汶川地震路基工程震害特征分析

汶川地震路基工程震害特征分析20235121428〔31.0103.4〕8.0地震，震源深度14千米，最大烈度11度，是建國(guó)以來(lái)破壞性最強(qiáng)、涉及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的一次地震。遇難總?cè)藬?shù)已超過(guò)8萬(wàn)多人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8451億元。影響范圍包括震中50千米范圍內(nèi)的縣城和200千米范圍內(nèi)的大中城市。全國(guó)除黑龍江、吉林、疆外均有不同程度震感。泰國(guó)首都曼谷，越南首都河內(nèi)，菲律賓、日本等地也有震感。依據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，此次地震造成四川、甘肅、陜西、重慶、云南、山西、貴州、湖北等8省市不同程度受災(zāi)。汶川地震極重災(zāi)區(qū)有10個(gè)縣〔市〕，包括汶川縣、北川縣、綿竹市、什41〔市、區(qū)〕；一186〔市、區(qū)〕。本次地震參數(shù)：2023512142804秒緯度：30.986°N103.364°E14km震級(jí)：里氏8.07.9級(jí)11度震中位置：四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)都江堰市西21km〔267°〕崇州市西北48km〔327°〕大邑縣西北48km〔346°〕成都西北75km〔302°〕一、本次地震特點(diǎn)及地質(zhì)成因30.969103.186，位于成都西北西方向1458.0震源深度：10.0〔屬淺層地震〕。依據(jù)中國(guó)地震調(diào)查局公布的信息，對(duì)本次地震有以下三個(gè)初步推斷：印度板塊向亞洲板塊俯沖，造成青藏高原快速隆升。塊的堅(jiān)韌阻擋，造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長(zhǎng)期積存，最終在龍門(mén)山北川——映秀地區(qū)突然釋放。逆沖、右旋、擠壓型斷層地震。次地震屬于單向裂開(kāi)地震，由南西向北東遷移，致使余震向北東方向擴(kuò)張；擠壓型逆沖斷層地震在主震之后，應(yīng)力傳播和釋放過(guò)程比較緩慢，可能導(dǎo)致余震強(qiáng)度較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。淺源地震。10~20因此破壞性巨大此次地震震級(jí)之大、余震之多、地表裂開(kāi)帶之長(zhǎng)，次生山地災(zāi)難之嚴(yán)峻，世所罕見(jiàn)。重災(zāi)區(qū)14個(gè)縣〔市〕主要大路全部癱瘓，主要鐵路、通信、水庫(kù)和城鎮(zhèn)患病嚴(yán)峻破壞，特別是北川縣城和汶川的映秀鎮(zhèn)成為一片廢墟，是繼唐山地震之后我國(guó)又一個(gè)損失巨大的消滅性地震。汶川地震高烈度區(qū)位于四川西部青藏高原東緣的高山峽谷地區(qū)，山高谷深、地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、斷裂構(gòu)造21條高速大路、15條國(guó)省干線大路、27952.8萬(wàn)公里〔200公里、國(guó)省干線大路3849公里、農(nóng)村大路23800公里。重災(zāi)區(qū)：阿壩、廣元、綿陽(yáng)6個(gè)市〔州、50個(gè)縣〔市〕240個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各類交通設(shè)施嚴(yán)峻受損。位于震中四周的映秀—耿達(dá)、映秀—汶川大路因地震幾乎全部損毀。受損較嚴(yán)峻的鐵路包括成灌鐵路、廣岳鐵路、德天鐵路、寶成鐵路綿陽(yáng)至廣元段等9條鐵路，僅成都鐵路局管內(nèi)既有鐵路災(zāi)后重建經(jīng)費(fèi)初步估算就需上百億元。山區(qū)道路作為生命線工程，在震后救災(zāi)中起著巨大的作用，在本次地震中的大量路基損壞及大規(guī)模倒塌、滑坡災(zāi)難，對(duì)災(zāi)區(qū)大路造成嚴(yán)峻損毀，不僅直接造成生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，而且阻斷交通、極大地阻礙和延緩了救援隊(duì)伍和工程機(jī)械進(jìn)入災(zāi)區(qū)，加大了救援難度，嚴(yán)峻延緩救援進(jìn)度，并成為大路搶通保通工作的巨大障礙。鐵路抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在唐山地震前只有一個(gè)試用版；唐山、海城地震后，在總結(jié)這兩次實(shí)震資料的根底上，于1987年公布了《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ111－87；為了與修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震驚參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306－2023相對(duì)應(yīng)，2023年又公布了《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50111－2023版。