基于新技术与新材料的道路桥梁交通安全优化研究

张同飞

摘 要：本文对道路和桥梁结构中应用的创新技术和材料进行研究分析。提出利用霞石泥筑路以提高路面碎石抗剪强度的技术建议。该技术有助于防止路面车辙、裂缝和路面早期劣化等缺陷。并提出将复合纤维玻璃材料应用于道路桥梁结构中。近年来，钢管混凝土技术作为一种提高混凝土承载力的有效手段，已成功地应用于建筑施工中。但它运用在桥梁结构时受到了金属套管抗腐蚀性能差以及对其他侵蚀性环境影响的抵抗力差的限制。近年来，管道（壳体）等复合纤维玻璃材料得到了开发及应用。它们具有良好的抗恶劣环境影响的能力，与金属相比耐久性强，抗压性能好。同时，經过实验研究证实了纤维玻璃具有较高的强度。纤维玻璃套管具有的良好性能，在桥墩柱中具有广阔的应用前景，可提高此类结构的强度和可靠性，增加其使用寿命。此外，在道路路面和桥墩中使用霞石泥和玻璃纤维复合护套可以提高道桥工程结构在运行过程中的可靠性，防止缺陷的早期发展对交通安全产生负面影响。在交通结构中应用创新技术的主要目的是提升交通安全。

关键词：交通安全;道路建设;桥梁结构;玻璃纤维复合材料;创新技术

中图分类号：U447 文献标识码：A

1 综述

交通安全不仅取决于所有参与者是否遵行道路交通规则的要求，还取决于车辆的运行状况以及道路与桥梁结构。结构缺陷便是道路交通事故最常见的原因之一，当缺陷与其他负面因素同时发生时，将阻碍所有交通参与者的正常运行。因这些情况对人身生命财产构成安全威胁，故道路与桥梁结构的可靠性问题是至关重要的。作为一个参与者众多且复杂的公共空间，它对城镇环境尤为重要。由于交通量的持续增长和机动车道路桥梁结构的负荷的不断增加，则有必要确保此类结构在其整个使用寿命期间的可靠性。

2 材料和方法

路面交通安全的主要指标为路面平整度与缺陷性，维持道路路面平整度主要取决于所采用的施工材料的质量和路面铺装层的施工工艺。按相关规范标准要求进行路面施工，结合创新技术提高路面平整度，从而提升路面交通安全。标准碎石基层的缺陷为：碎石圆整、干结合不良（存在粗碎石和/或细碎石块）、粘结剂处理不足、用旧数据计算路面参数等。而路面结构因车轮振动而产生过压和重填现象，直接影响路面平整度，影响路面的安全运行。这便提出了寻找新的结构形成材料的要求，而霞石污泥具有胶结和逐渐固化（长达90天）的特性。

桥梁结构中存在的严重缺陷会导致支柱破损或塌陷;在交通运行过程中，桥墩承受的可变荷载不断增大。此外，环境中的负面环境因素也严重影响着桥墩。由于桥梁结构的养护周期较长，生命周期的延长和对上述影响的养护问题直接影响到交通安全。本文所研究的复合纤维-玻璃外壳具有足够强的抗剪、抗扭、抗压性能以及抗腐蚀性。

3 霞石泥在道路路面中的作用

在道桥工程运行一段时间后，路面平整度持续下降，主要是由于交通强度的急剧增加导致路面磨损，基层的抗剪力随之降低。

本文提出采用霞石泥作为结构材料填充碎石层，提高道路碎石基层抗剪强度。表3-1列出了处理和陈化霞石污泥的基本应用。

通过对碎石基层厚度为25 cm的3种路面结构的运行分析，发现基层上层车辆车轮荷载是基层的10倍以上。因此，为了提升抗剪力，上层应具有较强的抗剪力及荷载能力，底层应均匀分布施加在路基上方的荷载。碎石块在基本荷载（垂直与水平荷载）作用下发生相对位移，形成小于0.63 mm的细粒级材料，使基层刚度指数降低。

