桥梁抗震加固技术综述

桥梁抗震加固技术综述

閤翔宇

重庆交通大学桥梁工程重庆400041

摘要：桥梁抗震加固是对桥梁在遭遇地震后能继续使用或经过短暂的维修就能投入使用的技术方法。从地震中桥梁损坏的原因出发，找出通常被损坏的地方例如桥台、支座、地基、桥墩，分析被破坏的原因，对症下药[1]，加固或设计相应的地方，使其能有更好的抗震能力。解释隔震加固法、减震加固法、放落梁加固法、桥墩抗震加固、盖梁抗震加固、桥台抗震加固的原理[2]，为以后分析研究加固技术提供理论依据。本文阐述了对地基液化的判断，表明了对地基液化的处理是桥梁抗震的着重点[3]。最后总结了目前世界范围内的桥梁加固技术的最新进展。

关键词：桥梁抗震；桥梁加固；地基液化；最新进展

引言

桥梁在现在交通中扮演着重要的角色，因此桥梁的建设对解决当前严重的交通问题有着重要的作用，对建成桥梁的加固与维护也成为了其中重要的措施[4]。其中本文着重于对于桥梁抗震问题与桥梁防震加固问题作出综述。其目的在于总结目前关于桥梁抗震与加固技术的主要方法和最新进展，以及面临的难题。这对于以后建成新的桥梁有重要帮助，提供更多理论基础和实际案例的范例有重要意义。

地震属于自然灾害里面破坏性最强之一的自然灾害，我们不能避免，也没法准确的预测，而目前世界上还没有设计出能彻底抵抗地震的破坏力的建筑和公共设施[5]。因为为了减小地震对建筑和公共设施的损害，有必要在后期防护工作上做出努力。桥梁在地震中往往会受到不可避免的影响，而且桥梁的设计复杂，施工有难度，维修保养困难，因此对于桥梁在地震中所受到的影响，我们应该想办法对其加固以致使桥梁在地震中受到的破坏降低到最小化。要对桥梁加固，就需要研究地震中桥梁的薄弱环节以及地震破坏桥梁的方式方法[6]。主要有两个方面：（1）地震损坏了地基，使得桥梁基础不稳而被破坏，其主要形式有土层液化、边坡滑落、塌方等；（2）由于地震的冲击，其桥梁本身受到了冲击而影响到了自身结构的稳定性，其主要形式是桥梁出现裂缝，桥墩桥台出现损伤，支座出现问题等[7]。综上所述，地震对桥梁的作用轻则会是桥梁需要进行维护和保修，重则则停止其使用功能，甚至直接坍塌[8]。

为了解决桥梁加固问题，可以从以上两个方面入手。加强对地基液化的处理，加固两岸的边坡稳定，巩固河床或者土层的稳定性，本文主要讲对地基液化的处理问题[9]。对于桥梁本身，除了有更合理的设计，使其稳定性更高外，对于桥梁的薄弱环节，例如支座的有效性，桥梁上下部结构的连续性、位移情况，落梁，拉索与悬索，钢筋配置等。可以考虑更多[10]。

1、桥梁地震灾害产生的主要原因

1.1桥台震害

一般是地震发生后，桥梁的桥台会随着路基位置的偏移而滑动，从而致使梁体和墩台发生偏移或梁体倾斜、位移的现象[11]。

1.2支座震害

支座受到地震的冲击后发生变形和位移，从而导致桥梁也受到一定的损害[12]。

1.3地基震害

地基按照桥梁的动力图示和基本受力分为刚性地基和非刚性地基。刚性地基是指在地震中不发生明显变化的地基。非刚性地基是指在地震中发生明显位移、沉降的地基[13]。

1.4桥墩震害

桥墩在地震的作用下发生位移、沉陷、断裂等损伤，会使得桥梁发生巨大损坏[14]。

2、桥梁抗震加固技术方法及设计原理

2.1隔震加固法

采用隔震支座对桥梁进行加固，可以改变梁体的振幅，使得他的震动周期变小，进而减小桥梁的地震影响。但是相对的也会导致桥梁上部结构与下部结构之间的相对位移增加，支座类型如表2.1[15]。

典型隔震支座的基本特点表2.1

2.2减震加固法

一般的活动支座（例如弹性橡胶支座和滑动支座）的耗能能力有限，导致支座处的位移差异会很大。为此在这些支座旁边增加单独的耗能装置，从而获得与隔震支座类似的功能，同时耗能装置还可以用于地震中预期可能发生相对运动的地方[16]。

2.3放落梁加固法

分两部分，一是加宽支座支承面，为了将伸缩缝处的位移控制在支座支承面有效宽度内，可以采取加宽支座支承面的方法，从而增加上部结构的移动范围，降低约束装置数量。二是防落梁装置。许多桥梁是由于上部结构在支座支承面位置丧失支承而造成落梁破坏，这种破坏往往是不可逆的[17]。为了尽量防止这种破坏的发生，在早期加固的方案中增加纵向限位器缆索与钢筋来限制伸缩缝的相对位移[17]。其中限位器有（1）总想接缝限位器（2）横向限位器。

