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地震是地壳某处发生快速颤动的现象,是地壳运动激化的一种特殊表现形式。我国是地震灾害多发的国家之一,长久以来,我国人民与地震灾害进行了艰苦的斗争。地震是无情的,但它有着自己的发生与发展规律,研究和探索它的发生和发展规律对于公路建设是十分重要的。我们在防震抗震的斗争中,应当努力探索地震灾害的规律,使我们的防震抗震工作取得较好的效果。本文主要从公路建设方面分析地震灾害对我国公路建设的影响,以便从中找出减少地震灾害影响的措施,保证公路建设与交通运输的顺利进行,保障国民经济发展与人民生命财产的安全。
一、地震对公路的危害
1.四川汶川地震的危害
青藏高原东缘的北川断层(Beichuan fault)和彭灌断层(Pengguan fault)为晚更新世-全新世活动断层,表现为逆冲-右旋运动性质,形成走滑断层,其走滑位移量大于垂直位移量,断层的长度足以产生强地面震动的地震,成为区域地震危险性的潜在震源。以致2008年5月12日14时28分,四川汶川发生8级地震,其释放的能量是1976年唐山7.8级地震的3倍,对公路交通造成较大损害。
(1)公路震害。汶川地震发生后,据不完全统计全国公路受损里程累计达53295公里。成(都)绵(阳)高速公路交通中断;绵广高速公路因地震全线双向封闭。都江堰通往汶川的公路完全中断,四川阿坝州境内多条国省干线公路交通中断,途经汶川震中的G213道路松潘县境内、安宏县道松平路双河以下,小金境内省道303、210交通全部中断。尤其是阿坝州公路交通损失严重。全州国省干线公路、农村公路、道班房、桥梁、安保设施等均受到严重破坏,特别是汶川县、茂县、理县和黑水县交通设施毁坏极为严重。截止5月18日,全州交通设施损失金额初步统计达166亿元,全州公路大部分出现边坡滑坡、崩塌、开裂和沉陷,受灾里程达6043公里;桥梁出现断裂、落梁等震害,受灾桥梁896座。
(2))桥梁震害。据西南交通大学土木学院桥梁工程系李亚东教授统计,汶川地震中,全国有6140多座桥梁遭受到不同程度的损毁,有的主梁产生了裂缝,有的桥墩压溃。
2.辽宁、海城、营口地震的危害
1975年2月4日19时36分,辽宁海城、营口地区发生了7.3级强烈地震。震中在北纬40.6度,东经122.8度。这次地震,发生在辽南丘陵地区和辽河冲积平原的交界地带。因工程地质的差异,辽南丘陵地区,基岩露头,第四纪覆盖层较薄,构造物震害较轻;西部为辽河冲积平原,第四纪沉积层较厚,构造物震害较重。
(1))公路路基震害。海城、营口、盘锦、鞍山地区公路受震害影响较为严重,辽阳、本溪、锦州等地也受到影响。由于受灾地区公路路基都比较低,而填筑材料多为砂型土,造成路基沉陷、路堤塌滑、边沟淤塞等路基损坏现象:
一是路基沉陷。一种是成段的不均匀沉陷,路基出现纵向和横向裂缝。桥头引道路堤沉陷,使桥面与引道路面出现明显的垂直裂缝,最大沉陷量为20余厘米。另一种是路基塌陷形成大陷坑。营口市震后公路路基相继出现比较大的陷坑16处,平均每个陷坑抢修时填入片石约50立方米,最大陷坑面积120平方米,深约2米左右,填方160立方米。盘锦地区震后公路路基出现陷坑50余处,最大陷坑面积49平方米,填石方50立方米。海(城)釉(岩)线牌楼至孤山段3米多高的路堤都沉落陷下。
二是路堤塌滑。桥头引道和河滩上的高填土路堤除了边坡有滑坡现象外,有些路堤是边坡向河心滑移,出现顺河岸的裂缝,个别段岸坡及路堤一起向河心滑移。田庄台桥两侧河岸的裂缝对路堤影响的范围达100至204米,裂缝宽度由几厘米至几十厘米,最大缝宽一米左右。
三是边沟淤塞。在震区西部由于砂土液化,公路两侧边沟出现了大量喷水冒砂。有的水砂积满边沟,有的连取土坑也淤满。
