橋梁樁基震害特點(diǎn)及其破壞機(jī)理

1、橋梁樁基震害特點(diǎn)及其破壞機(jī)理摘要：一般情況下，橋梁樁基不會(huì)損壞，一旦遇到天然地震，樁基礎(chǔ)或多或少 的都會(huì)出現(xiàn)震害，只有掌握震害特點(diǎn)和破壞機(jī)理，才能采取有效的方法解決橋梁 樁基震害問(wèn)題。關(guān)鍵詞：橋梁；樁基；震害特點(diǎn)；破壞機(jī)理發(fā)生地震時(shí)造成橋梁樁基震害的原因橋梁樁基受到震撼的原因除了本身的質(zhì)量問(wèn)題之外，往往還會(huì)受到樁基礎(chǔ)長(zhǎng) 度和直徑、橋梁結(jié)構(gòu)形式以、周圍土質(zhì)特點(diǎn)等相關(guān)因素的影響。深入的分析不難 發(fā)現(xiàn)，橋梁樁基遭受震害機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，在眾多影響因素當(dāng)中最為主要的因素就 是樁基礎(chǔ)過(guò)大變形，造成這種情況的主要原因是因?yàn)檐浲恋鼗?dāng)中的土體發(fā)生液 化。發(fā)生土體液化之后樁體往往會(huì)下沉，可能會(huì)造成橋面裂縫，情況較

2、為嚴(yán)重的 梁體和橋面直接毀壞。橋梁上部結(jié)構(gòu)落梁，往往是因?yàn)槎阵w和樁基礎(chǔ)都跟隨土體 發(fā)生了較大距離的位移而造成的。這種情況下，樁體的下沉或者側(cè)向移動(dòng)的距離 不明顯，但在樁體周圍會(huì)密布許多呈環(huán)帶狀分布的寬度不等的裂縫。樁頂產(chǎn)生剪 切斷裂現(xiàn)象的主要原因是在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有能采取科學(xué)、有效的措施解決承臺(tái) 和樁基的連接部分的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，從而導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)承受了由上部結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)而下的 巨大慣性力的作用而造成的。發(fā)生地震時(shí)造成的橋梁樁基震害特點(diǎn)2.1非液化地基樁基根據(jù)土體是否液化進(jìn)行分析，可以加橋梁樁基震害劃分為液化地基震害和非 液化地基震害。因?yàn)榉且夯鼗姆€(wěn)定性較高，所以非液化地基上的樁基受到的 震害相對(duì)較少

3、。通?？梢詫⒎且夯鼗系臉痘鸷Ψ譃樗姆N：一，由上部結(jié)構(gòu) 傳導(dǎo)而下的巨大慣性力引起的震害，慣性力震害一般是以拉、壓、壓剪等形式出 現(xiàn)在承臺(tái)和樁身的上部，以及樁頭和承臺(tái)的連接部位。二、由于樁基位于硬土和 軟土的分界面，容易受到巨大的剪力，造成彎矩而引起的破壞。通過(guò)常規(guī)計(jì)算也 很難得出硬土和軟土界面的具體受力數(shù)值，因此，要避免這種震害較為困難。三、 地震中，位于軟土地基上的橋梁樁基受到軟土觸變的影響，摩擦力大幅度下降， 從而導(dǎo)致樁體豎向的承載大幅度降低，從而整體下沉。四、在地震的作用下，位 于樁基附近的土坡、擋土墻，地面荷載等的土體穩(wěn)定性大幅度降低，樁身測(cè)向機(jī) 壓力過(guò)大，從而導(dǎo)致變矩增大。2.2

4、液化地基樁基2.2.1無(wú)側(cè)向擴(kuò)展橋梁樁基位于土質(zhì)液化無(wú)側(cè)向擴(kuò)展的地基上，發(fā)生地震時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生液化 土下沉、基礎(chǔ)周圍冒沙或者冒水等現(xiàn)象，橋梁整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生水平位移，從而 產(chǎn)生土和樁基底部的承臺(tái)脫空的現(xiàn)象。根據(jù)震害沉降情況可以分為兩種現(xiàn)象，一， 土體發(fā)生大面積不均沉陷現(xiàn)象，主要是由于液化土層厚度不均、橋梁荷載平面分 布不均等造成的。二、在荷載和液化土層厚度分布均勻的情況下，一般只有樁頂、 樁身、液化土界面等部分會(huì)受到震害，且橋梁不均沉降現(xiàn)象不明顯。2.2.2有側(cè)向擴(kuò)展造成土質(zhì)液化有側(cè)向擴(kuò)招的震害的樁基，通常是建造在海邊或者河流的沖擊 的帶上，這些位置一般情況下都會(huì)存在由粉土層和可液化沙自然形成

5、的零度到五 度的緩坡，橋梁建設(shè)在這些地段，發(fā)生側(cè)向擴(kuò)展的幾率較高。發(fā)生地震的時(shí)候土 壤液化速度加劇，抗剪強(qiáng)度大幅度降低，液化土質(zhì)帶動(dòng)非液化部分沿著水流方向 向水邊滑動(dòng)數(shù)米之遠(yuǎn)，整個(gè)滑動(dòng)物體的寬度有幾十米甚至到幾百米之多。這個(gè)時(shí) 候建設(shè)滑動(dòng)帶上的橋梁樁基，走到滑梯的沖擊，很容易受到彎曲、剪切等不同程 度的破壞。通常情況下，在發(fā)生地震時(shí)橋梁樁基受到破壞而產(chǎn)生彎矩現(xiàn)象較為嚴(yán) 重的部分，除了土質(zhì)液化而導(dǎo)致土層劇烈變化的位置之外，受到破壞最嚴(yán)重的就 是樁頂。磚基礎(chǔ)上的連接部分處理不好，嵌固失效現(xiàn)象極容易發(fā)生，樁基斷裂使 得橋梁樁基上部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力分布不均，容易造成不均沉降現(xiàn)象。特別是高 墩橋梁較容易

