高速公路上的高架双层交通体系的灾害病害影响分析

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(1.岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南 岳阳 414000；2.湖南通达建设工程咨询监理有限公司，湖南 岳阳 414000)

高速公路建设中为了节约土地和减少征地拆迁量，在条件许可的路段可将高速公路做成长达几公里乃至十几公里的高架桥形式，与地面公路结合起来，形成上下两层的立体交通体系[1-3]。近年，这种形式被广泛采用，例如成都-双流机场高速公路(图1左)、杭徽高速公路(图1右)等。

因为这种立体交通体系的上下两层空间均有大量的高速行驶车辆，不论哪层空间发生问题，都可能影响另一层空间的行驶安全。与传统的地面高速公路相比，这种双层立体交通体系存在一些独特的风险和安全问题，需予以重视。

1 上层桥梁病害影响

上层高架桥的桥梁病害可能对下层公路产生危害，桥梁上部结构的常见病害有铰缝混凝土脱落、渗水、钙化，局部伴有钟乳状悬挂物；梁板受损、混凝土崩落；钢筋外露、锈蚀；梁板错台；梁板裂缝等。桥梁下部结构的主要病害有盖梁渗水、钙化；挡块开裂；钢筋外露锈蚀；盖梁悬臂端和立柱出现裂缝等。

这些桥梁病害中，凡是能产生脱落残渣的病害，都可能对下方道路的行车安全产生严重威胁。比如高架桥的主梁底部或者盖梁、挡块等部位因病害而崩落的混凝土残块，或者渗水钙化产生的钟乳状悬挂物崩落，便可能击中下方行驶车辆。若下方公路的车辆行驶速度较高，则这些残块击中车辆时将会产生非常严重的伤害，这种情况有点类似航空器在飞行过程中遭到飞鸟撞击。

这种伤害事故已有发生的实例：2009年6月，某高速公路高架桥的一个盖梁上坠落的混凝土残块，击中了桥下公路上行驶的轿车，酿成事故，幸未造成人员伤亡(见图2)。

此外，高架桥主梁或者盖梁的渗水和漏水，对下层公路的路面也会产生侵蚀，长期的渗水可能破坏其路面结构。

图2 高架桥混凝土残块击中桥下轿车

2 交通事故影响

高速公路高架桥的上层桥梁发生安全事故，比如车辆坠落等，对下层公路可能也会产生影响和危害。反过来，下层公路发生安全事故，比如车辆撞击桥墩、火灾等，情况严重时，对上层高速公路也会产生危害。国内外的既有高架桥上已经发生过多起此类事故。

例如2007年2月，日本东京附近一条双层高速公路上，上层车辆发生交通事故，冲出护栏翻倒，导致上下两层交通同时受到影响(见图3左)。又例如2007年4月，美国加州旧金山通往奥克兰的高速公路高架桥上一辆油罐车撞到路标起火燃烧，高温导致主梁内的钢构件变形熔化，随后混凝土梁体发生断裂坍塌，导致上下两层高速公路同时中断(见图3右)，长达250 m的高架桥路段受到破坏，修复时间需几个月，造成严重的交通问题，使美国最繁忙的交通枢纽之一陷入瘫痪。

由于存在这种上层车辆冲出高架桥落入下层公路的安全隐患，因此从安全方面考虑，卡车和大客车等大型或重载车辆应尽量避免上高架高速公路，而尽量在下层公路上行使。这就要求在交通组织方式上进行优化，可以将轻载和重载车辆进行分流，分层行驶。

为防止下层公路的车辆撞击桥墩而产生的灾害，高架高速公路的桥墩需要做专门的防撞设计研究。高架高速公路的上层桥梁还应全线均设置防抛网，以防上层桥梁上的抛掷物对下层公路行车安全产生危害。这种危害与上层桥梁病害产生脱落残渣的危害程度是等同的。

3 冰雪灾害影响

与传统的地面高速公路相比，高架高速公路与地面公路相结合的立体交通体系更容易受到冰雪灾害的影响。对于上层的高架桥，因为不直接与地表相接，得不到地温作用，背腹受冻，因此严冬季节极易发生桥面冰冻，容易造成事故或经常封道，这一点在2008年中国南方特大冰灾中已有大量实例。而对于高架桥下层的公路，在冬季雨雪天气时，桥下公路路面因受上层桥梁的大面积阴影遮挡(见图1)，阳光照射不到或光照时间过短，路面冰雪往往不易融化，造成封道；或者光照区域不均，造成有的车道无冰雪，有的车道有冰雪的问题。由于下层也是等级公路，车辆行驶速度快，因此车辆在受到路面干扰时极易发生事故。因此高架高速公路需要加强沿线监控措施和管理措施，积极主动地提前采取融雪、除冰、撒沙防滑等安全措施。