对于桥梁结构而言，纤维-玻璃复合材料的广泛应用只是时间问题。与传统材料（钢筋砼）相比，对这些材料的研究较少，是制约普及的主要因素。所需的数据涉及性质的各向异性、复合材料在抵抗外部冲击方面的行为、详细估计材料消耗的方法、编制管理文件和汇编资料等，当前是较为缺乏的。然而，这些材料早已成功应用于航空航天和船舶制造领域，研究与运用这些材料并扩大其应用范围是全球技术和经济发展的主要趋势。经验的积累使这些材料在我国交通建设领域的应用成为可能，这些材料的独特性能确保了混合结构的效率，并提高了其操作安全性。交通运输建筑最重要的特点有：高强度、耐久性、抗环境冲击、建筑和美学潜力以及性能的灵活性。然而，需要实验验证来证实收集到的复合材料在桥梁建设中的应用数据的有效性。试验过程中的荷载冲击条件应尽可能接近桥墩实际加载条件。

为了确定复合材料外壳的应力和了解其破坏机理，进行了不同桥梁荷载作用下的模型试验。因给定的载荷类型会影响大多数运输结构的墩柱，首先应对套管进行中心压缩测试。采用试验机对几种纤维玻璃类型的复合套管进行中心压缩，其外径为100 mm，壁厚可达4 mm，最大应力可达600 kN，负荷以1 t增量逐步施加，一直进行到样品被损毁为止。经过试验可知：最大应力值为30 t，最大垂直应力达到约11 000 kg/cm²，水平应力达到约4 000 kg/cm²。其次，壳体在现实中会受到弯曲应力，经过试验可知最大应力可达200 t。可靠的金属附件设计和特别制造，以固定外壳。该装置施加于套管上的压力每分钟下降0.5 cm。采用几种类型的应变指示器对样品进行应力读数;试样破坏模式如下：达到极限强度后发生典型的破裂声，机组降低荷载。然而，复合套管不能完全破碎，能够承受较小的载荷。最大弯矩在破坏达0.7 t·m。最大管壁应力约为：垂直方向——18 000 kg/cm²，水平方向—3 800 kg/cm²。根据模型试验的结果，严重阻力负载通过小样本足以推荐他们的应用程序在交通设施的建设。

4 复合纤维玻璃外壳和霞石污泥在道路结构工程中的应用

霞石泥稳定碎石基层的施工过程如下：路床准备;再进行污泥在制备层表面的初始分布;再使污泥达到最佳的湿度水平（使用喷水车），应使用平地机或表面仿形机混合;然后考虑所需层面坡度和压实系数的淤泥分布。需进行分层压实，密度值为0.98。最后的压实是使用气动辊。霞石泥的分布和压实之间的间隙实际上是无限的;这种技术提供所需的强度，并防止车辙、裂缝和道路路面损坏等缺陷的发展。

5 交通安全保障措施

在保证基层刚度和路面平整度的前提下，道路的可靠运行是可能的。由分散材料（霞石污泥、铝土矿污泥、高炉矿渣等）加固而成的基层，从最高效的角度看，是最优质的基层。在道桥施工中使用霞石污泥布置于结合碎石基层，也保证了生态友好性。

笔者推荐在桥墩柱中使用纤维玻璃外壳，因为它们的性能可以提升这些结构的强度和可靠性，从而防止缺陷的发展，进而提升道路桥梁的使用寿命和交通安全。

6 新技术与新材料的主要优势

6.1 霞石污泥在道路基层施工中的优点

①经济回报，因为减少使用赤字石材;

②道路施工技术简化;

③提升道路交通安全。

6.2 玻璃钢外壳在桥墩柱应用的优点

①提升桥梁结构整体的强度和可靠性;

②提升整个结构的使用寿命，因其加强混凝土核心的保护，对外部侵蚀因素更敏感;

③为交通建设领域的复合结构计算方法和技术文件的发展提供条件;

④提升桥梁结构运用时的安全性。

7 总结

在交通结构中应用创新技术的主要目的是提升交通安全;而使用霞石污泥筑路基层及玻璃纤维复合材料，可有效保证道桥结构在运行过程中的可靠性，防止危害交通安全的缺陷早期形成，从而提升道路桥梁的交通安全。

参考文献：

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[2]程智，陈云峰.提高公路桥梁安全性的设计方法[J].科技咨询导报，2007.

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