但因在此期間未獲得我國(guó)大陸發(fā)生大地震實(shí)震資料的支持，有關(guān)線路工程抗震設(shè)計(jì)計(jì)算的條文修訂不大；汶川地震前，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的工程未得到實(shí)際地震的檢驗(yàn)；尤其是由于缺乏9度烈度以上近場(chǎng)地震資料，現(xiàn)95.12汶川特大地震強(qiáng)震區(qū)路基工程的震害資料，對(duì)爭(zhēng)論強(qiáng)震區(qū)路基工程的抗震技術(shù)供給了罕有的條件，利用汶川地震的大批近場(chǎng)實(shí)震資料，促進(jìn)鐵路抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展，具有重要的科學(xué)價(jià)值意義和現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有重要的時(shí)效性。二、調(diào)查區(qū)概況5.12213線紫坪鋪—汶川段三級(jí)大路、都江堰—映秀高速大路、映秀—汶川二級(jí)大路，此外還包括213線水磨支線、映秀鎮(zhèn)城區(qū)道路、紫坪鋪水利樞紐重載大路等。本文介紹的主要是都江堰至映秀地區(qū)的震害調(diào)查狀況。該區(qū)域位于四川盆地西北側(cè)，龍1000～3000經(jīng)該區(qū)域。主要支流有古溪溝、壽江。該區(qū)域掩蓋層以粘性碎塊石土、漂卵礫石土為主；基巖以砂巖、砂頁(yè)3～15米。區(qū)內(nèi)斷裂根本構(gòu)造格架為龍門(mén)山構(gòu)造帶，安縣～灌縣斷裂；茅亭、龍溪斷裂；發(fā)育斷裂主要有：平武斷裂～茂汶斷裂；北川～映秀斷裂；壽溪河斷裂；紙廠溝斷裂。主要213322023年建成運(yùn)營(yíng)。從馬鞍石隧道出口到映秀為2023年竣工修建的三級(jí)路。大路抗震設(shè)計(jì)按場(chǎng)地根本烈度為Ⅶ度1所示。圖1 調(diào)查區(qū)域示意圖Fig.1 Sketchmapofinvestigationarea我們的調(diào)查以東面平原、山區(qū)交界處為起點(diǎn)，向西沿岷江河谷溯流而上，直至發(fā)震斷層，包括了Ⅷ、20公里范圍內(nèi)。工作內(nèi)容有對(duì)震區(qū)路基工程震前相關(guān)資料的收集；震害調(diào)查，包括成災(zāi)模式的判別、變形測(cè)量以及震害成因分析等；以及關(guān)于震后修復(fù)搶通措施的記錄等。目前，國(guó)際上公認(rèn)的抗震設(shè)防原則是“小震不壞”，“中震可修”，“大震不倒”，依據(jù)三級(jí)抗震設(shè)防原則，定義三級(jí)地震水平，這是國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)理念進(jìn)展的總趨勢(shì)。巖土地震工程學(xué)是地震工程學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，尚同時(shí)也與三級(jí)抗震設(shè)防原則相對(duì)應(yīng)，我們將震害嚴(yán)峻程度劃分成表15個(gè)等級(jí)，作為路基工程震害評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。表1 震害等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) Table1 Evaluationcriterionofdamagelevel 對(duì)應(yīng)設(shè)防原則震害程度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)加固或修復(fù)措施的表述完好無(wú)明顯震害可正常使用不壞根本完好構(gòu)筑物消滅裂縫掉塊等現(xiàn)象或稍微變形。修復(fù)即可。不壞損傷可修正常工況下構(gòu)筑物整體能維持穩(wěn)定。逐步修復(fù)。嚴(yán)峻損害構(gòu)筑物產(chǎn)生過(guò)大變形或局部破壞,但未消滅整體倒塌。必需實(shí)行緊急搶險(xiǎn)加固措施,才能夠保通運(yùn)行?？尚逇穆坊黧w倒塌或滑動(dòng)、擋墻倒毀。重建倒毀三、路基工程震害特征分析路堤工程震害調(diào)查分析G2139～4210°～34°之間，201:2.5的陡斜坡路堤[4]；既有護(hù)腳路堤，又有浸水路堤。路堤邊坡多為在中部設(shè)平臺(tái)的階梯形邊坡，上部坡率為1:1.5，下部為1:1.752.0816個(gè)路堤工點(diǎn)的震害調(diào)查結(jié)果列于2。