6、受到水平位移的影響，位于水中的橋墩發(fā)生彎矩較為嚴(yán)重，從而使 岸上邊樁的拉應(yīng)力大幅度提升，會(huì)死的橋梁整體受到相對(duì)減輕的震害破壞。發(fā)生地震時(shí)橋梁樁基的破壞機(jī)理3.1地震受力根據(jù)發(fā)生地震時(shí)橋梁樁基受到的荷載影響，可以將橋梁樁基受力類型分為兩 種。一，附加動(dòng)應(yīng)力主要是指橋梁樁基在結(jié)構(gòu)、樁、土體三個(gè)部分的共同作用下 所要承受的應(yīng)力總和。附加靜應(yīng)力主要是指樁受到大范圍的土質(zhì)的側(cè)向位移的影 響從而產(chǎn)生了的側(cè)向變形，這個(gè)過(guò)程當(dāng)中樁所承受的應(yīng)力總和。橋梁基礎(chǔ)建設(shè)在 土質(zhì)不發(fā)生側(cè)向位移的地基上，地震發(fā)生時(shí)就只需要承受振動(dòng)附加動(dòng)力，當(dāng)橋梁 樁基建設(shè)在會(huì)發(fā)生側(cè)向位移的地基上，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)不僅要承受振動(dòng)附加動(dòng)力， 同時(shí)

7、還要承受側(cè)向位移附加靜應(yīng)力。在發(fā)生地震的大部分情況之下，后者樁基受 到的震害破壞比前者更甚。樁基在建設(shè)過(guò)程當(dāng)中部分樁身都是埋藏在土層當(dāng)中的， 采用樁帽與橋梁上分進(jìn)行連接，一旦發(fā)生地震，樁身的運(yùn)動(dòng)通常是和周圍土質(zhì)的 運(yùn)動(dòng)保持協(xié)調(diào)的，這個(gè)時(shí)候樁身就容易發(fā)生不同程度的變形，從而產(chǎn)生了不同程 度的附加動(dòng)應(yīng)力。3.2破壞機(jī)制發(fā)生地震時(shí)，橋梁樁基的受力情況會(huì)對(duì)樁的破壞機(jī)制產(chǎn)生影響，根據(jù)橋梁樁 基受到震害程度的不同，可以將樁的破壞機(jī)制大致分為三種。一、樁基受到震動(dòng) 附加動(dòng)應(yīng)力的影響，受到不同程度的破壞。這種破壞機(jī)制較容易出現(xiàn)在地基土質(zhì) 軟弱、地震震動(dòng)較強(qiáng)、樁基質(zhì)量較差等環(huán)境之下。地震發(fā)生時(shí)，樁受到的土體的

8、反力相對(duì)較小，但是樁較為容易發(fā)生大幅度變形，從而產(chǎn)生了較多的附加動(dòng)應(yīng)力。 二，樁基受到土體側(cè)向位移附加靜應(yīng)力的影響，而受到不同程度的破壞。一般情 況下，容易發(fā)生這種破壞機(jī)制的橋梁樁基通常是建設(shè)在岸邊的。岸邊土層相對(duì)軟 弱，一旦發(fā)生地震，土質(zhì)產(chǎn)生大范圍永久變形的幾率較高。岸邊往往有一定的坡 度，水面與斜坡相互作用之下會(huì)產(chǎn)生靜剪應(yīng)力，特別是在發(fā)生地震時(shí)，土層的側(cè) 向位移都是與斜坡較低部分的方向保持一致的。三、樁基由于土體液化而陷落， 承載能力大幅度降低，而受到不同程度的破壞。橋梁當(dāng)中位于中間部分的樁基礎(chǔ) 的土質(zhì)首先發(fā)生液化，單樁承載力大幅度降低從而陷入土層，這過(guò)程當(dāng)中，液化 土層被單裝不斷地測(cè)向擠

9、出，導(dǎo)致了樁身不停的上下運(yùn)動(dòng)，這種情況通常稱為單 樁破壞。由于橋梁深基礎(chǔ)底部和周圍的土質(zhì)發(fā)生液化，單樁承載力沒(méi)有明顯變化， 但整個(gè)樁基礎(chǔ)在不斷下沉，穩(wěn)定性大幅度降低。情況嚴(yán)重的可能出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。結(jié)束語(yǔ)在建筑行業(yè)當(dāng)中基礎(chǔ)占據(jù)重要地位，是建筑當(dāng)中必不可少的組成部分。橋梁 建筑的要求較高，因此在建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，橋梁基礎(chǔ)通常采用深基礎(chǔ)形式的樁基礎(chǔ)。 樁基礎(chǔ)能有效地應(yīng)對(duì)各種荷載情況，在不同的環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)條件下，具有較 好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能承載橋梁運(yùn)行壓力，且后期的差異沉降較小。綜上所示， 橋梁適用范圍較廣，不同的使用要求對(duì)橋梁樁基的穩(wěn)定性要求也完全不同。無(wú)論 在建造何種類型的橋梁，橋梁樁基抗震都是相當(dāng)重要的。通過(guò)提高橋梁樁基的抗 震程度不僅可以提高橋梁的運(yùn)營(yíng)安全，也可以提高橋梁的使用壽命，在為人們提 供便利的同時(shí)，還能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮抗震因 素。通過(guò)加深對(duì)可能影響橋梁樁基震害的破壞機(jī)理的研究，掌握土質(zhì)液化、土體 位移對(duì)橋