山區(qū)高速公路安全韌性提升研究及思考前言隨著國家戰(zhàn)略布局和基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的需求，公路、鐵路等橋梁逐漸向山區(qū)、深山區(qū)邁進(jìn)，復(fù)雜地形地質(zhì)及特殊氣候和不良地域環(huán)境等各種風(fēng)險(xiǎn)疊加，特別是一些不利因素耦合和多次疊加，導(dǎo)致高速公路路基、橋梁、隧道突發(fā)病害發(fā)生幾率急劇增大。如去年的廣東梅大、陜西柞水和四川雅康等，都給我們?cè)俅吻庙懥松絽^(qū)橋梁全壽命安全的警鐘，山區(qū)高速公路路基、橋梁及隧道的安全韌性設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究是確保復(fù)雜地形條件下高速公路路基穩(wěn)定、橋梁及隧道結(jié)構(gòu)安全、耐久及抗災(zāi)能力的關(guān)鍵課題，需綜合考慮地質(zhì)、氣候、生態(tài)等多重挑戰(zhàn)。鑒于此，結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)和近期的一些思考，以下談幾點(diǎn)個(gè)人看法，供參考，不當(dāng)之處請(qǐng)批評(píng)指正。四川康定隧間橋梁垮塌事故7·19陜西柞水大橋塌方事故CONTENTS目錄05040302山區(qū)高速公路安全韌性設(shè)計(jì)核心考慮山區(qū)橋梁施工技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新高速公路安全韌性提升關(guān)鍵策略未來研究方向01 高速公路主要安全風(fēng)險(xiǎn)山區(qū)橋梁安全韌性設(shè)計(jì)的核心考慮1、高速公路路基主要安全風(fēng)險(xiǎn)如果把路基也當(dāng)做一種結(jié)構(gòu)去看，那么不妨從工程結(jié)構(gòu)安全角度、維度去思考，究竟有哪些結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)？特別是在極端惡劣氣候頻發(fā)情況下又會(huì)誘導(dǎo)或引發(fā)哪些新的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)增量？如何應(yīng)對(duì)？

先從路基結(jié)構(gòu)安全談起，大致分路基基底及處理、路堤填筑及邊坡防護(hù)、上路堤填筑及路床處理、路塹開挖及邊坡防護(hù)、每個(gè)部位的防排水等五大部分。目前，從發(fā)生的幾起風(fēng)險(xiǎn)及事故來看，主要是路基基底失穩(wěn)和水毀會(huì)引發(fā)大的安全事故。有以下幾種情況：1、高速公路路基主要安全風(fēng)險(xiǎn)01

路基基底整體或局部滑坡、滑移、坍塌，主要是陡斜坡基底，古滑坡體上，斜坡基底地質(zhì)較差、覆蓋層較厚且松散破碎，軟巖基底或西南地區(qū)局部坡腳軟土基底處置不到位和地下排水系統(tǒng)不完善等。02

水毀失穩(wěn)下滑，陡斜坡基底地下水浸泡或地表水進(jìn)入路基基底變成為地下水，西南地區(qū)等軟巖基底被水浸泡，陡斜坡坡腳軟土或不良地質(zhì)，雞爪地形沖溝溝底地下及地表排水系統(tǒng)不完善等。1、高速公路路基主要安全風(fēng)險(xiǎn)03

路基不均勻沉降開裂下沉等，路基填料采用軟巖或路基基底為軟巖等不良地質(zhì)，地下排水系統(tǒng)不完善，極端惡劣氣候?qū)е掠晁M(jìn)入路基浸泡路基填料或基底，引發(fā)的不均勻沉降甚至是滑塌等。04

極端惡劣氣候引發(fā)的周邊環(huán)境改變和和不良地質(zhì)因素耦合疊加導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)增量劇增形成新的地質(zhì)災(zāi)害，如路基作為帶狀結(jié)構(gòu)，肯定會(huì)改變?cè)械牡匦蔚孛布白匀慌潘到y(tǒng)，如果設(shè)計(jì)或施工考慮不全，沒有一套完整的地下和地表排水系統(tǒng)，特別是在雨季施工，施工工序轉(zhuǎn)換和交叉及銜接過程中，各個(gè)排水系統(tǒng)還沒有完全發(fā)揮各自的作用，水的隱患及風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)埋入其中，一旦遇到極端惡劣氣候，或條件具備就會(huì)從量變到質(zhì)變，突發(fā)滑坡、塌方等災(zāi)害。2、高速公路橋梁主要安全風(fēng)險(xiǎn)從橋梁結(jié)構(gòu)安全談起，從目前發(fā)生的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要是水毀和滑坡及泥石流、雪崩引起，地震是另一種災(zāi)害。有以下幾種情況：01

