2桥墩加固技术

为防止桥墩在地震作用下发生脆性破坏，可在墩身外侧增加钢套或外缠纤维改善桥墩的延性。墩柱严重开裂、而基础基本无损伤的桥墩，可采用外包钢管内灌混凝土的方式予以加固；大尺寸、深水墩可采用下沉钢套箱内灌水下不分散混凝土的方式加固。如图16、图17所示，桥梁固结墩墩顶环向开裂，可采用特制钢套进行加固，并通过植筋与梁体有效连接。

对于洪水期被撞坏、磨蚀但尚未出现明显偏移的桥墩，洪水过后可采用钢管、钢波纹管等包裹桥墩，再填充混凝土，以增强桥墩的强度和延性。如图18所示，当桥墩磨蚀严重时，可先修复原桥墩结构，再在墩柱表面喷涂拜铁膜等缓冲材料进行防护。对于雨季易受飞石撞击的桥墩，可在桥墩迎撞面设置钢护筒，护筒与墩柱之间填充泡沫铝、聚氨酯等缓冲材料，吸收撞击能量，提高桥墩抗冲击能力。对于河床急剧下切造成桥墩桩基外露、磨蚀的危桥，可增设桩基和承台，提高桥梁承载力及抗洪能力［11-13］。

灾后桥梁墩柱和基础受损较严重，无法复原或难以加固时，可采用置换桥墩技术（图19）。置换桥墩分为几个步骤：支撑体系卸载；结构梁和梁柱节点在梁、板等自重作用下，已经承受内力，如果直接拆除柱中破损混凝土，墩柱既被掏空，结构就会出现垮塌的危险。因此对墩柱进行卸载处理非常关键，需要先采用临时支撑体系代替墩柱受力。破损混凝土的处理；在保证支撑系统可靠的情况下，将破损混凝土完全凿除，并保留钢筋。重新浇筑形成新的墩柱混凝土。新老混凝土结合面进行凿毛、涂刷界面剂，以增加粘结力。重新安装支座，拆除临时支撑体系，将上部构造荷载转移至新墩柱。受损桥墩恢复效果见图20。

4结论

结合四川省“5·12”汶川地震、“4·20”芦山地震、“8·8”九寨沟地震、“7·10”洪灾、“6·1”雅安地震等自然灾害公路桥梁应急抢通保通经验，研究公路桥梁及次生地质灾害类型及特征，制定灾害评价分级标准，按照“稳妥易行、安全可靠、永临结合”的原则，采用简便可靠、施工快捷、经济合理的方法，兼顾永久处治措施，坚持科学评估、统筹安排、重点整治、永临结合、分步实施，提出了公路桥梁抢通保通及加固新技术。

（1）公路梁式桥梁有落梁、主梁移位、支座破坏、桥墩震害、桥台震害等。

（2）地震在后桥梁应急调查内容包括桥面铺装、伸缩缝、护栏和桥面障碍物，上部结构主梁、横向连接、支座，下部结构桥墩、盖梁、桥台，次生灾害的飞石、塌方、滑坡、泥石流。暴雨洪灾水毁及次生地质灾害应急调查包括水环境调查、基础和墩台等。根据梁承载力损失程度，将公路桥梁灾后破坏等级分为A、B、C、D四级，按照不同等级采用相应抢通保通及加固措施技术。

（3）桥梁应急抢通保通技术包括降标或管制通行、临时支撑、桥上架桥、便道绕避、桥改路基、搭设便桥、舟船摆渡、崩塌落石防护、洪灾应急处治。加固措施包括更换支座、桥墩加固等技术。

参考文献

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