1、交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料1震后公路桥梁快速检测评估与应急保通修复技术张劲泉，王克海，李健（交通运输部公路科学研究院）在地面交通系统中，公路系统的路网最为密集，而且连结到每个乡村。因此公路系统的震后通行能力对应急救援工作的影响最大。桥梁是公路系统中的关键性节点，同时，桥梁也是在强烈地面运动作用下相对容易破坏的元件，它的损坏程度直接影响着所在路段的通行能力。我国是一个地震活动频繁的国家，地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带，大量的公路桥梁位于地震区域。地震作为一种突发性的自然灾害，具有发生时间短、波及面广、造成灾害程度严重等特点。地震会给公路桥梁造成巨大损伤，致使交通阻断或危及
2、交通安全。地震发生后，对遭受地震灾害损伤的桥梁进行快速检测、评估及应急抢通、保通是抢险救灾工作的重要内容和关键环节。美国、日本及我国台湾地区同样是强震多发地区，地震对公路交通造成的破坏，促使这些国家和地区对结构的抗震设计与加固技术、震后交通快速评估与恢复等技术的发展。在我国，虽然强震频发，但是由于地震多发生在偏远、人口密度小的地区，因此关于地震对公路交通影响的资料匮乏，也制约了相关技术的发展。直到 1976 年唐山大地震，地震造成公路交通完全瘫痪，对公路交通的震害调查为随后我国公路工程抗震设计的发展、规范的修编起到了推动作用。2008 年 5 月 12 日发生的汶川地震和 2010 年 4 月
3、 14 日发生的青海玉树地震使交通基础设施损毁严重，导致震后救灾工作受阻，推迟了救援行动的时间，同时也暴露了我国在震后公路桥梁快速检测评估及应急保通修复技术方面技术储备不足的隐患。1. 震后公路桥梁快速检测与评估技术（1）国外震后公路桥梁快速检测与评估技术美国、日本等地震多发国家和地区对震后桥梁快速检测评估及应急处治措施的研究开展较早。美国西部地区是强震集中发生的地区，早在 20 世纪 70 年代就开始了地震应急评估、指挥技术的研究。在 1971 年圣费尔南多地震后不久，美国就开展了公路桥梁加固技术的研究，在不断的研究、实践、反思后形成了一套既有桥梁抗震性能评价方法及加固技术，这些研究的一项重
4、要成果就是在 1995 年出版发行的公路桥梁抗震加固手册 ，到 2006年对 1995 年的手册进行了修订、补充，形成了公路结构物抗震加固改造手册 。该手册分为桥梁结构和支挡结构、边坡、隧道、涵洞、路基等其它公路结构物两部分。公路桥梁部分包括了既有桥梁抗震性能评估体系和方法及上部结构、连接构件、桥墩（台） 、地基交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料2基础等主要构件的抗震加固技术、设计方法与施工要点。提出基于优先指数和基于预期损伤的桥梁结构地震分级方法，并针对两个地震动水准给出相应的加固策略。在评价过程中，除了考虑了地震灾害本身，还考虑了由地震可能引起的液化、场地沉降、地表断层、洪水地质灾害危
5、险性的评估与筛选方法。支挡结构、边坡、隧道、涵洞和路基部分包括了除桥梁结构外公路体系其它组成部分的地震易损性筛选、评价原则与方法、抗震加固改造设计。日本是个地震多发的岛国，1995 年阪神大地震重创日本神户，神户周围相当多交通要道的隧道和高架桥，在地震时受损严重，影响了搜救速度。阪神大地震引起了日本对于地震科学，交通防范的重视。阪神地震后日本对桥梁抗震设计规范进行了修订，加大了对震后桥梁快速检测评估和应急抢修措施的研究。1996 年日本引进了地震早期评价系统（Early Estimation Eystem，EES）和应急措施支持系统（ Emergency Measure Support Sys
