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，是建国以来破坏性最强、涉及范围最广、救灾难度最大的一次地震。遇难总人数已超过8万多人，直接经济损失达8451亿元。影响范围包括震中50千米范围内的县城和200千米范围内的大中城市。全国除黑龙江、吉林、疆外均有不同程度震感。泰国首都曼谷，越南首都河内，菲律宾、日本等地也有震感。依据调查统计，此次地震造成四川、甘肃、陕西、重庆、云南、山西、贵州、湖北等8省市不同程度受灾。汶川地震极重灾区有10个县〔市〕，包括汶川县、北川县、绵竹市、什41〔市、区〕；一186〔市、区〕。本次地震参数：2023512142804秒纬度：30.986°N103.364°E14km震级：里氏8.07.9级11度震中位置：四川省汶川县映秀镇都江堰市西21km〔267°〕崇州市西北48km〔327°〕大邑县西北48km〔346°〕成都西北75km〔302°〕一、本次地震特点及地质成因30.969103.186，位于成都西北西方向1458.0震源深度：10.0〔属浅层地震〕。依据中国地震调查局公布的信息，对本次地震有以下三个初步推断：印度板块向亚洲板块俯冲，造成青藏高原快速隆升。块的坚韧阻挡，造成构造应力能量的长期积存，最终在龙门山北川——映秀地区突然释放。逆冲、右旋、挤压型断层地震。次地震属于单向裂开地震，由南西向北东迁移，致使余震向北东方向扩张；挤压型逆冲断层地震在主震之后，应力传播和释放过程比较缓慢，可能导致余震强度较大，持续时间较长。浅源地震。10~20因此破坏性巨大此次地震震级之大、余震之多、地表裂开带之长，次生山地灾难之严峻，世所罕见。重灾区14个县〔市〕主要大路全部瘫痪，主要铁路、通信、水库和城镇患病严峻破坏，特别是北川县城和汶川的映秀镇成为一片废墟，是继唐山地震之后我国又一个损失巨大的消灭性地震。汶川地震高烈度区位于四川西部青藏高原东缘的高山峡谷地区，山高谷深、地质条件简单、断裂构造21条高速大路、15条国省干线大路、27952.8万公里〔200公里、国省干线大路3849公里、农村大路23800公里。重灾区：阿坝、广元、绵阳6个市〔州、50个县〔市〕240个乡镇的各类交通设施严峻受损。位于震中四周的映秀—耿达、映秀—汶川大路因地震几乎全部损毁。受损较严峻的铁路包括成灌铁路、广岳铁路、德天铁路、宝成铁路绵阳至广元段等9条铁路，仅成都铁路局管内既有铁路灾后重建经费初步估算就需上百亿元。山区道路作为生命线工程，在震后救灾中起着巨大的作用，在本次地震中的大量路基损坏及大规模倒塌、滑坡灾难，对灾区大路造成严峻损毁，不仅直接造成生命财产的巨大损失，而且阻断交通、极大地阻碍和延缓了救援队伍和工程机械进入灾区，加大了救援难度，严峻延缓救援进度，并成为大路抢通保通工作的巨大障碍。铁路抗震设计标准在唐山地震前只有一个试用版；唐山、海城地震后，在总结这两次实震资料的根底上，于1987年公布了《铁路工程抗震设计标准》GBJ111－87；为了与修订的国家标准《中国地震惊参数区划图》GB18306－2023相对应，2023年又公布了《铁路工程抗震设计标准》GB50111－2023版。但因在此期间未获得我国大陆发生大地震实震资料的支持，有关线路工程抗震设计计算的条文修订不大；汶川地震前，按现行标准设计的工程未得到实际地震的检验；尤其是由于缺乏9度烈度以上近场地震资料，现95.12汶川特大地震强震区路基工程的震害资料，对争论强震区路基工程的抗震技术供给了罕有的条件，利用汶川地震的大批近场实震资料，促进铁路抗震设计标准的进展，具有重要的科学价值意义和现实意义，同时也具有重要的时效性。二、调查区概况5.12213线紫坪铺—汶川段三级大路、都江堰—映秀高速大路、映秀—汶川二级大路，此外还包括213线水磨支线、映秀镇城区道路、紫坪铺水利枢纽重载大路等。本文介绍的主要是都江堰至映秀地区的震害调查状况。该区域位于四川盆地西北侧，龙1000～3000经该区域。主要支流有古溪沟、寿江。该区域掩盖层以粘性碎块石土、漂卵砾石土为主；基岩以砂岩、砂页3～15米。区内断裂根本构造格架为龙门山构造带，安县～灌县断裂；茅亭、龙溪断裂；发育断裂主要有：平武断裂～茂汶断裂；北川～映秀断裂；寿溪河断裂；纸厂沟断裂。主要213322023年建成运营。从马鞍石隧道出口到映秀为2023年竣工修建的三级路。