阪神大地震对桥梁基础的影响

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阪神大地震（1995年1月17日）是日本历史上破坏性最强的地震之一，震级达6.9级，对桥梁和基础设施造成了严重损害。此次地震揭示了桥梁基础设计中的一些关键问题，为后续抗震设计提供了宝贵经验。

地震中，许多桥梁因基础失效而倒塌或受损。主要影响包括：液化现象、地基不均匀沉降和桩基破坏。液化现象在软土地区尤为明显，导致地基承载力大幅下降，使桥梁桩基失去支撑能力。例如，神户地区的部分桥梁因土壤液化而发生倾斜或整体下沉。此外，地基不均匀沉降也导致桥梁结构出现显著变形，连接部位开裂甚至断裂。

对于采用浅基础的桥梁，地震引起的地面破裂直接破坏了桥台与路堤的连接，造成桥梁错位或坍塌。而深基础桥梁中，桩基可能因剪切力过大或周围土体移动而弯曲甚至断裂。这些现象表明，传统设计方法在考虑地震作用时存在不足，特别是在复杂地质条件下的地基稳定性评估方面。

基于阪神大地震的经验教训，桥梁基础设计逐渐引入更严格的抗震规范。例如，加强地基改良措施以减少液化风险，优化桩基布局以提高抗弯能力和延性，以及采用隔震技术降低地震输入能量对桥梁的影响。这些改进显著提升了桥梁在强震中的安全性与耐久性。

闸门及启闭机安装施工方案神户线所采用的基础形式 及每种类型的数量如表1所 列。其中80%以上的基础为桩 基础。在跨河位置一般采用明 挖沉箱基础。在地面条件允许 的路线西段采用扩大基础。 通过钻芯和用探孔照相机 摄像的方法对基础的损坏情况 进行了调查。钻芯直径66mm

钻入选定桩在地面以下桩长的1/2～2/3深

图1用探孔照相机测量裂缝宽度

些弯曲裂缝2mm宽的裂缝在5条以

·C级桩上出现了少量的弯曲裂缝（2 mm宽的裂缝有3～4条）； ·D级轻微损坏2mm宽的裂缝不多 于2条） 根据对865座钻孔灌注桩基础的调查 所选定的基础总数为122座。作出这种选择 是考虑到可能的影响因素的综合作用，如桩 的位置及排列组合。表2给出按损坏等级分 组的基础数量。具体损坏情况如下：

表2钻孔灌注桩的损坏程度

①大多数桩基础为D级，有些为C级。 没有A级、A级和B级。 ②大多数裂缝集中在桩头周围桩中间 部位出现裂缝的情况很少。

③最大裂缝宽度为2～3mm。据 分析，最大裂缝对桩的强度影响 很小。 上述调查结果表明，神户线 上钻孔灌注桩的损坏程度相对轻 微。 采用同样的程序对从沿线44 座明挖沉箱基础中选定的6座基 础进行了调查。虽然这类基础也 存在着损坏的情况，但损坏很轻 （1mm裂缝程度） 由于桩径很小，对打入桩基 础的破坏情况的调查采用了冲击 方法。在神户线上的74座打入 桩基础中，选择了48座进行调 查。采用在基础顶面锤击的方 法将弹性波引入到桩中，并用加 速度仪测量反射波。测量结果没 有发现异常的反射波。工程师们

阪神大地震对桥梁基础的影响

中选中了12座通过开挖和暴露基础的办法 进行了调查没有发现损坏。接着利用探孔 照相机对某些倾斜的桥墩进行了调查，以查 看在基础下面是否出现裂缝结果没有发现 裂隙或裂缝，从而证实神户线扩大基础结构 的整体性很好。

为调查钻孔灌注桩基础的损坏程度与桩 的承载力之间的关系，研究人员采用了非线 性分析法。在日本这种方法是普遍认可的。 分析模型简要说明如下： ①如图xa）所示用地面弹性支承的刚 架代替桩并假定其为非线性的，对桩基础的 水平强度及其在严重变形过程中的性能进行 分析。 ②将竖向阻力视为弹塑性沿桩轴线方 向弹性支承常数Kv视为初始斜率极限承