4 地震灾害影响

1995年日本阪神大地震中许多高架高速公路倒塌(图4)，阪神高速神户线高架桥的倒塌长度达635 m，严重影响了抢险救灾。日本人总结高架桥遭受破坏的原因有4条[4]：①地震烈度远远超过设计标准；②桥的基础太软；③为追求美观而大量采用独柱桥墩，安全系数低、不稳定，造成大范围墩柱破坏而导致落梁；④架在空中，当然不如在地面稳定，如果不是把高速公路架到空中，也就无所谓跨塌。虽然日本因国土狭小不得不建高架，但地震对高架高速公路的影响结果表明，倘若不是万不得已，还是稳稳当当地把高速公路修在地面上好。

图4 日本阪神地震中跨塌的高架桥堵塞下层道路

美国1971年圣·费尔南多6.4级地震，1987年惠蒂尔5.9级地震，都对很多高架桥产生了严重破坏。尤其是1989年洛马普利塔7.1级地震中，加州大部分高架桥都受到了不同程度破坏，1994年北岭6.7级地震中高架桥的破坏直接导致旧金山海湾地区6条高速公路关闭，经济损失惨重。

综合日本和美国的教训可看出，高架高速公路比传统的地面高速公路更容易受到地震的影响。而且上层高架桥一旦跨塌、落梁，便会堵塞下层公路，上下两条公路可能同时丧失通行能力，等于将地震对公路交通的危害结果放大了2倍。即便高架高速公路的主梁只是发生移位，未跨塌，但是为了安全起见，下层道路一般也需暂时封闭，依然会影响通行能力。因此，高架高速公路的抗震设防等级宜适当提高1～2级。并且应重点加强桥墩的强度，尽量避免采用独柱式桥墩。

5 光环境影响

高架高速公路对光环境的影响主要体现在高架桥下方的公路、高架桥两侧的绿地及农作物。

因为高架高速公路一般至少为双向四车道，当采用整体式结构时，桥宽一般达到25 m以上。过大的桥宽会对下层高速公路的采光产生较大影响。由于上层高架桥的遮挡，下层既有高速公路的光线变的比较昏暗，可能导致司机无法看清中、远距离的交通标志。尤其在强日照条件下，亮、暗反差会加剧，使高架高速公路下产生类似隧道的视觉效应，见图5左，可能导致司机下意识地减慢车速，从而降低通行能力。

为减少光环境的负面影响，应将高架桥底适当抬高，也可将左右两幅桥的主梁缩窄，从而使桥宽减小，并在中间出现一个较宽的空隙，有利于下层公路的采光，避免产生隧道视觉效应。但这种方法会使高架桥中间空出一段盖梁，影响美观。

高架桥采用分离式结构的时候，因为每幅桥的桥宽相对较窄，在两车道时桥宽一般为12.75 m，而且两幅桥之间距离相对较大，因此对下层道路的采光影响相对较小，这非常有利于下层道路的行车安全，见图5右。

但分离式高架桥可能会遮挡住沿线边侧土地上的绿地和农作物的阳光。如果两侧土地是民用住宅或者商业用地时，这种阴影还会对沿线居民房屋的采光和商业用地的价值产生严重影响。

为减少对下层道路交通标志的影响、为了利于下层道路采光，高架桥底部应尽可能抬高，但高架桥的高度越高，桥梁在道路边侧产生的阴影范围也就越大，这两者是矛盾的，因此在拟定具体建设方案时应权衡利弊，找出最优高度。

6 结论

采用高架式高速公路与地面公路相结合的立体交通体系，能有效节约土地，减少征地拆迁量，但同时也存在一些特有的不利因素和负面影响。除了本文探讨的一些因素影响外，在具体工程建设中还会有其他的诸多因素。例如未来的新建高速公路、铁路、高压输电线路等在穿越本线路时可能遇到困难。类似的问题需要在具体的工程建设方案拟定时，结合各地的实际情况，做进一步规划和专门研究，综合考虑、权衡利弊。

高架高速公路至下层公路的净高不宜过低，以免对下层公路的光环境、交通标志的视认性产生干扰。高架桥上部结构宜尽量简洁、并保证施工质量，严防因各种桥梁病害产生的坠落物危害下层公路的行车安全。高架桥的桥墩应格外考虑地震影响、下层公路上的车辆撞击影响等不利因素，配筋宜适当加强，并做专门的验算。高架桥采用连续结构时，每联长度也不宜过长。

[1] 陈海君,何为,曾怀武,等.浙江省高架式高速公路适用性研究[R].杭州:浙江省交通规划设计研究院,2008.

[2] 过沛渊.美国比洛克西I-110高架公路桥[J].国外桥梁,1992(3):19-27.

[3] 张士全.发展高架高速走可持续发展之路[J].华东公路,2005(3):94-96.

[4] 单修政,徐世芳.高架路桥的震害、震害原因及抗震措施[J].灾害学,2000,15(4):55-60.