大路抗震设计按场地根本烈度为Ⅶ度1所示。图1 调查区域示意图Fig.1 Sketchmapofinvestigationarea我们的调查以东面平原、山区交界处为起点，向西沿岷江河谷溯流而上，直至发震断层，包括了Ⅷ、20公里范围内。工作内容有对震区路基工程震前相关资料的收集；震害调查，包括成灾模式的判别、变形测量以及震害成因分析等；以及关于震后修复抢通措施的记录等。目前，国际上公认的抗震设防原则是“小震不坏”，“中震可修”，“大震不倒”，依据三级抗震设防原则，定义三级地震水平，这是国内外标准理念进展的总趋势。岩土地震工程学是地震工程学中的薄弱环节，尚同时也与三级抗震设防原则相对应，我们将震害严峻程度划分成表15个等级，作为路基工程震害评定的标准。表1 震害等级评判标准 Table1 Evaluationcriterionofdamagelevel 对应设防原则震害程度评判标准加固或修复措施的表述完好无明显震害可正常使用不坏根本完好构筑物消灭裂缝掉块等现象或稍微变形。修复即可。不坏损伤可修正常工况下构筑物整体能维持稳定。逐步修复。严峻损害构筑物产生过大变形或局部破坏,但未消灭整体倒塌。必需实行紧急抢险加固措施,才能够保通运行。可修毁坏路基主体倒塌或滑动、挡墙倒毁。重建倒毁三、路基工程震害特征分析路堤工程震害调查分析G2139～4210°～34°之间，201:2.5的陡斜坡路堤[4]；既有护脚路堤，又有浸水路堤。路堤边坡多为在中部设平台的阶梯形边坡，上部坡率为1:1.5，下部为1:1.752.0816个路堤工点的震害调查结果列于2。表2 路堤震害调查表Table2 Roadembankmentinvestigation编号震中距/km地震烈度路堤断面型式路堤高度/m地面横坡坡率路堤填料平面线形震害模式震害程度备注骨架护坡开裂根本117.00Ⅷ2级台阶护坡341:3.73块碎石土直线或折断完好215.67Ⅸ1级台阶护坡141:2.90砂砾石换填凸曲线路基边坡滑坡，严峻1m损害315.25Ⅸ3级台阶护坡421:5.67块碎石土直线骨架护坡开裂根本或折断完好骨架护坡开裂根本414.13Ⅸ1级台阶护坡251:5.67块碎石土凸曲线或折断完好513.95Ⅸ1级台阶护坡91:2.25砂砾石换填直线骨架护坡开裂根本或折断完好骨架护坡开裂根本613.55Ⅸ1级台阶护坡201:2.61块碎石土直线或折断完好712.58Ⅸ1级台阶护坡141:2.36块碎石土凸曲线上边坡坡脚处损伤严峻凸出变形812.27Ⅸ1级台阶护坡251:5.67块碎石土直线骨架护坡开裂根本或折断完好上边坡坡脚处严峻911.53Ⅸ1级台阶护坡131:2.48块碎石土直线凸出变形，涵洞开裂损伤1010.01Ⅸ1级台阶护坡101:2.25块碎石土直线骨架护坡开裂根本震前因弃或折断119.25Ⅹ1119.25Ⅹ1级台阶护坡141:1.88块碎石土直线129.39Ⅹ1级台阶护坡201:2.75块碎石土直线139.47Ⅹ1级台阶护坡201:1.48块碎石土直线1410.50Ⅺ1级台阶护坡141:2.75块碎石土直线1510.68Ⅺ1级台阶护坡141:2.75块碎石土直线1611.10Ⅺ1级台阶护坡161:2.75块碎石土直线上边坡坡脚处严峻凸出变形，涵洞开裂路基边坡滑坡，滑坡1m—道路中线严峻拉裂，消灭路根本体滑坡趋势路基边坡局部被落石砸毁

完好 土加宽损伤损伤严峻震时被崩—塌体掩埋严峻损害根本完好由表2如图2、图3所示。其中以边坡上部拉裂、下部鼓张变形这种损害模式为主，震害破坏部位根本限于路堤边坡，无完全毁坏的工点。路堤震害模式随地震力作用强度增加的进展趋势是，由边坡水平开裂到局部坍塌再进展为滑动面延深至路根本体的滑坡。路堤震害严峻程度与地震烈度、本体加固措施有关，与路堤高度和地面横坡坡度关系不明显，其中有42米的高路堤在IX地震烈度区根本完好确属罕见，对该特例的生疏5所示。需要说明的是填土路基震陷是震区普遍存在的现象，其沉陷量多为几厘米～二三十厘米，明显小于现行标准条文说明中所排列的其它老线路的路堤震害下沉量。汶川地震中沉陷震害对汽车通行未造成严峻障碍，但这种数量级的竖向变形对铁路已构成严峻问题。我们认为在路基压实技术和地基处理技术明显提高的阶段，有效掌握和减轻路基下沉震害是可以实现的，但要完全避开震陷可能难度过大.因此在强震区不宜修建对变形要求极高的无砟轨道体系。