因此得出结论打入桩基础很少损坏或没有损 坏。 对于扩大基础从133座基础载力Pvu和 抗拔承载力P看作上限值。采用静态方法 以简化分析图b）] ③如图2c）所示把桩基础塑造为一种 双线性模型来评估地面水平阻力。利用水平 加载试验证实了这种分析方法的有效性。 ④在钢筋混凝土桩的弯矩与曲率关系曲 线中三个转折点分别表示开裂状态C钢筋屈 服状态Y，以及U段的极限状态。分析模型 是一个连接上述三点的三线模型，用来确定圆 形钢筋混凝土桩截面与桩轴向力V以及弯矩 M图2d）b ③调查集中在垂直于桥轴线的方向，因 桥墩的损坏程度和地震运动在此方向较大。 桩基的抗裂强度的定义是所有的桩均 达到开裂状态的点值桩基的抗弯强度的定义 是所有的桩均达到屈服状态或桩头反力达到 设计抗拉强度时的点值。 在计算桩前被动土压力时采用基底面和 地面之间土体重量作为施加在桩上的荷载。 在计算桩身弯矩与曲率关系中桩群中线的抗 拔边各根桩的轴向力为零。 对于受拉侧的桩按桩的数量及恒载上 部构造反力、墩身重量、基础重量及施加在基 础上的土体重量）可求出轴向力。在这些分析 中，假定桩的轴向力始终保持初始定值。

3.1桥墩强度与损坏程度

图3给出损坏程度与抗剪强度（弹性响应 加速度分析结果之间的关系曲线。横坐标轴 为桥墩阻力系数。在另一项损坏分析结果中 研究人员发现桥墩的损坏程度与抗剪强度之 间有良好的一致性。 在损坏等级B级到C级及D级间的线性 加速度界限值约为500cm/s。因此，桥墩的

阻力系数的定义是假定以上述加速度界限值 排序为A级、A级和B级）为弹性响应加速 度并假定作用外力为0.5W，桥墩的抗剪强 度S除以等值重量0.5W的结果。按损坏等 级坐标呈下降段。括弧内的数字表示列入某 一损坏等级的桥墩数目。 从图3中可以看出严重损坏的桥墩主要 存在于阻力系数很低的桥墩分组中，且桥墩的 阻力系数没有一个数大于0.9。

墩阻力系数与损坏等级（以S：为依据）之间的关

3.2桩的强度与损坏程度

图4和图5表示采用探孔相机确定的破 坏程度与按非线性分析法确定的桩强度之间 的关系。 分别将Py除以0.5W和Pc除以0.5W 即可求得桩的阻力系数。Py为桩的屈服强 度而Pc为桩的抗裂强度，均按非线性分析 法求得。0.5W为桥墩和上部构造总重的 半将其假定为作用的外力。 纵坐标代表损坏等级的下降段：C1，C2 D1D2。引入上述等级顺序的着眼点在于损 坏的细部情况因为所有钻孔灌注桩基础均被 列为C级或D级。在上述损坏等级范围内1 代表损坏非常严重2代表损坏不严重。在仔 细检查裂缝的数目及其宽度后把损坏的桩分 组。括弧内数字表示属于该等级范围内的桩 的数量。

由图4可以看出按损坏相对严重的程度 （C1jc／t 585-2015标准下载，C2）来排序的桩与损坏很小或无损坏的 桩相比较，大部分损坏的桩的阻力系数均很

图4桩的阻力系数与损坏等级（以P、为依据）之间的关系

小。这表明在阻力系数与桩损坏程度之间存 在着某种很好的对应关系。例如在阻力系数 大于3.α3倍于钢筋屈服强度的桩中就未发 现损坏较严重的桩。然而，据理论分析，对应 于3.0的阻力系数的荷载等级并不会使钢筋 屈服。还有因为最大裂缝宽度只有几毫米 荷载等级也许与开裂状态对应关 系。图5将损坏桩和导致桩出现裂缝而作用

图5桩的阻力系数与损坏等级以P.为依据

的阻力系数与损坏等级（以P.为依据）之间的关系

阪神大地震对桥梁基础的影响

在桩上的荷载进行了比较。阻力系数大于1 0的桩组中未发现严重损坏的桩。然而观察 到阻力系数与损坏程度之间没有明显的关系。 对于损坏相对严重的桩基础北京吉普施工组织设计，有一种倾向 是那些阻力系数很小的桩基础。屈服强度Pv 是比抗裂强度Pc更好的度量阻力系数的方 法因为Py与损坏程度相对应。 综上所述，可以得出结论，在桩损坏程度 和钢筋屈服强度的理论分析值之间存在着对 应关系尽管与阻力系数有某种不确定的对应 关系

调查结果揭示出基础的损坏程度是轻微 的，仅局部出现了若干小裂缝。桩中裂缝主要 集中在桩的上部，而较深处没有发现存在裂缝 的迹象。总之神户线桥梁基础经历了轻微的 损坏大多可以继续使用或在翻修损坏的桥墩 时稍作修理后使用。尽管关西高速公路神户 段被彻底毁坏了但在震后20个月的1996年 12月就恢复了运营。除了改善抗震性能外 还考虑环境原因而设置了安全防护墙以及噪 声控制路面。高速公路输送的交通量约为 187000辆/日。

摘译自《ConcreteIntermational》1999（1） 译柴金义(呼和浩特交通学校） 校：于浩（长沙交通学院）