6、tem， EMS） ，用有限信息可在短时间内估计地震破坏情况，并迅速作出反应。日本对地震灾害的预防较为重视，震前的准备作业较为充分，包括人员准备、资料准备、工具仪器、物资储备等。震后勘灾阶段的桥梁调查主要以桥梁工程师目视检测配以简易器具为主。根据检测结果，日本把震后桥梁综合评价等级分为五级：A 可维持现状使用的桥梁；B 简单补强清理后即可使用的桥梁；C 需要进一步调查观测的桥梁； D 需要专家进行判断的桥梁；E 无法检测的桥梁。关于地震应急评估方面的软件功能主要是用于震前公路系统损伤的预测和震后公路系统损伤程度及经济损失的初步快速估计，它提供的是一种全局性的信息，描述的是灾区公路系统中桥梁破坏
7、的整体态，面向的对象是指挥决策人。快速评估是通过震害经验总结或理论分析的方法来建立各种类型桥梁的易损性模型，根据震害经验建立各类桥梁损伤程度与通行能力的对应关系。当破坏性地震发生后，可通过地震动参数、衰减规律等估计出每座桥梁的损伤程度，进而判断它的通行能力。具体到震后桥梁检测评估方面，从上面的介绍中可以看到，美国、日本都结合历史地震对桥梁造成的损伤及调查情况，形成了桥梁快速检测评估体系，能够在震后指导工程人员开展抢修工作。（2）我国初步建立的震后公路桥梁快速检测与评估技术桥梁快速检测评估主要是为交通快速通畅服务。在此次汶川大地震震后救灾中，由于我国缺乏震后桥梁安全评估成套技术，基层公路技术人员
8、很难对出现病害桥梁直接进行评估，也不知道采用何种加固措施，使震区交通迅速恢复受到制约。在这次汶川地震公路桥梁应急保通工作中，通过探索、实践，初步形成了震后公路桥梁快速检测与评估体系。 震后桥梁可行性与可靠性的分级评估体系震后桥梁快速检测评估的原则、标准与一般的检测评估不同。安全评估以短期内满足交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料3桥梁基本通行为前提，震后桥梁快速检测评估注重“短期安全性” 。借鉴公路桥梁抗震性能评价及抗震加固技术指南的基本构架，在汶川地震救援工作过程中，初步形成了“可行性”与“可靠性”的两级评价体系。图 1 “可行性”与“可靠性”的两级评估基本流程一级评估现场“可行性”评估“
9、可行性”评估以宏观控制为主，以公路桥梁震害调查结果为基础，依靠目测和简易工具，针对桥墩（台） 、支座、梁部、基础和场地的表观情况进行评价，根据综合评分后的结果划分等级，见表 1。根据表 1 调查结果，得出可行性评价的结论，分为“A 可以正常通行” ， “B 限制条件下通行 ”， “C 需要立刻抢修方能通行 ”三个级别。A 可以正常通行：各项目评价结果都为良好；B 限制条件下通行：大多数项目评价结果为较好以上，少部分项目定性评价结果为较差；C 需要立刻抢修方能通行：有一个或一个以上项目评价结果为很差。二级评估可靠性评估。常规条件下的桥梁承载能力检测评定方法是在桥梁现状检查的基础上，依据桥梁材质交
10、通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料4状况检测结果、结构固有模态参数测定以及荷载调查分析情况等，确定引入检算系数、折减系数、恶化系数以及活载影响修正系数，通过结构检算分析进行桥梁承载能力的评定。上述的评定方法是基于检查和检测结果的、以检算分析为主的评定方法。震后关键桥梁的二级评价，主要评价其承载力和抗余震能力的可靠度。首先评价时应调出桥梁管理系统中的原桥技术状况，在此基础之上，根据检测人员填写的震后快速检测表格中的情况确定桥梁构件表观质量状况下降程度，从而模拟出检算系数，再根据构件损伤程度模拟出截面折减系数。 （通常震后的材料性能与耐久性状况系数不会下降） ，然后根据应急救援车辆的实际要求确定