图2 路堤边坡上部的水平张拉裂缝Fig.2 Horizontalcrackofroadembankment图3 路堤边坡滑坡后壁Fig.3 Backoftheslidingofembankment41米Theslipinthebottomofaembankmenis1m图5 42米的高路堤地震后根本完好Fig.4 Highroadembankmentof42mafterearthquake路肩墙震害调查分析路肩墙承受最多的是浆砌片石衡重式挡墙，也有桩基托梁+衡重式挡墙，砌块式加筋土挡墙、锚索桩32米～15.4米范围内，地基根本为砂岩，少数位于滑坡体上。表3 路肩墙震害调查表 Table3 Investigationoftheshoulderofembankment 编号震中距/km路肩墙类型墙高/m平面线形地震烈度震害状况震害程度备注19.14浆砌片石挡墙4.6凸曲线Ⅺ垮塌毁坏29.06浆砌片石〔卵石〕挡墙5.8直线Ⅺ严峻损坏38.37浆砌片石挡墙8.3直线Ⅺ根本完好48.13浆砌片石挡墙〔震前已用8.4直线Ⅹ局部裂缝根本完好锚索框架加固〕57.49浆砌片石挡墙2直线Ⅹ横向外倾损伤65.50浆砌片石衡重式挡墙5.9直线Ⅹ横向外倾损伤75.08浆砌片石衡重式挡墙8.9直线Ⅹ横向外倾损伤84.49浆砌片石衡重式挡墙11.3直线Ⅹ横向外倾严峻损坏93.8210.9直线Ⅹ103.82桩基托梁衡重式挡墙12.5凸曲线Ⅹ垮塌毁坏114.01浆砌片石挡墙5.7直线Ⅹ横向外倾严峻损害124.10浆砌片石挡墙6.6直线Ⅹ横向外倾严峻损害134.47浆砌片石挡墙8.2直线Ⅹ14.8米毁坏144.89浆砌片石挡墙6.1凹曲线Ⅹ根本完好155.90加筋土挡墙6.8直线Ⅸ挡墙砌块错位明显，严峻损害濒于垮塌165.90混凝土挡墙6.7直线Ⅸ损伤175.87桩板式挡墙〔锚索桩〕8.4凸曲线Ⅸ无完好186.04混凝土挡墙7.9凸曲线Ⅸ严峻损害196.16加筋土挡墙14.1凸曲线Ⅸ无完好震前已用框架锚207.14浆砌片石挡墙4.7直线Ⅸ横向外倾严峻损伤杆加固217.24浆砌片石挡墙6.3直线Ⅸ严峻损害外凸227.64加筋土挡墙15.4直线Ⅸ垮塌毁坏震前已用框架锚237.99加筋土挡墙9.7直线Ⅸ无完好索加固249.56浆砌片石挡墙8.4直线Ⅸ伸缩沉降缝扩展至损伤7--12厘米2514.17混凝土挡墙8.7凸曲线Ⅸ毁坏错台断道2614.56浆砌片石挡墙8凹曲线Ⅸ横向外倾损伤从震害统计资料来看，路肩支挡工程震害相对稍微而又最普遍的现象是路肩墙和填料局部脱离，如图5所示，缘由其一是路肩墙横向外倾所致，其二，由于填料局部在地震作用下会产生沉陷，也会导致路肩墙和路堤分别；更严峻的震害是支挡工程向外倾斜，这不仅造成工程稳定性降低，严峻时会造成路基大变770厘米的错台，车辆无法通行；最严峻的震害是支挡构筑物完全破坏，89两个工点，支挡工程毁坏后都造成大路断道震害。图6 挡墙与路基脱离Fig.5 Retainingwalldamage图7 支挡工程倾斜达20厘米Fig.6 Rotationoftheretainingwall图8 加筋土挡墙垮塌Fig.7 Geogridretainingwallcollapsed路堑墙震害调查分析

9浆砌片石挡墙垮塌导致断道Fig.8 Mortarflagstonewallcollapsed调查路段路堑墙多承受浆砌片石重力式挡墙，其余为混凝土挡墙，我们主要调查挡墙高度在3米以上35954%，高度最高为10.4米〔不包括根底埋深，混凝土挡墙占46%，高度最高为8米，只有2459个工点中震害严峻工点的调查状况。从59个调查工点的统计资料看，Ⅺ度和Ⅹ度区有25个工点，其中被毁坏的工点为8个〔占32%，严峻损坏的工点为1个〔占0.04；Ⅸ度区有34个工点，其中被毁坏的工点为2个〔占0.06坏的工点为1〔占0.033.3~9.8米均有分布。表4 路堑墙震害调查表 Table4 Damageofroadcutting 线路走平面地震烈震害程备注编号震中距/km路堑墙类形墙高/m向/o线形度震害模式度(边坡类型)18.54浆砌片石挡墙7.817凸曲线Ⅺ36米毁坏河流阶地27.58浆砌片石挡墙3.615直线Ⅹ30-80严峻损滑坡体米害37.27浆砌片石挡墙3.6330直线Ⅹ24米毁坏砂岩削坡47.18浆砌片石挡墙5.414凸曲线Ⅹ13.3米毁坏砂岩上覆崩坡积体56