表2 路堤震害調(diào)查表Table2 Roadembankmentinvestigation編號(hào)震中距/km地震烈度路堤斷面型式路堤高度/m地面橫坡坡率路堤填料平面線形震害模式震害程度備注骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本117.00Ⅷ2級(jí)臺(tái)階護(hù)坡341:3.73塊碎石土直線或折斷完好215.67Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡141:2.90砂礫石換填凸曲線路基邊坡滑坡，嚴(yán)峻1m損害315.25Ⅸ3級(jí)臺(tái)階護(hù)坡421:5.67塊碎石土直線骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本或折斷完好骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本414.13Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡251:5.67塊碎石土凸曲線或折斷完好513.95Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡91:2.25砂礫石換填直線骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本或折斷完好骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本613.55Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡201:2.61塊碎石土直線或折斷完好712.58Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡141:2.36塊碎石土凸曲線上邊坡坡腳處損傷嚴(yán)峻凸出變形812.27Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡251:5.67塊碎石土直線骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本或折斷完好上邊坡坡腳處嚴(yán)峻911.53Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡131:2.48塊碎石土直線凸出變形，涵洞開(kāi)裂損傷1010.01Ⅸ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡101:2.25塊碎石土直線骨架護(hù)坡開(kāi)裂根本震前因棄或折斷119.25Ⅹ1119.25Ⅹ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡141:1.88塊碎石土直線129.39Ⅹ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡201:2.75塊碎石土直線139.47Ⅹ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡201:1.48塊碎石土直線1410.50Ⅺ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡141:2.75塊碎石土直線1510.68Ⅺ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡141:2.75塊碎石土直線1611.10Ⅺ1級(jí)臺(tái)階護(hù)坡161:2.75塊碎石土直線上邊坡坡腳處嚴(yán)峻凸出變形，涵洞開(kāi)裂路基邊坡滑坡，滑坡1m—道路中線嚴(yán)峻拉裂，消滅路根本體滑坡趨勢(shì)路基邊坡局部被落石砸毀

完好 土加寬損傷損傷嚴(yán)峻震時(shí)被崩—塌體掩埋嚴(yán)峻損害根本完好由表2如圖2、圖3所示。其中以邊坡上部拉裂、下部鼓張變形這種損害模式為主，震害破壞部位根本限于路堤邊坡，無(wú)完全毀壞的工點(diǎn)。路堤震害模式隨地震力作用強(qiáng)度增加的進(jìn)展趨勢(shì)是，由邊坡水平開(kāi)裂到局部坍塌再進(jìn)展為滑動(dòng)面延深至路根本體的滑坡。路堤震害嚴(yán)峻程度與地震烈度、本體加固措施有關(guān)，與路堤高度和地面橫坡坡度關(guān)系不明顯，其中有42米的高路堤在IX地震烈度區(qū)根本完好確屬罕見(jiàn)，對(duì)該特例的生疏5所示。需要說(shuō)明的是填土路基震陷是震區(qū)普遍存在的現(xiàn)象，其沉陷量多為幾厘米～二三十厘米，明顯小于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)條文說(shuō)明中所排列的其它老線路的路堤震害下沉量。汶川地震中沉陷震害對(duì)汽車通行未造成嚴(yán)峻障礙，但這種數(shù)量級(jí)的豎向變形對(duì)鐵路已構(gòu)成嚴(yán)峻問(wèn)題。我們認(rèn)為在路基壓實(shí)技術(shù)和地基處理技術(shù)明顯提高的階段，有效掌握和減輕路基下沉震害是可以實(shí)現(xiàn)的，但要完全避開(kāi)震陷可能難度過(guò)大.因此在強(qiáng)震區(qū)不宜修建對(duì)變形要求極高的無(wú)砟軌道體系。