泥石流引起的對(duì)墩柱和樁基沖撞毀壞，在泥石流沖溝溝底設(shè)置了墩柱，由于極端惡劣氣候影響，原本不是泥石流沖溝，結(jié)果變成或發(fā)生了特大泥石流，后果肯定是樁柱斷裂橋毀車亡；盡可能采用橋梁加大跨徑一跨跨越，如桃巴高速石橋河由小跨徑優(yōu)化設(shè)計(jì)為大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，徹底消除了泥石流隱患。02

雪崩引起的災(zāi)害。2、高速公路橋梁主要安全風(fēng)險(xiǎn)03

季節(jié)性河道或是沖溝設(shè)置了小跨徑橋梁跨越，河溝中設(shè)置了大量的小直徑樁基和立柱，一旦遇到特大暴雨或爆發(fā)特大山洪，甚至不排除夾帶大的漂浮物的沖擊、沖撞和局部沖刷，以及特大洪水的排頭兵一般都是泥石流引路，后果肯定是立柱斷裂，橋梁垮塌。04

深厚沙卵石河床一般采用較短的樁基，因?yàn)橛X得摩擦力較大，但是一旦遇到極端惡劣氣候引發(fā)的特大洪水的沖擊和局部沖刷會(huì)特別嚴(yán)重，同時(shí)不排除地震會(huì)引發(fā)的瞬間液化會(huì)導(dǎo)致橋梁垮塌或不均勻沉降開裂等；如林拉某特大橋的樁基樁長(zhǎng)的優(yōu)化，對(duì)于此種或類似復(fù)雜地質(zhì)條件下需要考慮一個(gè)最短安全樁長(zhǎng)的要求。2、高速公路橋梁主要安全風(fēng)險(xiǎn)05

濕陷性黃土地區(qū)盡可能設(shè)置端承樁或避開古河道，一旦遇到極端惡劣氣候引發(fā)的特大洪水，水對(duì)濕陷性黃土的沖刷和切割遠(yuǎn)比想象中或計(jì)算的更嚴(yán)重和更可怕。06

