基于新技術(shù)與新材料的道路橋梁交通安全優(yōu)化研究

張同飛

摘 要：本文對道路和橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)和材料進(jìn)行研究分析。提出利用霞石泥筑路以提高路面碎石抗剪強度的技術(shù)建議。該技術(shù)有助于防止路面車轍、裂縫和路面早期劣化等缺陷。并提出將復(fù)合纖維玻璃材料應(yīng)用于道路橋梁結(jié)構(gòu)中。近年來，鋼管混凝土技術(shù)作為一種提高混凝土承載力的有效手段，已成功地應(yīng)用于建筑施工中。但它運用在橋梁結(jié)構(gòu)時受到了金屬套管抗腐蝕性能差以及對其他侵蝕性環(huán)境影響的抵抗力差的限制。近年來，管道（殼體）等復(fù)合纖維玻璃材料得到了開發(fā)及應(yīng)用。它們具有良好的抗惡劣環(huán)境影響的能力，與金屬相比耐久性強，抗壓性能好。同時，經(jīng)過實驗研究證實了纖維玻璃具有較高的強度。纖維玻璃套管具有的良好性能，在橋墩柱中具有廣闊的應(yīng)用前景，可提高此類結(jié)構(gòu)的強度和可靠性，增加其使用壽命。此外，在道路路面和橋墩中使用霞石泥和玻璃纖維復(fù)合護(hù)套可以提高道橋工程結(jié)構(gòu)在運行過程中的可靠性，防止缺陷的早期發(fā)展對交通安全產(chǎn)生負(fù)面影響。在交通結(jié)構(gòu)中應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)的主要目的是提升交通安全。

關(guān)鍵詞：交通安全;道路建設(shè);橋梁結(jié)構(gòu);玻璃纖維復(fù)合材料;創(chuàng)新技術(shù)

中圖分類號：U447 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 綜述

交通安全不僅取決于所有參與者是否遵行道路交通規(guī)則的要求，還取決于車輛的運行狀況以及道路與橋梁結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)缺陷便是道路交通事故最常見的原因之一，當(dāng)缺陷與其他負(fù)面因素同時發(fā)生時，將阻礙所有交通參與者的正常運行。因這些情況對人身生命財產(chǎn)構(gòu)成安全威脅，故道路與橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性問題是至關(guān)重要的。作為一個參與者眾多且復(fù)雜的公共空間，它對城鎮(zhèn)環(huán)境尤為重要。由于交通量的持續(xù)增長和機動車道路橋梁結(jié)構(gòu)的負(fù)荷的不斷增加，則有必要確保此類結(jié)構(gòu)在其整個使用壽命期間的可靠性。

2 材料和方法

路面交通安全的主要指標(biāo)為路面平整度與缺陷性，維持道路路面平整度主要取決于所采用的施工材料的質(zhì)量和路面鋪裝層的施工工藝。按相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行路面施工，結(jié)合創(chuàng)新技術(shù)提高路面平整度，從而提升路面交通安全。標(biāo)準(zhǔn)碎石基層的缺陷為：碎石圓整、干結(jié)合不良（存在粗碎石和/或細(xì)碎石塊）、粘結(jié)劑處理不足、用舊數(shù)據(jù)計算路面參數(shù)等。而路面結(jié)構(gòu)因車輪振動而產(chǎn)生過壓和重填現(xiàn)象，直接影響路面平整度，影響路面的安全運行。這便提出了尋找新的結(jié)構(gòu)形成材料的要求，而霞石污泥具有膠結(jié)和逐漸固化（長達(dá)90天）的特性。

橋梁結(jié)構(gòu)中存在的嚴(yán)重缺陷會導(dǎo)致支柱破損或塌陷;在交通運行過程中，橋墩承受的可變荷載不斷增大。此外，環(huán)境中的負(fù)面環(huán)境因素也嚴(yán)重影響著橋墩。由于橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)周期較長，生命周期的延長和對上述影響的養(yǎng)護(hù)問題直接影響到交通安全。本文所研究的復(fù)合纖維-玻璃外殼具有足夠強的抗剪、抗扭、抗壓性能以及抗腐蝕性。

3 霞石泥在道路路面中的作用

在道橋工程運行一段時間后，路面平整度持續(xù)下降，主要是由于交通強度的急劇增加導(dǎo)致路面磨損，基層的抗剪力隨之降低。

本文提出采用霞石泥作為結(jié)構(gòu)材料填充碎石層，提高道路碎石基層抗剪強度。表3-1列出了處理和陳化霞石污泥的基本應(yīng)用。

通過對碎石基層厚度為25 cm的3種路面結(jié)構(gòu)的運行分析，發(fā)現(xiàn)基層上層車輛車輪荷載是基層的10倍以上。因此，為了提升抗剪力，上層應(yīng)具有較強的抗剪力及荷載能力，底層應(yīng)均勻分布施加在路基上方的荷載。碎石塊在基本荷載（垂直與水平荷載）作用下發(fā)生相對位移，形成小于0.63 mm的細(xì)粒級材料，使基層剛度指數(shù)降低。

