第 4 卷 第 2 期
震灾防御技术 Technology for Earthquake Disaster Prevention Vol. 4, No. 2 June., 2009
2009 年 6 月
王青桥，韦晓，王君杰，2009. 桥梁桩基震害特点及其破坏机理. 震灾防御技术，4（2）：167—173.
桥梁桩基震害特点及其破坏机理
王青桥 韦 晓 王君杰 1)
1）同济大学桥梁工程系，上海 200092 2）上海市地震局，上海 200062
1
1)2)
摘要 20 世纪 60 年代以来，国内外发生了多次强震，如日本神户地震、日本新泻地震、台湾集集地震、美国洛马普列塔地震等。在这些地震中大量的桥梁桩基遭到破坏，破坏形式复杂多样，如土体液化引起的桩基下沉、桩帽与承台的连接失效、桩基随土体侧移引起落梁等。本文总结概括了这些震害特点，详细讨论了非液化场地和液化场地上桥梁桩基的破坏模式，分析总结了桥梁桩基破坏机制。最后，结合桥梁工程结构特点，针对桥梁工程选址以及桩基抗震构造措施等方面简要提出了建设性建议。
桩基础是一种历史较长且应用广泛的深基础型式，与其它型式的基础相比，能较好地适应复杂地质条件以及各种荷载情况，同时具有承载能力大、稳定性好、差异沉降小等优点，因而被广泛应用于桥梁结构中。近 30 多年的震害经验表明，采用桩基的结构一般比无桩基的结构具有更好的抗震性能。但是，与上部结构震害相比，桩基震害的报道较少。究其原因，可能是由于桩基埋置于地下，震害不易发现，同时震后开挖检查资料很少，对桩基震害的了解认识往往只能从上部结构状态间接地反映与推测。由于土壤的非线性，理论上要准确模拟桩-土-结构相互作用仍然存在较大困难。所以桩基抗震一直是工程抗震设计中的难点之一。
关键词：震害 桥梁桩基 液化 破坏机理 侧扩
引言
理论分析、震害实践和模型试验是指导工程抗震设计的主要途径。天然地震是一个最大的试验场，总结震害经验不仅可以丰富对桥梁和桩基地震反应特点的认识，而且还可以有效指导今后的桩基桥梁抗震设计。本文结合上世纪 60 年代以来国内外主要强震中的桩基桥梁震害，总结分析桩基桥梁震害机理，以便更好地指导今后的桥梁桩基抗震设计。
1 桩基桥梁震害形式
1 基金项目 地震行业专项项目（200808021）、高烈度区大跨桥梁地震破坏预测与控制资助
造成桥梁桩基震害的原因可能与诸多因素有关，如地震动水平、土体特性、桩-土相互
[收稿日期] 2009-02-12
[ 作者简介] 王青桥，男，生于 1984 年。硕士研究生。主要从事桥梁抗震研究。Email: weihsiao@163.com
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作用影响、设计桩基尺度大小等。从近 30 多年来国内外大量历史地震中的桩基桥梁震害来看，桩基震害机制复杂，其中土体位移和砂土液化是桩基震害的一个重要因素，另外，软土场地地震动放大效应以及桩基过大的变形是导致上部结构和桩基破坏的另一个重要因素。由于桩基深埋于地下，很多时候桩基的破坏不易被发现，一般通过震后开挖或者对桥墩结构的破坏形式来推测桩基的震害。通过近几十年来几次地震中桩基震害的调查和研究，一般可以将桩基桥梁震害分类简要地描述为下述形式（韦晓，1999；Lee Benuska，1990；
Bardet 等，1997）：
（1）土体液化引起桩体下沉，从而导致桥面及梁体毁坏。如 1995 年日本神户地震和 （2）桩体未发生明显侧向移动或下沉，而桩体附近沿桩周产生众多密布的宽度不等的
1976 年中国唐山地震等都有这种震害，如图 1 所示。
环带状裂缝。如 1964 年日本新泻地震和 1976 年中国唐山地震均有这种震害，如图 2 所示。
（3）由于桩帽与承台连接构造措施设计不足，上部结构惯性力以及土体运动在桩帽位
置发生剪切和弯曲破坏，承台与桩帽脱离。如 1995 年日本神户地震和 1989 年美国洛马普列塔地震中一些桩基破坏属这种类型，如图 3 和图 4 所示。
（4）桩基桥墩随土体位移引起上部结构落梁，这种震害形式最为常见，一般受断层影
响较大。如日本神户地震和台湾集集地震中就有多座桥梁发生这种形式的破坏，如图 5 和图 6 所示。
（5）由于岸坡土体向河心滑移，导致桥台扭转变形是引起桥台斜桩破坏的重要原因。
（6）桩基未深入稳定土层或设计长度不足，当地震发生时桩体下沉或发生侧向弯曲变形，导
如中国唐山地震中蓟运河上的一些桥梁震害就是这种形式，如图 7 所示。
致桥墩变位，引起上部结构落梁或发生桩墩穿透桥面板。如 1989 年美国洛马普列塔地震中
Struve Slough 桥的破坏，如图 8 所示。
2 非液化地基上的桩基震害
桥梁桩基震害按土体是否液化可分为非液化地基上的桩基震害和液化地基上的桩基震害。非液化地基上的桩基震害一般比液化地基上的桩基震害少，其中桩基破坏模式主要可归纳为如下几点（杨克己等，2004）：
（1）上部结构惯性力引起的破坏。震害部位主要体现在桩头和承台连接处及承台下的桩身上部，具体表现为压、拉、压剪等形式的破坏方式；
（2）桩身在软土与硬土的分界面因弯矩、剪力变化过大导致的破坏。目前通常采用计
（3）地震中软土因“触变”而摩擦力下降，导致桩的竖向承载力不足而下沉引起震害；（4）桩基附近的挡土墙、土坡或地面荷载，在地震作用下造成附近土体失稳，导致桩身
算桩身内力的 m 法或常数法尚不能很好地反映软土与硬土界面处的受力情况；
受到侧向挤压，弯矩增大而引起的破坏。
3 液化地基上的桩基震害
液化地基上的桩基震害可以分为液化但无侧向扩展地基上的震害和液化侧向扩展地基上的震害两种方式。当地震发生时，由液化引起的地面侧向大变形是导致桥梁和桥梁桩基震
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害的主要原因之一。从某种程度上说，这也是液化区域桩基桥梁震害的最主要形式。
图 1 日本神户地震，桩体下沉 Pile settlement, Kobe earthquake
图 2 日本新泻地震八千代桥预制钢筋混凝土桩开裂 Fig.2 Precast concrete piles cracking, Niigata earthquake
Fig.1
图 3 日本神户地震中神户 Higashi 轮渡
斜桥桩基与承台连接失效 Fig.3 Detachment failure between
pile head and pile cap
图 4 日本神户地震中桩顶剪切破坏 Fig.4 Shear failure in pile head
图 5 日本神户地震中西宫桥引桥落梁破坏 图 6 台湾集集地震中 Shih-Wui Bridge 落梁破坏
Fig.5 Girder falling for Nishinomiya
bridg, Kobe earthquake
Fig.6 Girder falling for Shih-Wui
bridge, Chi-Chi earthquake 图 7 中国唐山地震中蓟运河上的铁路桥由 于岸坡土体滑移导致桥台扭转变形 Fig.7 Failure induced by movement of
图 8 美国洛马普列塔地震中 Struve Slough 桥的桥墩穿透桥面
Fig.8 Piers penetrate bridge deck,
Loma prieta earthquake
bank soil, Tangshan earthquake
桥梁桩基震害特点及其破坏机理