11、活载变异系数。从而对抗力和荷载进行分析，确定桥梁的实际承载能力，制定限速限载标识。在此过程中还应特别关注砂土液化等带来的基础承载能力降低和桥梁构件之间在地震作用下的支撑面积和条件的变化，也应在模型中进行真实的模拟，构件之间的支撑面积严重不足时必须先行进行临时支撑或纠偏后，方能进行承载能力评价。表 1 一级评估项目划分及评价结果分类表评价结果设防标准情况场地情况地基、基础状况桥台状况桥墩状况支座、伸缩缝状况梁部状况良好不低于现行规范的要求不会发生液化现象地基及基础状况完好桥台各部分完好桥墩各部分完好各部分清洁完好，活动支座正常结构完好，次要部位有少量细裂缝较好略低于现行规范的要求可能发生液化现象
12、，但不严重地基和基础状况基本完好，无明显冲蚀现象桥台基本完好，3%以内表面开裂，但裂缝宽度小于限值桥墩基本完好，3%以内表面开裂，但裂缝宽度小于限值略有腐蚀，活动支座干涩，伸缩缝局部螺帽松动结构基本完好，3%以内表面开裂，但裂缝宽度小于限值较差不符合现行规范的要求可能发生较严重的液化现象基础有局部冲蚀现象、桩基顶段磨损桥台10%的表面开裂，裂缝宽度大于限值，风化、露筋桥墩10%的表面开裂，裂缝宽度大于限值，风化、露筋支座松动、老化，有腐蚀，伸缩缝普遍缺损梁部10%的表面开裂，裂缝宽度大于限值，风化、露筋很差严重不符合现行规范的要求可能发生很严重的液化现象基础冲蚀大于设计值、桩基顶段被严重侵蚀大
13、面积裂缝、风化、露筋，桥台下沉、倾斜大面积裂缝、风化、露筋，桥墩下沉、倾斜支座开裂、错位、变形，伸缩缝严重损坏大面积裂缝、风化、露筋，结构存在永久变形交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料5图 2 桥梁承载力检测评定方法与体系框图 地震中的工程实践汶川地震、玉树地震中专家、技术人员现场震害调查与评估。图 3 汶川地震后技术人员现场勘测图 4 玉树地震后专家组对桥梁进行评估汶川大地震后，采用两级评估体系对四川省绵阳市六座人行天桥进行了承载能力检测。通过震后检测，对桥梁进行较为全面的外观检查和必要的测试，掌握桥梁震后实际工作状态，对桥梁结构损伤和病害的发生部位、严重程度、分布数量等进行详细的调查、
14、检测测交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料6试和描述记录，分析其对结构造成的不利影响及其产生的原因，确定桥跨结构震后的损伤破坏程度，评价结构地震受损后的整体健康状况，根据检测结果通过必要的计算分析对桥梁承载能力作出评定，并提出相应的处治措施建议，为桥梁的震害处理和加固改造设计提供依据，为桥梁震后的维修、管理提供技术依据。2.应急保通与桥梁快速修复技术震后应急保通与通常的设计方法、标准、原则、设备、加固材料都有所不同，震后应急保通更突出短期安全性和功能的快速恢复。震后应急保通技术应遵循以下原则：就地取材、因地制宜的原则；施工工艺快捷，减少湿作业的原则；施工机具简单，便于运输、移动的原则；采用组
15、装、装配式的轻便的、安装迅速的临时桥梁、便道系统；机具和临时桥梁系统应具有一定的地震安全性，具有能够抵御余震的能力。（1）应急保通技术紧急处治措施主要为确保救援及物资输送道路的畅通，根据紧急评估结果，针对可能引发二次灾害的受损桥梁应立即实施相关紧急措施，如移除障碍物，设立警示牌，采取限载、限速、限位等措施。如安州大桥设置警示牌，对吨位、车速进行了限制；有的地方，为了避免桥台处的二次破坏，设置警示牌对车辆的行驶路线进行限制。震后应急抢通阶段，对震害损伤较轻的桥梁可采取相关紧急修复技术，对结构受损部位予以修复，从而达到快速抢通的目的。紧急修复技术主要针对震害损伤较轻的桥梁，以时效性为优先考虑原则。