圖2 路堤邊坡上部的水平張拉裂縫Fig.2 Horizontalcrackofroadembankment圖3 路堤邊坡滑坡后壁Fig.3 Backoftheslidingofembankment41米Theslipinthebottomofaembankmenis1m圖5 42米的高路堤地震后根本完好Fig.4 Highroadembankmentof42mafterearthquake路肩墻震害調(diào)查分析路肩墻承受最多的是漿砌片石衡重式擋墻，也有樁基托梁+衡重式擋墻，砌塊式加筋土擋墻、錨索樁32米～15.4米范圍內(nèi)，地基根本為砂巖，少數(shù)位于滑坡體上。表3 路肩墻震害調(diào)查表 Table3 Investigationoftheshoulderofembankment 編號(hào)震中距/km路肩墻類型墻高/m平面線形地震烈度震害狀況震害程度備注19.14漿砌片石擋墻4.6凸曲線Ⅺ垮塌毀壞29.06漿砌片石〔卵石〕擋墻5.8直線Ⅺ嚴(yán)峻損壞38.37漿砌片石擋墻8.3直線Ⅺ根本完好48.13漿砌片石擋墻〔震前已用8.4直線Ⅹ局部裂縫根本完好錨索框架加固〕57.49漿砌片石擋墻2直線Ⅹ橫向外傾損傷65.50漿砌片石衡重式擋墻5.9直線Ⅹ橫向外傾損傷75.08漿砌片石衡重式擋墻8.9直線Ⅹ橫向外傾損傷84.49漿砌片石衡重式擋墻11.3直線Ⅹ橫向外傾嚴(yán)峻損壞93.8210.9直線Ⅹ103.82樁基托梁衡重式擋墻12.5凸曲線Ⅹ垮塌毀壞114.01漿砌片石擋墻5.7直線Ⅹ橫向外傾嚴(yán)峻損害124.10漿砌片石擋墻6.6直線Ⅹ橫向外傾嚴(yán)峻損害134.47漿砌片石擋墻8.2直線Ⅹ14.8米毀壞144.89漿砌片石擋墻6.1凹曲線Ⅹ根本完好155.90加筋土擋墻6.8直線Ⅸ擋墻砌塊錯(cuò)位明顯，嚴(yán)峻損害瀕于垮塌165.90混凝土擋墻6.7直線Ⅸ損傷175.87樁板式擋墻〔錨索樁〕8.4凸曲線Ⅸ無(wú)完好186.04混凝土擋墻7.9凸曲線Ⅸ嚴(yán)峻損害196.16加筋土擋墻14.1凸曲線Ⅸ無(wú)完好震前已用框架錨207.14漿砌片石擋墻4.7直線Ⅸ橫向外傾嚴(yán)峻損傷桿加固217.24漿砌片石擋墻6.3直線Ⅸ嚴(yán)峻損害外凸227.64加筋土擋墻15.4直線Ⅸ垮塌毀壞震前已用框架錨237.99加筋土擋墻9.7直線Ⅸ無(wú)完好索加固249.56漿砌片石擋墻8.4直線Ⅸ伸縮沉降縫擴(kuò)展至損傷7--12厘米2514.17混凝土擋墻8.7凸曲線Ⅸ毀壞錯(cuò)臺(tái)斷道2614.56漿砌片石擋墻8凹曲線Ⅸ橫向外傾損傷從震害統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，路肩支擋工程震害相對(duì)稍微而又最普遍的現(xiàn)象是路肩墻和填料局部脫離，如圖5所示，緣由其一是路肩墻橫向外傾所致，其二，由于填料局部在地震作用下會(huì)產(chǎn)生沉陷，也會(huì)導(dǎo)致路肩墻和路堤分別；更嚴(yán)峻的震害是支擋工程向外傾斜，這不僅造成工程穩(wěn)定性降低，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)造成路基大變770厘米的錯(cuò)臺(tái)，車輛無(wú)法通行；最嚴(yán)峻的震害是支擋構(gòu)筑物完全破壞，89兩個(gè)工點(diǎn)，支擋工程毀壞后都造成大路斷道震害。圖6 擋墻與路基脫離Fig.5 Retainingwalldamage圖7 支擋工程傾斜達(dá)20厘米Fig.6 Rotationoftheretainingwall圖8 加筋土擋墻垮塌Fig.7 Geogridretainingwallcollapsed路塹墻震害調(diào)查分析

9漿砌片石擋墻垮塌導(dǎo)致斷道Fig.8 Mortarflagstonewallcollapsed調(diào)查路段路塹墻多承受漿砌片石重力式擋墻，其余為混凝土擋墻，我們主要調(diào)查擋墻高度在3米以上35954%，高度最高為10.4米〔不包括根底埋深，混凝土擋墻占46%，高度最高為8米，只有2459個(gè)工點(diǎn)中震害嚴(yán)峻工點(diǎn)的調(diào)查狀況。從59個(gè)調(diào)查工點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)資料看，Ⅺ度和Ⅹ度區(qū)有25個(gè)工點(diǎn)，其中被毀壞的工點(diǎn)為8個(gè)〔占32%，嚴(yán)峻損壞的工點(diǎn)為1個(gè)〔占0.04；Ⅸ度區(qū)有34個(gè)工點(diǎn)，其中被毀壞的工點(diǎn)為2個(gè)〔占0.06壞的工點(diǎn)為1〔占0.033.3~9.8米均有分布。表4 路塹墻震害調(diào)查表 Table4 Damageofroadcutting 線路走平面地震烈震害程備注編號(hào)震中距/km路塹墻類形墻高/m向/o線形度震害模式度(邊坡類型)18.54漿砌片石擋墻7.817凸曲線Ⅺ36米毀壞河流階地27.58漿砌片石擋墻3.615直線Ⅹ30-80嚴(yán)峻損滑坡體米害37.27漿砌片石擋墻3.6330直線Ⅹ24米毀壞砂巖削坡47.18漿砌片石擋墻5.414凸曲線Ⅹ13.3米毀壞砂巖上覆崩坡積體56