陡斜坡覆蓋層較厚、松散破碎、地質(zhì)較差的橋位需要考慮一個(gè)最短安全樁長(zhǎng)，也就是樁基有足夠的入巖和錨固長(zhǎng)度，同時(shí)需要考慮有足夠的直徑能夠滿足山體覆蓋層滑塌時(shí)，樁基不被滑走或剪斷。3、高速公路隧道主要安全風(fēng)險(xiǎn)隧道結(jié)構(gòu)安全，主要是洞口坍塌和洞內(nèi)地下暗河引發(fā)的路面拱起和沖毀等。隧道洞口沒有避開沖溝、泥石流及滑坡和雪崩等，極端惡劣氣候引發(fā)的特大洪水或泥石流沖刷引起的洞口坍塌或倒灌及堵塞、淤積等。隧道內(nèi)暗河已發(fā)現(xiàn)處理不徹底或不當(dāng)，未發(fā)現(xiàn)和未處理，以及遭遇極端惡劣氣候引發(fā)的新的增量等，導(dǎo)致洞內(nèi)二襯開裂漏水，路面拱起堵塞等。這些大的風(fēng)險(xiǎn)，再加上極端惡劣氣候影響下新的風(fēng)險(xiǎn)增量，對(duì)其增量的預(yù)判和預(yù)處理如何應(yīng)對(duì)？需要進(jìn)一步研究和踐行防火型管理理念。山區(qū)高速公路安全韌性設(shè)計(jì)核心考慮二、山區(qū)高速公路安全韌性設(shè)計(jì)核心考慮設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地貌地質(zhì)及環(huán)境的深度融合，一個(gè)結(jié)構(gòu)選址需要考慮環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險(xiǎn)及影響，同時(shí)需要考慮結(jié)構(gòu)施工過程到建成運(yùn)營(yíng)對(duì)周邊環(huán)境的改變和影響，特別是對(duì)周邊環(huán)境及自然水系和溝谷及地形地貌的改變和影響，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖上或電腦上的布孔，具體的樁位一定要深度融合現(xiàn)場(chǎng)所有的地形地貌、地質(zhì)環(huán)境水系地質(zhì)災(zāi)害等信息。還是那句話，不能將樁位布設(shè)在沖溝溝底、季節(jié)性河流中間、滑坡體等極易發(fā)生泥石流、特大洪水等危險(xiǎn)的位置上，特別是遭遇極端惡劣氣候?qū)Νh(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的疊加和耦合，原來的不可能變成為可能，原來的百年一遇變成了一年一遇甚至是幾遇。2.1地質(zhì)地形及氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)從選線源頭上加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)排查及辯識(shí)，不管是路基、橋梁還是隧道，甚至包括涵洞及通道，都看做是一個(gè)結(jié)構(gòu)，需要從結(jié)構(gòu)安全上去把控，也就是不要把結(jié)構(gòu)置于死地或兇險(xiǎn)之地，能避開盡量避開，實(shí)在避不開的就加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)增量防控，盡可能減少水中小跨徑橋墩，采用一跨跨越或增大跨徑，特別是不要將橋墩設(shè)在沖溝溝底或河流中央最湍急的部位。比如，滑坡體，泥石流，雪崩，堆積體，古河道，陡斜坡，暴漲爆落的季節(jié)性河流等。（1）從選線源頭提升質(zhì)量及安全韌性可采用無人機(jī)航測(cè)、三維地質(zhì)建模技術(shù)，識(shí)別潛在滑坡、斷層、巖溶、泥石流等風(fēng)險(xiǎn)。（2）精細(xì)化地質(zhì)勘察2.1地質(zhì)地形及氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全從工程風(fēng)水學(xué)上要有一個(gè)總體的把控，在選擇和確定工程結(jié)構(gòu)位置和選址時(shí)，需要避開兇位、險(xiǎn)位，結(jié)合周邊環(huán)境，用防火型管理的思維或風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和預(yù)控的思維，特別是對(duì)特殊不良地質(zhì)疊加極端惡劣氣候影響產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害增量的風(fēng)險(xiǎn)提級(jí)設(shè)防。不要一看到風(fēng)水就說其是迷信，工程風(fēng)水實(shí)際上就是一種工程選址放在那種地質(zhì)地形及環(huán)境下能夠保證全生命周期安全的科學(xué)技術(shù)研究，也是一種工程安全意識(shí)的建立，換句話來說就是對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)選址會(huì)自然而然產(chǎn)生一種風(fēng)險(xiǎn)判斷的意識(shí)，會(huì)將時(shí)間拉長(zhǎng)，拉長(zhǎng)到以后幾十年可能發(fā)生的極大的風(fēng)險(xiǎn)的思維意識(shí)。（3）從工程風(fēng)水學(xué)上提升結(jié)構(gòu)安全及質(zhì)量韌性針對(duì)軟基、陡坡等復(fù)雜地基，采用樁基托換、微型鋼管樁等技術(shù)。陡斜坡樁基需引入一個(gè)最短安全樁長(zhǎng)、安全禁邊、有效入巖及嵌巖最短安全深度的驗(yàn)算。（4）差異化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2.1地質(zhì)地形及氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)設(shè)置抗滑樁、錨索加固結(jié)構(gòu)，防范地震、泥石流沖擊。如，防泥石流壩及通道等。（5）抗地質(zhì)災(zāi)害設(shè)計(jì)不是所有的結(jié)構(gòu)和跨徑都能夠采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化就做不到差異化，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是千變?nèi)f化，所有在現(xiàn)場(chǎng)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際深度融合的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究標(biāo)準(zhǔn)化，也就是將每一個(gè)樁位布設(shè)后，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際放樣后，結(jié)合實(shí)際再去優(yōu)化，用差異化和精細(xì)化去規(guī)避和繞開一些可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害及自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等。針對(duì)陡斜坡、滑坡體、泥石流沖溝，跨河、跨溝及臨河、臨溝等可以采用非標(biāo)準(zhǔn)跨徑設(shè)計(jì)，不宜在季節(jié)性溝底或易爆發(fā)山洪及泥石流的溝底或河中設(shè)置小直徑的樁基及立柱，盡可能避開或跨越。（6）標(biāo)準(zhǔn)化與差異化管理及非標(biāo)準(zhǔn)跨徑設(shè)計(jì)2.2結(jié)構(gòu)安全與冗余設(shè)計(jì)1、韌性目標(biāo)量化基于性能的設(shè)計(jì)方法（PBD），明確橋梁在極端荷載（如百年一遇洪水、地震）下的可修復(fù)性指標(biāo)。2、冗余結(jié)構(gòu)體系采用多跨連續(xù)剛構(gòu)橋、雙柱式橋墩等冗余配置，避免單點(diǎn)失效導(dǎo)致整體垮塌。