16、针对不同类型的桥梁常规震害，采取适宜的紧急修复方法，如设置临时支撑、受损桥墩临时支护、桥头竖向高差找平等。（ a）寿江大桥局部落梁临时支撑并加强上部结构维持通行（b）桥头竖向高差找平图 5 局部损伤应急措施交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料7对于灾害中因落梁而阻断的桥梁，不论其受灾情形为完全落桥损毁或部分落桥损毁，应考虑采用紧急便道、便桥的型式予以紧急抢通。紧急便道、便桥一般以时效性为优先考虑原则，结构稳定性及安全性次之。便道、便桥等可可根据现场条件因地制宜进行设置，主要包括：土堤便道、水泥涵管便道、钢涵管便道、集装箱货柜土堤便道、钢便桥等。在汶川地震震后桥梁保通工作中，岷江大桥临时索道桥
17、、南坝涪江临时便桥、牛圈沟管涵便道等都采用了搭建临时便桥方法保通。（2）快速修复技术震后应急保通阶段，为提高抗震救灾生命线的通行能力和通畅性，对瓶颈路段的受损桥梁应尽速采取多种修复、补强和加固方法。震后应急抢通阶段，对震害损伤较轻的桥梁可采取相关紧急修复技术，对结构受损部位予以修复，从而达到快速抢通的目的。紧急修复技术主要针对震害损伤较轻的桥梁，以时效性为优先考虑原则，主要内容包括：外包混凝土补强、粘贴钢板补强、粘贴纤维材料补强、裂缝灌浆补强、局部材料置换与修补、受损桥墩临时支护、裸露桥基保护等。对于灾害中因落桥而阻断的桥梁，不论其受灾情形为完全落桥损毁或部分落桥损毁，应考虑采用紧急便道、便桥
18、的型式予以紧急抢通。紧急便道、便桥一般以时效性为优先考虑原则，结构稳定性及安全性次之。便道、便桥等临时结构的可根据河川历史流量、现场地质环境、现场既有材料等因地制宜进行设置，主要包括：土堤便道、水泥涵管便道、钢涵管便道、集装箱货柜土堤便道、临时钢便桥等。震后应急保通阶段，为提高抗震救灾生命线的通行能力和通畅性，对瓶颈路段的受损桥梁应尽速采取第二阶段修复补强，即快速修复补强。快速修复补强技术原则上与紧急抢修技术相同，其差异处在于施工所需时间稍长。快速修复补强可采用的技术范围略大于紧急抢修技术，主要针对不属于紧急抢修范围的相关快速补强技术。3. 结束语灾情面前，除了安全外，时间是检验技术是否过硬的
19、硬性指标。震后桥梁检测、加固技术更突出“短期安全性” 、 “快速通过性” 。现代的抢险救援应将先进的科技成果进行推广与应用，才能真正显示出科技的力量、人类的智慧，才能在有限的时间里，挽救更多的生命与财产。汶川地震和玉树地震为公路交通的发展提供了珍贵的资料，也为很多科研成果提供了转化平台。通过两次地震现场救灾工作，参考公路桥梁抗震性能评价及抗震加固技术指南 ，初步建立了震后桥梁快速检测评估的“可行性”与“可靠性”分级评价体系，对汶川地震和玉树地震抢修保通过程中采用的一些方法和技术进行了总结，这些经验将有力地推动我国震后桥梁检测评定与应急保通技术的发展。另外，汶川地震中桥梁出现各种震害形式，通过对
20、桥梁震害调查与致灾原因的初步分交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料8析，暴露出我国桥梁抗震设计的不足之处。（1）汶川地震中桥梁结构出现历史地震中常见的震害形式，与历史地震不同的是，汶川地震发生在山区，地质条件复杂、脆弱，地震引发了大规模的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，造成桥梁被巨石砸毁、被塌方掩埋、泥石流堵塞等次生灾害造成的间接损坏。（2）地震中，不同结构形式的桥梁，表现出不同的抗震性能。汶川地震灾区中常见中小跨径石拱桥、一般拱桥和刚构桥，为桥型的选择提供宝贵资料。比如，百花桥下游的石拱桥、前进大桥（双曲拱桥） 、井田坝大桥（箱型拱桥） 、离井田坝大桥不远处的白水大桥（箱型拱桥） 、庙子坪大