(2)桥梁震害。通过震区的公路共有桥梁513座,遭受震害被毁的96座,占震区桥梁总数的18.3%。桥梁毁损情况有:基础或墩台不均匀下沉、滑移、倾斜、断裂;梁的局部挤坏,纵横向移动、整体坍塌;拱桥上部结构局部挤坏,拱圈变形开裂、折断; 支座锚固螺栓剪断,摆动支座位移、脱落等。在这些遭受震害桥梁中,以盘山双台子河大桥和在建中的营口田庄台辽河大桥损毁最为严重。
3.河北唐山地震的危害
1976年唐山地震极震区内几乎所有建筑物均荡然无存,在震区及周围地区,出现大量的裂缝带,喷水冒沙、井喷、重力崩塌,滚石、公路边坡崩塌,桥梁地基沉陷,岩溶洞陷落以及采空区坍塌等。震区桥梁十之三、四遭到破坏。在地震≥10度烈度区内,建于软弱地基上的桥梁全部遭到极其严重的破坏;在一般地基上的桥梁出现墩台裂缝、因土压力增大水平方向抵抗力降低而引起墩台的水平位移和倾斜等。
二、在公路建设中对地震灾害的防治措施
1.公路路基的防震措施
(1)平原地区路基的防震措施。尽量避免在地势低洼地带修筑路基;在软弱地基上修筑路基时,要注意鉴别地基中可液化砂土、易触变黏土的埋藏范围与厚度,并采取相应的加固措施;加强路基排水,避免路侧积水;严格控制路堤压实,特别是高路堤的分层压实;注意新老路基的结合;尽量采用粘性土做填筑路堤的材料,避免使用低塑性的粉土或砂土;加强桥头路堤的防护工程。
(2)山岭地区路基的防震措施。沿河路线应尽量避开地震时可能发生大规模崩塌、滑坡的地段;尽量减少对山体自然平衡条件和自然植被的破坏,严格控制挖方边坡高度,并根据地震烈度适当放缓边坡坡度;在山坡上宜尽可能避免或减少半填半挖路基,如不可能,则应采取适当加固措施;在≥7度烈度区内,挡土墙应根据设计烈度进行抗震强度和稳定性验算。
2.桥梁的防震措施
(1)充分利用有利地段选定桥位。
(2)在可能发生河岸液化滑坡的软弱地基上建桥时,可适当增加桥长、合理布置桥孔,避免将墩台布设在可能滑动的岸坡上和地形突变处。
(3)当桥梁基础置于软弱黏性土层或严重不均匀土层上时,应注意减轻荷载、加大基底面积、减少基底偏心,采用桩基础。
(4)尽量减轻桥梁的总重量,尽量采用比较轻型的上部构造,避免头重脚轻。
(5)加强上部构造的纵横向联结,加强上部构造的整体性。
(6)多孔长桥宜分节建造,化长桥为短桥,使各分节能互不依存地变形。
(7)用砖、石圬工和水泥混凝土等脆性材料修建的建筑物,抗拉、抗冲击能力弱,接缝处是弱点,易发生裂纹、位移、坍塌等病害,应尽量少用,并尽可能选用抗震性能好的钢材或钢筋混凝土。
一、地震对公路的危害
1.四川汶川地震的危害
青藏高原东缘的北川断层(Beichuan fault)和彭灌断层(Pengguan fault)为晚更新世-全新世活动断层,表现为逆冲-右旋运动性质,形成走滑断层,其走滑位移量大于垂直位移量,断层的长度足以产生强地面震动的地震,成为区域地震危险性的潜在震源。以致2008年5月12日14时28分,四川汶川发生8级地震,其释放的能量是1976年唐山7.8级地震的3倍,对公路交通造成较大损害。
(1)公路震害。汶川地震发生后,据不完全统计全国公路受损里程累计达53295公里。成(都)绵(阳)高速公路交通中断;绵广高速公路因地震全线双向封闭。都江堰通往汶川的公路完全中断,四川阿坝州境内多条国省干线公路交通中断,途经汶川震中的G213道路松潘县境内、安宏县道松平路双河以下,小金境内省道303、210交通全部中断。尤其是阿坝州公路交通损失严重。全州国省干线公路、农村公路、道班房、桥梁、安保设施等均受到严重破坏,特别是汶川县、茂县、理县和黑水县交通设施毁坏极为严重。截止5月18日,全州交通设施损失金额初步统计达166亿元,全州公路大部分出现边坡滑坡、崩塌、开裂和沉陷,受灾里程达6043公里;桥梁出现断裂、落梁等震害,受灾桥梁896座。
(2))桥梁震害。据西南交通大学土木学院桥梁工程系李亚东教授统计,汶川地震中,全国有6140多座桥梁遭受到不同程度的损毁,有的主梁产生了裂缝,有的桥墩压溃。
2.辽宁、海城、营口地震的危害
