跨越地震活动断层，详解海文大桥这些抗震措施

3月18日

国内首座跨越地震活动断层特大桥

海南海文大桥（原名铺前大桥）

建成通车！

作为国内第一个采用全过程咨询服务的大型桥梁工程，海文大桥由中交集团所属中咨集团采用PMC模式进行全过程咨询管理，中交集团所属振华重工、二航局、一公局集团、水规院、公规院、二公院、广航局7家单位参建。     

据了解，世界上已建成的跨地震带桥梁仅有3座——日本明石海峡大桥、旧金山-奥克兰海湾大桥、希腊里恩-安拖里恩大桥。                                                                  

海文大桥桥址是潜在的震源区，特殊之处在于直接跨越有三条地质断层的断裂带，其中一条属于活动断层。断层是指地壳受力出现断裂后，两侧岩块发生相对位移的地质构造。桥梁主桥位于断层下盘，断层上、下盘垂直位错达1.4米，水平拉开0.8米。考虑主桥的跨度较大，为确保主桥结构安全，降低强震作用对结构的不利影响，主桥基础位于断层同一盘上。桥跨的布置保证边墩至活动断裂带有150米的安全距离。因规划及地形条件限制桥址无法有效避让铺前-清澜地震活动断层，该桥梁设计超出现有规范范围，无前例可循。

为此，自2009年立项以来，历经6年的勘测研究，形成了18个科研专题研究，建设者在大桥结构设计中采用了独特的“熔断”机制以抵御高等级地震。“海文大桥采用小跨简支梁桥跨断裂带、大跨独塔斜拉桥避让断层跨越航道的设计方案，”“跨断裂带梁桥就类似于家庭电路中的保险丝，一旦发生地震将以损失跨越断裂带的梁桥来保证主桥的安全。”

大红色部分为地震断裂带，上方引桥采用简支梁

同时，为了应对断层错动引发强震的极端事件，大桥为跨断裂带引桥专门设置了备用梁，在跨断层桥跨发生破坏时，可以进行快速更换，保证生命线的畅通。备用梁采用可快速拼装的贝雷梁，平时用于区域内的快速抢险，震时可用于大桥的快速抢修。

主桥采用分离式承台基础，即桥梁的梁与塔、墩之间并不刚性联结，而是通过滑动支座联结。在地震时，全斜拉桥可以纵向摆动，避免结构共振，达到抗震消能的目的。桥墩下方设置了两个4.3米超大直径桩基群，桩基最深达38米，相当于把占地面积约300平方米的12层楼高的楼层沉入水底，如定海神针般稳稳扎入海底岩石深处，而主墩单个承台为8000立方米大体积混凝土结构，又使大桥主塔“巨人”在海底坚硬岩层中扎稳脚跟，同时，主塔两侧斜拉索梁端还设置阻尼器，能有效吸能减震，这些措施将有效防止台风、地震等异常气候对大桥的影响。

桥墩与主梁之间设铅芯隔震橡胶抗震支座，在支座处设置阻尼器来吸收地震的能量，并在桥面箱梁与主塔横梁之间拉起16道“保险绳”，进而防止主桥主梁在地震作用下的竖向震动，可抗风抗震，主塔两侧斜拉索梁端还设置了永磁调节式磁流变阻尼器，能有效吸能减震。桥面采用简支箱梁也大大降低地震对桥体带来的危害，使大桥最终得以横跨地震断层。

E型钢阻尼器，通过金属的变形来吸收地震力

设计与施工方通过对主塔、桥墩增加桩基钢筋骨架密度，用钢量和混凝土量是一般同类型跨海桥梁的1.5到2倍；增加两到三倍钢筋用量，增强桥梁基础抗震能力。桥墩设计为四面花瓶型墩身，可有效防止地震时梁体掉落。受地形限制大桥设计无法避让断层，因此一段全长581米引桥中两个桥墩直接跨越活动断层。这意味着，断层地质活动将使这两座桥墩间的距离、高度差均可能发生变化，给桥梁施工带来诸多挑战。桥梁上部结构使用钢箱梁，桥墩出现高度差变化等情况，可通过钢箱梁下支座在一定范围内调节桥墩高度。施工方还预制多个节段钢箱梁备用，一旦发生地震桥面损坏等情况，也可通过快速更换钢箱梁恢复通车。