對于橋梁結(jié)構(gòu)而言，纖維-玻璃復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用只是時間問題。與傳統(tǒng)材料（鋼筋砼）相比，對這些材料的研究較少，是制約普及的主要因素。所需的數(shù)據(jù)涉及性質(zhì)的各向異性、復(fù)合材料在抵抗外部沖擊方面的行為、詳細(xì)估計材料消耗的方法、編制管理文件和匯編資料等，當(dāng)前是較為缺乏的。然而，這些材料早已成功應(yīng)用于航空航天和船舶制造領(lǐng)域，研究與運用這些材料并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍是全球技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要趨勢。經(jīng)驗的積累使這些材料在我國交通建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能，這些材料的獨特性能確保了混合結(jié)構(gòu)的效率，并提高了其操作安全性。交通運輸建筑最重要的特點有：高強度、耐久性、抗環(huán)境沖擊、建筑和美學(xué)潛力以及性能的靈活性。然而，需要實驗驗證來證實收集到的復(fù)合材料在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)的有效性。試驗過程中的荷載沖擊條件應(yīng)盡可能接近橋墩實際加載條件。

為了確定復(fù)合材料外殼的應(yīng)力和了解其破壞機理，進(jìn)行了不同橋梁荷載作用下的模型試驗。因給定的載荷類型會影響大多數(shù)運輸結(jié)構(gòu)的墩柱，首先應(yīng)對套管進(jìn)行中心壓縮測試。采用試驗機對幾種纖維玻璃類型的復(fù)合套管進(jìn)行中心壓縮，其外徑為100 mm，壁厚可達(dá)4 mm，最大應(yīng)力可達(dá)600 kN，負(fù)荷以1 t增量逐步施加，一直進(jìn)行到樣品被損毀為止。經(jīng)過試驗可知：最大應(yīng)力值為30 t，最大垂直應(yīng)力達(dá)到約11 000 kg/cm2，水平應(yīng)力達(dá)到約4 000 kg/cm2。其次，殼體在現(xiàn)實中會受到彎曲應(yīng)力，經(jīng)過試驗可知最大應(yīng)力可達(dá)200 t。可靠的金屬附件設(shè)計和特別制造，以固定外殼。該裝置施加于套管上的壓力每分鐘下降0.5 cm。采用幾種類型的應(yīng)變指示器對樣品進(jìn)行應(yīng)力讀數(shù);試樣破壞模式如下：達(dá)到極限強度后發(fā)生典型的破裂聲，機組降低荷載。然而，復(fù)合套管不能完全破碎，能夠承受較小的載荷。最大彎矩在破壞達(dá)0.7 t·m。最大管壁應(yīng)力約為：垂直方向——18 000 kg/cm2，水平方向—3 800 kg/cm2。根據(jù)模型試驗的結(jié)果，嚴(yán)重阻力負(fù)載通過小樣本足以推薦他們的應(yīng)用程序在交通設(shè)施的建設(shè)。

4 復(fù)合纖維玻璃外殼和霞石污泥在道路結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

霞石泥穩(wěn)定碎石基層的施工過程如下：路床準(zhǔn)備;再進(jìn)行污泥在制備層表面的初始分布;再使污泥達(dá)到最佳的濕度水平（使用噴水車），應(yīng)使用平地機或表面仿形機混合;然后考慮所需層面坡度和壓實系數(shù)的淤泥分布。需進(jìn)行分層壓實，密度值為0.98。最后的壓實是使用氣動輥。霞石泥的分布和壓實之間的間隙實際上是無限的;這種技術(shù)提供所需的強度，并防止車轍、裂縫和道路路面損壞等缺陷的發(fā)展。

5 交通安全保障措施

在保證基層剛度和路面平整度的前提下，道路的可靠運行是可能的。由分散材料（霞石污泥、鋁土礦污泥、高爐礦渣等）加固而成的基層，從最高效的角度看，是最優(yōu)質(zhì)的基層。在道橋施工中使用霞石污泥布置于結(jié)合碎石基層，也保證了生態(tài)友好性。

筆者推薦在橋墩柱中使用纖維玻璃外殼，因為它們的性能可以提升這些結(jié)構(gòu)的強度和可靠性，從而防止缺陷的發(fā)展，進(jìn)而提升道路橋梁的使用壽命和交通安全。

6 新技術(shù)與新材料的主要優(yōu)勢

6.1 霞石污泥在道路基層施工中的優(yōu)點

①經(jīng)濟(jì)回報，因為減少使用赤字石材;

②道路施工技術(shù)簡化;

③提升道路交通安全。

6.2 玻璃鋼外殼在橋墩柱應(yīng)用的優(yōu)點

①提升橋梁結(jié)構(gòu)整體的強度和可靠性;

②提升整個結(jié)構(gòu)的使用壽命，因其加強混凝土核心的保護(hù)，對外部侵蝕因素更敏感;

③為交通建設(shè)領(lǐng)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)計算方法和技術(shù)文件的發(fā)展提供條件;

④提升橋梁結(jié)構(gòu)運用時的安全性。

7 總結(jié)

在交通結(jié)構(gòu)中應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)的主要目的是提升交通安全;而使用霞石污泥筑路基層及玻璃纖維復(fù)合材料，可有效保證道橋結(jié)構(gòu)在運行過程中的可靠性，防止危害交通安全的缺陷早期形成，從而提升道路橋梁的交通安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳嘉斌.黃埔大橋鋼橋面鋪裝大修工程質(zhì)量控制指標(biāo)研究[D].

[2]程智，陳云峰.提高公路橋梁安全性的設(shè)計方法[J].科技咨詢導(dǎo)報，2007.

[3]Azanov，B.2014.Recommendations on the use of industrial wastes in road construction. Metallurgist 58（1-2），91-94.