基于新技術與新材料的道路橋梁交通安全優化研究

張同飛

摘 要：本文對道路和橋梁結構中應用的創新技術和材料進行研究分析。提出利用霞石泥筑路以提高路面碎石抗剪強度的技術建議。該技術有助于防止路面車轍、裂縫和路面早期劣化等缺陷。并提出將復合纖維玻璃材料應用于道路橋梁結構中。近年來，鋼管混凝土技術作為一種提高混凝土承載力的有效手段，已成功地應用于建筑施工中。但它運用在橋梁結構時受到了金屬套管抗腐蝕性能差以及對其他侵蝕性環境影響的抵抗力差的限制。近年來，管道（殼體）等復合纖維玻璃材料得到了開發及應用。它們具有良好的抗惡劣環境影響的能力，與金屬相比耐久性強，抗壓性能好。同時，經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用前景，可提高此類結構的強度和可靠性，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合護套可以提高道橋工程結構在運行過程中的可靠性，防止缺陷的早期發展對交通安全產生負面影響。在交通結構中應用創新技術的主要目的是提升交通安全。

關鍵詞：交通安全;道路建設;橋梁結構;玻璃纖維復合材料;創新技術

中圖分類號：U447 文獻標識碼：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則的要求，還取決于車輛的運行狀況以及道路與橋梁結構。結構缺陷便是道路交通事故最常見的原因之一，當缺陷與其他負面因素同時發生時，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構成安全威脅，故道路與橋梁結構的可靠性問題是至關重要的。作為一個參與者眾多且復雜的公共空間，它對城鎮環境尤為重要。由于交通量的持續增長和機動車道路橋梁結構的負荷的不斷增加，則有必要確保此類結構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量和路面鋪裝層的施工工藝。按相關規范標準要求進行路面施工，結合創新技術提高路面平整度，從而提升路面交通安全。標準碎石基層的缺陷為：碎石圓整、干結合不良（存在粗碎石和/或細碎石塊）、粘結劑處理不足、用舊數據計算路面參數等。而路面結構因車輪振動而產生過壓和重填現象，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構形成材料的要求，而霞石污泥具有膠結和逐漸固化（長達90天）的特性。

橋梁結構中存在的嚴重缺陷會導致支柱破損或塌陷;在交通運行過程中，橋墩承受的可變荷載不斷增大。此外，環境中的負面環境因素也嚴重影響著橋墩。由于橋梁結構的養護周期較長，生命周期的延長和對上述影響的養護問題直接影響到交通安全。本文所研究的復合纖維-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，路面平整度持續下降，主要是由于交通強度的急劇增加導致路面磨損，基層的抗剪力隨之降低。

本文提出采用霞石泥作為結構材料填充碎石層，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用。

通過對碎石基層厚度為25 cm的3種路面結構的運行分析，發現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，上層應具有較強的抗剪力及荷載能力，底層應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）作用下發生相對位移，形成小于0.63 mm的細粒級材料，使基層剛度指數降低。

對于橋梁結構而言，纖維-玻璃復合材料的廣泛應用只是時間問題。與傳統材料（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。所需的數據涉及性質的各向異性、復合材料在抵抗外部沖擊方面的行為、詳細估計材料消耗的方法、編制管理文件和匯編資料等，當前是較為缺乏的。然而，這些材料早已成功應用于航空航天和船舶制造領域，研究與運用這些材料并擴大其應用范圍是全球技術和經濟發展的主要趨勢。經驗的積累使這些材料在我國交通建設領域的應用成為可能，這些材料的獨特性能確保了混合結構的效率，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、抗環境沖擊、建筑和美學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合材料在橋梁建設中的應用數據的有效性。試驗過程中的荷載沖擊條件應盡可能接近橋墩實際加載條件。

為了確定復合材料外殼的應力和了解其破壞機理，進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運輸結構的墩柱，首先應對套管進行中心壓縮測試。采用試驗機對幾種纖維玻璃類型的復合套管進行中心壓縮，其外徑為100 mm，壁厚可達4 mm，最大應力可達600 kN，負荷以1 t增量逐步施加，一直進行到樣品被損毀為止。經過試驗可知：最大應力值為30 t，最大垂直應力達到約11 000 kg/cm2，水平應力達到約4 000 kg/cm2。其次，殼體在現實中會受到彎曲應力，經過試驗可知最大應力可達200 t?？煽康慕饘俑郊O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。采用幾種類型的應變指示器對樣品進行應力讀數;試樣破壞模式如下：達到極限強度后發生典型的破裂聲，機組降低荷載。然而，復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0.7 t·m。最大管壁應力約為：垂直方向——18 000 kg/cm2，水平方向—3 800 kg/cm2。根據模型試驗的結果，嚴重阻力負載通過小樣本足以推薦他們的應用程序在交通設施的建設。

4 復合纖維玻璃外殼和霞石污泥在道路結構工程中的應用

霞石泥穩定碎石基層的施工過程如下：路床準備;再進行污泥在制備層表面的初始分布;再使污泥達到最佳的濕度水平（使用噴水車），應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的淤泥分布。需進行分層壓實，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，是最優質的基層。在道橋施工中使用霞石污泥布置于結合碎石基層，也保證了生態友好性。

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構的強度和可靠性，從而防止缺陷的發展，進而提升道路橋梁的使用壽命和交通安全。

6 新技術與新材料的主要優勢

6.1 霞石污泥在道路基層施工中的優點

①經濟回報，因為減少使用赤字石材;

②道路施工技術簡化;

③提升道路交通安全。

6.2 玻璃鋼外殼在橋墩柱應用的優點

①提升橋梁結構整體的強度和可靠性;

②提升整個結構的使用壽命，因其加強混凝土核心的保護，對外部侵蝕因素更敏感;

③為交通建設領域的復合結構計算方法和技術文件的發展提供條件;

④提升橋梁結構運用時的安全性。

7 總結

在交通結構中應用創新技術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合材料，可有效保證道橋結構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。

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