2.4桥墩抗震加固

一般的钢筋混凝土桥墩在地震中往往会出现抗剪强度小，弯曲延性不足，导致弯曲强度降低，通常发生在桥墩底潜在塑形绞区的搭接接头处[18]。加固钢筋混凝土桥墩的方法包括：完全或部分替换，增设桥墩，改善抗剪强度，增强抗弯强度，加大桥墩的延性。其中改善桥墩的弯曲延性有：钢套管，用预应力世家主动约束，用复合纤维或环氧套管施加主动或被动约束，钢筋混凝土外壳。

2.5盖梁抗震加固

一般在外部桥墩相邻的盖梁中设置少量正弯矩钢筋，但是负弯矩钢筋也可能不足。此时可能会在盖梁上产生塑性铰，而盖梁的延性能力有限，固需要对盖梁进行加固。加固盖梁应确保两个条件中的一个：（1）满足构建的弯曲延性需求；（2）可在弹性范围内抵抗由桥墩塑性铰产生的力[19]。

2.6桥台抗震加固

桥台分为有支座桥台和整体式桥台两种。桥台加固方法有（1）桥头搭板（2）锚定板（3）肋式桥台（4）桥台横向剪力键（5）桥台的横向锚定（6）土层锚杆和重力式锚杆。[20]

3、桥梁抗震标准

3.1桥梁抗震的设防要求

（1）对于一般地区的桥梁，要做到基本不坏、不需整修、或经过整修后能按之前的设计标准继续投入使用。（2）对于处于地震多发地区，地基为软弱黏性土层或土层上的桥梁，要求是略有破坏后经过普通的整修或短期抢救能维持通车。[21]

3.2桥梁的设计烈度

桥梁的设计烈度是指某一地区在今后一定时期内（如100年），可能遭遇到的最大地震烈度，称为地震基本烈度。桥梁在抗震设计时采用的地震烈度称为设计烈度，经过调整后的烈度称为设计烈度。一切桥梁的抗震强度评估都是以基本烈度为基准。[21]

3.3桥梁的抗震起点

一般工程可以把以设计烈度表示的抗震设防起点定位8度；但是也有特殊情况或在一定条件下遇到以下某些情况时，其抗震设防定位7度：（1）修建在地震时可能发生大滑坡、崩塌地段的桥梁；（2）地基属于软弱黏性土层、饱和砂层等可液化土层上的地基上的桥梁。（3）连续梁、T形钢构、大跨悬臂梁桥。[22]

4、地震防地基土液化方法

地基土液化是指土层在受力的作用下，由于其抗剪强度不能抵消所受到的外力或者内力或两者的合力作用而发生的由固体变成液体状态的变化。此时由于土层液化而失去了地基的作用，从而引发了一系列的地质灾害，例如墩台沉陷，桥梁倾斜，梁体与墩台偏移等。[23]

4.1桥梁地基的液化级别

存在饱和砂土或饱和粉土（不含黄土）的地基，除6度设防外，应进行液化判别。当在地面以下20m范围内有饱和砂土和粉土（不含黄土）符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响[24]；

（1）地质年代为第四纪晚更新（Q3）及其以前时，烈度为7、8度时可判为不液化。

（2）粉土的黏性（粒径小于0.005的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别下于10%、13%和16%，可判别为不液化土。

（3）天然地基桥梁，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度复合下列条件之一时，可不考虑液化：

du>d0+db-2（4-1）

dw>d0+db-3（4-2）

du+dw>1.5d0+2db-4.5（4-3）

dw—地下水位深度（m），按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；

du—上覆盖非液化土层厚度（m）计算时将淤泥和淤泥质土层扣除；

db—基础埋置深度（m），不超过2m时，应采用2m；

d0—液化土特征深度（m），可按表4-1采用。

液化土特征深度表4.1

4.2桥梁地基的抗液化的处理

为了避免桥梁承载能力因震动液化而降低，必须对可能液化的地基采用抗液化措施进行加固。[29]

全部消除地基液化沉降的措施，要符合一下要求：

（1）当需要打入桩基时，应事先测量液化土层深度，再计算好桩端的长度，以便使其能穿过液化土层。

（2）当需要埋深基础时，其深度应插进在液化土层以下的非液化土层中至少1m的深度。

（3）采用加密法（如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后复核地基的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数的临界值。

（4）去别处采购密实均匀的土壤替换原先会发生液化的土壤。

想要部分消除地基液化沉降的措施，要满足下列条件[30]：

（1）处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不应大于5。

（2）加固后复核地基的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。

（3）基础边缘以外的处理深度应超过基础底面下处理深度的1/2，且不小于基础宽度的1/5。

为减轻地基震动液化对桥梁的影响，对桥梁的基础和上部结构也需要进行处理。各项措施如下[31]：

（1）通过计算得出合理的基础埋深。

（2）对于基础，可以适当增大其面积，以此来减少偏心矩。

（3）加强基础的调整性和刚度。

（4）合理配置钢筋与混凝土的数量和比例，以此来减轻桥梁本身的荷载。

参考文献：

[1]郑罡，唐光武，兰海燕，徐晓峰.桥梁抗震性能评定文献综述[J].公路交通技术.2005.

[2]王志强，殷雨财，蒋仕持，李永波、闫兴非，郭卓明.既有桥梁体系抗震加固方法探讨[A].福州大学学报，2013（8）：41-4.

作者简介：

閤翔宇（1994年11月08日）男；汉族、籍贯：湖北省广水市；学校：重庆交通大学土木工程学院；专业：桥梁工程专业硕士三年；所在地：重庆。