如，墩梁固結(jié)等。2.2結(jié)構(gòu)安全與冗余設(shè)計(jì)3、材料韌性提升使用高強(qiáng)混凝土、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）提升抗裂與抗疲勞性能。4、裝配化設(shè)計(jì)大修、更換及提升應(yīng)急快速修復(fù)處治速度，盡可能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)、下構(gòu)、上構(gòu)和附屬護(hù)欄等全裝配化設(shè)計(jì)及施工。2.2結(jié)構(gòu)安全與冗余設(shè)計(jì)5、提升安全任性設(shè)計(jì)復(fù)雜地形極端氣候特殊環(huán)境下小跨徑橋梁安全韌性設(shè)計(jì)提升，結(jié)合實(shí)際，提升現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)辯識(shí)。如，陡斜坡樁基需要考慮地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害的影響，也就是需要提高抵抗地質(zhì)災(zāi)害的樁基安全韌性及研究。2.3全壽命周期韌性管理01

智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署光纖傳感器、無人機(jī)巡檢，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形、裂縫及環(huán)境荷載變化。德余烏江特大橋通過采用智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)主拱圈以及塔架、錨索、錨碇等大臨結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、風(fēng)速等進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)警監(jiān)控，保證施工安全。2.3全壽命周期韌性管理2、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)合大數(shù)據(jù)與AI算法，預(yù)測(cè)橋梁退化趨勢(shì)并制定維護(hù)策略。3、極端氣候不良地域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控及應(yīng)急極端氣候不良地域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控及應(yīng)急，利用大數(shù)據(jù)檢索和快速聯(lián)動(dòng)，及時(shí)反饋和發(fā)出預(yù)警及預(yù)報(bào)，提前做好預(yù)防，提高突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)快速發(fā)現(xiàn)和快速救援能力。2.3全壽命周期韌性管理04

全生命周期動(dòng)態(tài)精細(xì)化管理應(yīng)用EPC及全壽命、全過程管理理念，從選線到施工圖設(shè)計(jì)，提前謀劃永臨結(jié)合，大臨設(shè)計(jì)、管養(yǎng)維護(hù)納入到永久設(shè)計(jì)施工里。過程結(jié)合實(shí)際做好優(yōu)化設(shè)計(jì)和變更設(shè)計(jì)。如，新疆西藏西南云貴川渝兩廣及江浙閩贛及荊楚等復(fù)雜地形地域環(huán)境。無人機(jī)傾斜攝影