21、桥（刚构+简支梁桥）等。（3）汶川大地震中，大量桥梁发生抗震挡块（剪力键）的剪断或剪裂现象，还有的则由于缺乏足够连梁装置而出现落梁现象。原因有： 汶川地震的烈度远远大于设计烈度的原因； 现行桥梁抗震设计规范对桥梁的构造细节有待改善。这些想象说明抗震挡块的合理设计、合理施工非常重要，在对挡块设计时应注意以下三个方面： 挡块与主梁的刚度比值范围； 地震挡块容许剪裂的程度； 不同跨径、不同结构型式桥梁应采用不同的挡块尺寸、结构。（4）汶川地震中，不少梁桥出现落梁现象，而连梁装置能够防止落梁、减少梁体错位，日本、美国在桥梁连梁装置方面有诸多研究成果，我国有些桥梁已经采用连梁装置，但还缺乏系统深入的研究
22、。（5）汶川地震地震烈度度，明显高于地震动区划图给出的基本烈度。调查发现1966 年至 2008 年四十多年间在区划图 6 度区内发生的高于及远高于该烈度的大震实例近20 次。可见，工程规范、条例中规定的“对 6 度区不设防或简易设防”已经对工程建设造成灾难性的后果，是对工程抗震设防的误导。（6）关于抗震设防标准，我国现行地震区划和抗震设计规范，主要是考虑抗震设防投入与经济损失的关系，同时兼顾抗地震倒塌问题。汶川地震发生后，国内不少人“提出提高一度设防”的概念，这一概念的提出主要原因在于：混淆了地震烈度与地震动的关系。（7）国内外的学者一直都在呼吁“多级设防、多阶段设计” ，但是，通过对比研究
23、美国地震动区划图后可以发现，美国规范能提供三种地震重现期的地震动参数，通过计算可以得到任何地震重现期的地震动参数，使实现多水准、多阶段的抗震设计成为可能。而我国只提供了 50 年超越概率为 10%（地震重现期 475 年的）的地震动水准，目前还不具备做多水准多阶段设计的技术条件。在大地震中，桥梁损伤是不可避免的，但是，构件的损伤程度应该是可以被控制的。交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料9应根据桥梁在路网中的重要性及冗余度，构件的重要性、可检性、可修性及其对整体结构的承载能力、稳定性的作用等，对桥梁结构构件及整体进行抗震设计，使桥梁在地震中的损伤按设计要求发展。这样的话，可以使桥梁在遭遇如此
24、大的地震时，便于快速修复，保证桥梁、公路交通的通行能力。参考文献：张劲泉.公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用项目概况J. 公路交通科技，2006，23（4）：1-5.张劲泉.我国公路桥梁承载能力检测评定技术的现状与发展J. 公路交通科技，2006，23（4）：15-17.王克海、孙永红，韦韩等.汶川地震后对我国结构工程抗震的几点思考J.公路交通科技，2008，25（11）：54-59.王克海，李刚，韦韩，姜震宇，李茜.关于抗震设计规范与地震动区划图的有关探讨J.震灾防御技术，2008，3(4) ：413-419.王克海，韦韩，李茜，兰峰. 关于桥梁抗震设防的几个基本概念与几点建议. 2009 年全国桥梁学术会议，2009.11.9-2009.11.11.建筑结构抗震设计M . 魏琏 . 万国学术出版社, 1991.交通运输部公路科学研究院汶川、玉树震后桥梁应急检测评估手稿，2008.5，2010.4四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院汶川震后各路段检测报告，2008.7
