高速公路上的高架雙層交通體系的災(zāi)害病害影響分析

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(1.岳陽(yáng)市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽(yáng) 414000；2.湖南通達(dá)建設(shè)工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414000)

高速公路建設(shè)中為了節(jié)約土地和減少征地拆遷量，在條件許可的路段可將高速公路做成長(zhǎng)達(dá)幾公里乃至十幾公里的高架橋形式，與地面公路結(jié)合起來(lái)，形成上下兩層的立體交通體系[1-3]。近年，這種形式被廣泛采用，例如成都-雙流機(jī)場(chǎng)高速公路(圖1左)、杭徽高速公路(圖1右)等。

因?yàn)檫@種立體交通體系的上下兩層空間均有大量的高速行駛車(chē)輛，不論哪層空間發(fā)生問(wèn)題，都可能影響另一層空間的行駛安全。與傳統(tǒng)的地面高速公路相比，這種雙層立體交通體系存在一些獨(dú)特的風(fēng)險(xiǎn)和安全問(wèn)題，需予以重視。

1 上層橋梁病害影響

上層高架橋的橋梁病害可能對(duì)下層公路產(chǎn)生危害，橋梁上部結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)病害有鉸縫混凝土脫落、滲水、鈣化，局部伴有鐘乳狀懸掛物；梁板受損、混凝土崩落；鋼筋外露、銹蝕；梁板錯(cuò)臺(tái)；梁板裂縫等。橋梁下部結(jié)構(gòu)的主要病害有蓋梁滲水、鈣化；擋塊開(kāi)裂；鋼筋外露銹蝕；蓋梁懸臂端和立柱出現(xiàn)裂縫等。

這些橋梁病害中，凡是能產(chǎn)生脫落殘?jiān)牟『Γ伎赡軐?duì)下方道路的行車(chē)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。比如高架橋的主梁底部或者蓋梁、擋塊等部位因病害而崩落的混凝土殘塊，或者滲水鈣化產(chǎn)生的鐘乳狀懸掛物崩落，便可能擊中下方行駛車(chē)輛。若下方公路的車(chē)輛行駛速度較高，則這些殘塊擊中車(chē)輛時(shí)將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的傷害，這種情況有點(diǎn)類(lèi)似航空器在飛行過(guò)程中遭到飛鳥(niǎo)撞擊。

這種傷害事故已有發(fā)生的實(shí)例：2009年6月，某高速公路高架橋的一個(gè)蓋梁上墜落的混凝土殘塊，擊中了橋下公路上行駛的轎車(chē)，釀成事故，幸未造成人員傷亡(見(jiàn)圖2)。

此外，高架橋主梁或者蓋梁的滲水和漏水，對(duì)下層公路的路面也會(huì)產(chǎn)生侵蝕，長(zhǎng)期的滲水可能破壞其路面結(jié)構(gòu)。

圖2 高架橋混凝土殘塊擊中橋下轎車(chē)

2 交通事故影響

高速公路高架橋的上層橋梁發(fā)生安全事故，比如車(chē)輛墜落等，對(duì)下層公路可能也會(huì)產(chǎn)生影響和危害。反過(guò)來(lái)，下層公路發(fā)生安全事故，比如車(chē)輛撞擊橋墩、火災(zāi)等，情況嚴(yán)重時(shí)，對(duì)上層高速公路也會(huì)產(chǎn)生危害。國(guó)內(nèi)外的既有高架橋上已經(jīng)發(fā)生過(guò)多起此類(lèi)事故。

例如2007年2月，日本東京附近一條雙層高速公路上，上層車(chē)輛發(fā)生交通事故，沖出護(hù)欄翻倒，導(dǎo)致上下兩層交通同時(shí)受到影響(見(jiàn)圖3左)。又例如2007年4月，美國(guó)加州舊金山通往奧克蘭的高速公路高架橋上一輛油罐車(chē)撞到路標(biāo)起火燃燒，高溫導(dǎo)致主梁內(nèi)的鋼構(gòu)件變形熔化，隨后混凝土梁體發(fā)生斷裂坍塌，導(dǎo)致上下兩層高速公路同時(shí)中斷(見(jiàn)圖3右)，長(zhǎng)達(dá)250 m的高架橋路段受到破壞，修復(fù)時(shí)間需幾個(gè)月，造成嚴(yán)重的交通問(wèn)題，使美國(guó)最繁忙的交通樞紐之一陷入癱瘓。