1975年2月4日19时36分,辽宁海城、营口地区发生了7.3级强烈地震。震中在北纬40.6度,东经122.8度。这次地震,发生在辽南丘陵地区和辽河冲积平原的交界地带。因工程地质的差异,辽南丘陵地区,基岩露头,第四纪覆盖层较薄,构造物震害较轻;西部为辽河冲积平原,第四纪沉积层较厚,构造物震害较重。
(1))公路路基震害。海城、营口、盘锦、鞍山地区公路受震害影响较为严重,辽阳、本溪、锦州等地也受到影响。由于受灾地区公路路基都比较低,而填筑材料多为砂型土,造成路基沉陷、路堤塌滑、边沟淤塞等路基损坏现象:
一是路基沉陷。一种是成段的不均匀沉陷,路基出现纵向和横向裂缝。桥头引道路堤沉陷,使桥面与引道路面出现明显的垂直裂缝,最大沉陷量为20余厘米。另一种是路基塌陷形成大陷坑。营口市震后公路路基相继出现比较大的陷坑16处,平均每个陷坑抢修时填入片石约50立方米,最大陷坑面积120平方米,深约2米左右,填方160立方米。盘锦地区震后公路路基出现陷坑50余处,最大陷坑面积49平方米,填石方50立方米。海(城)釉(岩)线牌楼至孤山段3米多高的路堤都沉落陷下。
二是路堤塌滑。桥头引道和河滩上的高填土路堤除了边坡有滑坡现象外,有些路堤是边坡向河心滑移,出现顺河岸的裂缝,个别段岸坡及路堤一起向河心滑移。田庄台桥两侧河岸的裂缝对路堤影响的范围达100至204米,裂缝宽度由几厘米至几十厘米,最大缝宽一米左右。
三是边沟淤塞。在震区西部由于砂土液化,公路两侧边沟出现了大量喷水冒砂。有的水砂积满边沟,有的连取土坑也淤满。
(2)桥梁震害。通过震区的公路共有桥梁513座,遭受震害被毁的96座,占震区桥梁总数的18.3%。桥梁毁损情况有:基础或墩台不均匀下沉、滑移、倾斜、断裂;梁的局部挤坏,纵横向移动、整体坍塌;拱桥上部结构局部挤坏,拱圈变形开裂、折断; 支座锚固螺栓剪断,摆动支座位移、脱落等。在这些遭受震害桥梁中,以盘山双台子河大桥和在建中的营口田庄台辽河大桥损毁最为严重。
3.河北唐山地震的危害
1976年唐山地震极震区内几乎所有建筑物均荡然无存,在震区及周围地区,出现大量的裂缝带,喷水冒沙、井喷、重力崩塌,滚石、公路边坡崩塌,桥梁地基沉陷,岩溶洞陷落以及采空区坍塌等。震区桥梁十之三、四遭到破坏。在地震≥10度烈度区内,建于软弱地基上的桥梁全部遭到极其严重的破坏;在一般地基上的桥梁出现墩台裂缝、因土压力增大水平方向抵抗力降低而引起墩台的水平位移和倾斜等。
二、在公路建设中对地震灾害的防治措施
1.公路路基的防震措施
(1)平原地区路基的防震措施。尽量避免在地势低洼地带修筑路基;在软弱地基上修筑路基时,要注意鉴别地基中可液化砂土、易触变黏土的埋藏范围与厚度,并采取相应的加固措施;加强路基排水,避免路侧积水;严格控制路堤压实,特别是高路堤的分层压实;注意新老路基的结合;尽量采用粘性土做填筑路堤的材料,避免使用低塑性的粉土或砂土;加强桥头路堤的防护工程。
(2)山岭地区路基的防震措施。沿河路线应尽量避开地震时可能发生大规模崩塌、滑坡的地段;尽量减少对山体自然平衡条件和自然植被的破坏,严格控制挖方边坡高度,并根据地震烈度适当放缓边坡坡度;在山坡上宜尽可能避免或减少半填半挖路基,如不可能,则应采取适当加固措施;在≥7度烈度区内,挡土墙应根据设计烈度进行抗震强度和稳定性验算。
2.桥梁的防震措施
(1)充分利用有利地段选定桥位。
(2)在可能发生河岸液化滑坡的软弱地基上建桥时,可适当增加桥长、合理布置桥孔,避免将墩台布设在可能滑动的岸坡上和地形突变处。
(3)当桥梁基础置于软弱黏性土层或严重不均匀土层上时,应注意减轻荷载、加大基底面积、减少基底偏心,采用桩基础。
(4)尽量减轻桥梁的总重量,尽量采用比较轻型的上部构造,避免头重脚轻。
(5)加强上部构造的纵横向联结,加强上部构造的整体性。
(6)多孔长桥宜分节建造,化长桥为短桥,使各分节能互不依存地变形。
(7)用砖、石圬工和水泥混凝土等脆性材料修建的建筑物,抗拉、抗冲击能力弱,接缝处是弱点,易发生裂纹、位移、坍塌等病害,应尽量少用,并尽可能选用抗震性能好的钢材或钢筋混凝土。