+BIM梁廠規(guī)劃鋼結(jié)構(gòu)復(fù)拼場(chǎng)和碼頭共建，減少占地扣掛系統(tǒng)利用引橋承臺(tái)作為后錨山區(qū)橋梁施工技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新3.1復(fù)雜地形施工挑戰(zhàn)1、模塊化與裝配化施工采用預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)，減少現(xiàn)場(chǎng)澆筑場(chǎng)地處理、施工平臺(tái)、施工便道、墩臺(tái)及系梁基坑開挖對(duì)山體穩(wěn)定性的破壞。2、生態(tài)友好型施工通過便道優(yōu)化、棄渣再利用降低植被破壞，應(yīng)用綠色防護(hù)（如植生混凝土）。3.1復(fù)雜地形施工挑戰(zhàn)3、陡坡運(yùn)輸技術(shù)研發(fā)輕型纜索吊裝系統(tǒng)或軌道及管道運(yùn)輸裝置，解決重型機(jī)械無法進(jìn)場(chǎng)，及橋梁施工運(yùn)輸通道等問題。4、便道優(yōu)化設(shè)計(jì)陡峭地形破碎地質(zhì)環(huán)境脆弱地區(qū)，便道設(shè)計(jì)施工盡可能少破壞或不破壞，可采用裝配式式便橋及全裝配式一體化考慮。如新疆、西藏、云南等地區(qū)，烏江特大橋就曾經(jīng)采用跨墩龍門及棧橋?qū)崿F(xiàn)垂直提升，代替施工便道，環(huán)保效果非常明顯。3.1復(fù)雜地形施工挑戰(zhàn)5、關(guān)于大臨設(shè)施及臨時(shí)工程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置從大臨到永久結(jié)構(gòu)安全的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，一般是十年、二十年、三十年、五十年、一百年等，我們都是根據(jù)已經(jīng)發(fā)生的去推算或預(yù)測(cè)后邊可能發(fā)生的幾率和規(guī)模，現(xiàn)在隨著極端惡劣氣候影響與區(qū)域不良地質(zhì)地形災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的疊加和耦合導(dǎo)致我們的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后時(shí)代實(shí)際，需要重新研究和制定新的標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，需要杜絕百年一遇變成了今天的年年遇的尷尬局面，究竟如何設(shè)置？我覺得需要和收集近幾年發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害的規(guī)模和頻率，再考慮與局部區(qū)域小氣候環(huán)境的影響，這樣將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置進(jìn)一步下沉到某一個(gè)工點(diǎn)，還是那句話不能離開實(shí)際，必須與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際深度融合。3.2

BIM與數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用1、三維協(xié)同設(shè)計(jì)基于BIM模型優(yōu)化橋梁線形與地質(zhì)匹配，模擬施工過程沖突。2、施工過程仿真利用有限元分析（FEA）驗(yàn)證高墩大跨橋梁的穩(wěn)定性，規(guī)避風(fēng)振、溫度應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)。3.3

極端氣候應(yīng)對(duì)措施1、提前做好風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)應(yīng)用大數(shù)據(jù)及AI檢索強(qiáng)大功能，提前分析模擬極端惡劣氣候影響程度及風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，提前做好施工組織策劃，盡可能安排實(shí)現(xiàn)合適的時(shí)候做合適的事情，少些搶工期、逆流而上的事。2、季節(jié)性施工策略雨季采用防雨棚覆蓋作業(yè)面，冬季應(yīng)用低溫早強(qiáng)混凝土。

旱季施工也需提前完善排水系統(tǒng)，特別是嚴(yán)禁橋下棄土，防止雨季沖刷或是基底積水導(dǎo)致棄土下滑引發(fā)的對(duì)橋梁墩柱推移等病害及次生地質(zhì)災(zāi)害。3.3

極端氣候應(yīng)對(duì)措施3、抗冰融設(shè)計(jì)在橋面鋪裝中摻入融雪劑涂層，或設(shè)置電熱除冰系統(tǒng)。4、防凍膨脹設(shè)計(jì)南方地區(qū)不良地質(zhì)膨脹土怕干濕循環(huán)，北方地區(qū)空心墩、空心板、小箱梁等需設(shè)置泄水孔及排水孔，施工期防積水，養(yǎng)護(hù)期常檢查、常疏通。高速公路安全韌性提升關(guān)鍵策略4.1多災(zāi)害耦合防御1、復(fù)合災(zāi)害場(chǎng)景模擬研究地震-滑坡-洪水多災(zāi)種疊加效應(yīng)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。2、自適應(yīng)修復(fù)技術(shù)開發(fā)自愈合混凝土、形狀記憶合金（SMA）阻尼器，實(shí)現(xiàn)災(zāi)后快速功能恢復(fù)。4.2應(yīng)急通道與冗余功能設(shè)計(jì)1、分階段通行能力確保主橋受損時(shí)，臨時(shí)支橋或橋側(cè)應(yīng)急車道可維持基本通行。2、可更換構(gòu)件設(shè)計(jì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)化連接件，便于災(zāi)后快速更換。4.3社區(qū)參與與韌性網(wǎng)絡(luò)1、災(zāi)害預(yù)警聯(lián)動(dòng)整合橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地方應(yīng)急管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害信息實(shí)時(shí)共享，提升預(yù)