由于存在這種上層車(chē)輛沖出高架橋落入下層公路的安全隱患，因此從安全方面考慮，卡車(chē)和大客車(chē)等大型或重載車(chē)輛應(yīng)盡量避免上高架高速公路，而盡量在下層公路上行使。這就要求在交通組織方式上進(jìn)行優(yōu)化，可以將輕載和重載車(chē)輛進(jìn)行分流，分層行駛。

為防止下層公路的車(chē)輛撞擊橋墩而產(chǎn)生的災(zāi)害，高架高速公路的橋墩需要做專(zhuān)門(mén)的防撞設(shè)計(jì)研究。高架高速公路的上層橋梁還應(yīng)全線均設(shè)置防拋網(wǎng)，以防上層橋梁上的拋擲物對(duì)下層公路行車(chē)安全產(chǎn)生危害。這種危害與上層橋梁病害產(chǎn)生脫落殘?jiān)奈：Τ潭仁堑韧摹?/p>

3 冰雪災(zāi)害影響

與傳統(tǒng)的地面高速公路相比，高架高速公路與地面公路相結(jié)合的立體交通體系更容易受到冰雪災(zāi)害的影響。對(duì)于上層的高架橋，因?yàn)椴恢苯优c地表相接，得不到地溫作用，背腹受凍，因此嚴(yán)冬季節(jié)極易發(fā)生橋面冰凍，容易造成事故或經(jīng)常封道，這一點(diǎn)在2008年中國(guó)南方特大冰災(zāi)中已有大量實(shí)例。而對(duì)于高架橋下層的公路，在冬季雨雪天氣時(shí)，橋下公路路面因受上層橋梁的大面積陰影遮擋(見(jiàn)圖1)，陽(yáng)光照射不到或光照時(shí)間過(guò)短，路面冰雪往往不易融化，造成封道；或者光照區(qū)域不均，造成有的車(chē)道無(wú)冰雪，有的車(chē)道有冰雪的問(wèn)題。由于下層也是等級(jí)公路，車(chē)輛行駛速度快，因此車(chē)輛在受到路面干擾時(shí)極易發(fā)生事故。因此高架高速公路需要加強(qiáng)沿線監(jiān)控措施和管理措施，積極主動(dòng)地提前采取融雪、除冰、撒沙防滑等安全措施。

4 地震災(zāi)害影響

1995年日本阪神大地震中許多高架高速公路倒塌(圖4)，阪神高速神戶(hù)線高架橋的倒塌長(zhǎng)度達(dá)635 m，嚴(yán)重影響了搶險(xiǎn)救災(zāi)。日本人總結(jié)高架橋遭受破壞的原因有4條[4]：①地震烈度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；②橋的基礎(chǔ)太軟；③為追求美觀而大量采用獨(dú)柱橋墩，安全系數(shù)低、不穩(wěn)定，造成大范圍墩柱破壞而導(dǎo)致落梁；④架在空中，當(dāng)然不如在地面穩(wěn)定，如果不是把高速公路架到空中，也就無(wú)所謂跨塌。雖然日本因國(guó)土狹小不得不建高架，但地震對(duì)高架高速公路的影響結(jié)果表明，倘若不是萬(wàn)不得已，還是穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)匕迅咚俟沸拊诘孛嫔虾谩?/p>

圖4 日本阪神地震中跨塌的高架橋堵塞下層道路

美國(guó)1971年圣·費(fèi)爾南多6.4級(jí)地震，1987年惠蒂爾5.9級(jí)地震，都對(duì)很多高架橋產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞。尤其是1989年洛馬普利塔7.1級(jí)地震中，加州大部分高架橋都受到了不同程度破壞，1994年北嶺6.7級(jí)地震中高架橋的破壞直接導(dǎo)致舊金山海灣地區(qū)6條高速公路關(guān)閉，經(jīng)濟(jì)損失慘重。

綜合日本和美國(guó)的教訓(xùn)可看出，高架高速公路比傳統(tǒng)的地面高速公路更容易受到地震的影響。而且上層高架橋一旦跨塌、落梁，便會(huì)堵塞下層公路，上下兩條公路可能同時(shí)喪失通行能力，等于將地震對(duì)公路交通的危害結(jié)果放大了2倍。即便高架高速公路的主梁只是發(fā)生移位，未跨塌，但是為了安全起見(jiàn)，下層道路一般也需暫時(shí)封閉，依然會(huì)影響通行能力。因此，高架高速公路的抗震設(shè)防等級(jí)宜適當(dāng)提高1～2級(jí)。并且應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)橋墩的強(qiáng)度，盡量避免采用獨(dú)柱式橋墩。

5 光環(huán)境影響

高架高速公路對(duì)光環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在高架橋下方的公路、高架橋兩側(cè)的綠地及農(nóng)作物。

因?yàn)楦呒芨咚俟芬话阒辽贋殡p向四車(chē)道，當(dāng)采用整體式結(jié)構(gòu)時(shí)，橋?qū)捯话氵_(dá)到25 m以上。過(guò)大的橋?qū)挄?huì)對(duì)下層高速公路的采光產(chǎn)生較大影響。由于上層高架橋的遮擋，下層既有高速公路的光線變的比較昏暗，可能導(dǎo)致司機(jī)無(wú)法看清中、遠(yuǎn)距離的交通標(biāo)志。尤其在強(qiáng)日照條件下，亮、暗反差會(huì)加劇，使高架高速公路下產(chǎn)生類(lèi)似隧道的視覺(jué)效應(yīng)，見(jiàn)圖5左，可能導(dǎo)致司機(jī)下意識(shí)地減慢車(chē)速，從而降低通行能力。

為減少光環(huán)境的負(fù)面影響，應(yīng)將高架橋底適當(dāng)抬高，也可將左右兩幅橋的主梁縮窄，從而使橋?qū)挏p小，并在中間出現(xiàn)一個(gè)較寬的空隙，有利于下層公路的采光，避免產(chǎn)生隧道視覺(jué)效應(yīng)。但這種方法會(huì)使高架橋中間空出一段蓋梁，影響美觀。

高架橋采用分離式結(jié)構(gòu)的時(shí)候，因?yàn)槊糠鶚虻臉驅(qū)捪鄬?duì)較窄，在兩車(chē)道時(shí)橋?qū)捯话銥?2.75 m，而且兩幅橋之間距離相對(duì)較大，因此對(duì)下層道路的采光影響相對(duì)較小，這非常有利于下層道路的行車(chē)安全，見(jiàn)圖5右。

但分離式高架橋可能會(huì)遮擋住沿線邊側(cè)土地上的綠地和農(nóng)作物的陽(yáng)光。如果兩側(cè)土地是民用住宅或者商業(yè)用地時(shí)，這種陰影還會(huì)對(duì)沿線居民房屋的采光和商業(yè)用地的價(jià)值產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

為減少對(duì)下層道路交通標(biāo)志的影響、為了利于下層道路采光，高架橋底部應(yīng)盡可能抬高，但高架橋的高度越高，橋梁在道路邊側(cè)產(chǎn)生的陰影范圍也就越大，這兩者是矛盾的，因此在擬定具體建設(shè)方案時(shí)應(yīng)權(quán)衡利弊，找出最優(yōu)高度。

6 結(jié)論

采用高架式高速公路與地面公路相結(jié)合的立體交通體系，能有效節(jié)約土地，減少征地拆遷量，但同時(shí)也存在一些特有的不利因素和負(fù)面影響。除了本文探討的一些因素影響外，在具體工程建設(shè)中還會(huì)有其他的諸多因素。例如未來(lái)的新建高速公路、鐵路、高壓輸電線路等在穿越本線路時(shí)可能遇到困難。類(lèi)似的問(wèn)題需要在具體的工程建設(shè)方案擬定時(shí)，結(jié)合各地的實(shí)際情況，做進(jìn)一步規(guī)劃和專(zhuān)門(mén)研究，綜合考慮、權(quán)衡利弊。

高架高速公路至下層公路的凈高不宜過(guò)低，以免對(duì)下層公路的光環(huán)境、交通標(biāo)志的視認(rèn)性產(chǎn)生干擾。高架橋上部結(jié)構(gòu)宜盡量簡(jiǎn)潔、并保證施工質(zhì)量，嚴(yán)防因各種橋梁病害產(chǎn)生的墜落物危害下層公路的行車(chē)安全。高架橋的橋墩應(yīng)格外考慮地震影響、下層公路上的車(chē)輛撞擊影響等不利因素，配筋宜適當(dāng)加強(qiáng)，并做專(zhuān)門(mén)的驗(yàn)算。高架橋采用連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí)，每聯(lián)長(zhǎng)度也不宜過(guò)長(zhǎng)。

[1] 陳海君,何為,曾懷武,等.浙江省高架式高速公路適用性研究[R].杭州:浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2008.

[2] 過(guò)沛淵.美國(guó)比洛克西I-110高架公路橋[J].國(guó)外橋梁,1992(3):19-27.

[3] 張士全.發(fā)展高架高速走可持續(xù)發(fā)展之路[J].華東公路,2005(3):94-96.

[4] 單修政,徐世芳.高架路橋的震害、震害原因及抗震措施[J].災(zāi)害學(xué),2000,15(4):55-60.