极端天气下市政道路桥梁结构的抗灾性能与加固措施

引言

近年来全球极端天气发生频率显著增加，对市政道路桥梁等交通基础设施造成严重冲击。强降雨引发的路面积水与桥梁基础冲刷、高温导致的路面车辙与桥梁梁体伸缩变形、暴雪造成的结构荷载超限等问题，不仅影响交通通行效率，更直接威胁人民生命财产安全。部分市政道路桥梁因抗灾设计标准偏低、养护不及时，在极端天气下易发生病害。

一、极端天气类型及对市政道路桥梁结构的作用机制

1.1 典型极端天气类型划分

典型极端天气可按作用形式分为三类。强降水类以暴雨、持续性降雨为代表，短时降水量大且覆盖范围广，易引发水浸与冲刷问题。极端温度类涵盖高温、严寒及骤变温差，高温易导致材料热老化，严寒伴随的冻融循环会破坏结构完整性，温度骤变则可能引发结构应力突变。强风与冰雪类包括台风、暴雪及冰冻，强风产生侧向推力干扰结构稳定性，暴雪增加荷载且冰冻易导致功能失效，这类天气常伴随次生灾害。

1.2 极端天气对道路结构的作用机制

大暴雨渗透路面裂缝，降低了路基土的强度，积滞时路基会产生翻浆冒泥；此外大暴雨对路基边坡冲刷，边坡就会出现失稳滑塌；高温会让路面沥青变稀，从而在荷载作用下形成车辙，在路面由于蒸发了路基土水分的情况下就会导致路基发生不均匀沉降；冻融在路面上会使路面的孔隙水在冻融交替过程中形成反复的冻胀消融，路面就会发生面层和基层脱离形成坑槽；冰雪会破坏路缘石和护栏等路基附属设施，在被车辆碾压的冰雪路面中还会加剧路面破坏的程度。

1.3 极端天气对桥梁结构的作用机制

大风引起桥梁主梁风激、颤振或者涡振，长期振荡易引起结构疲劳破坏；护栏受大风作用松动变形。高温膨胀引起桥梁梁体热伸长，伸缩缝失效将导致梁体挤压破坏；冬季冻融会引起混凝土保护层开裂剥落，钢筋腐蚀。大降水冲蚀桥梁基础附近的基土，降低基础抗力；大雪将加大结构上部荷载，可能会造成桥墩开裂；冰冻期间支座摩擦力大，限制梁体正常伸长变形，甚至产生结构受力不平衡。

二、极端天气下市政道路桥梁结构抗灾性能分析

2.1 抗灾性能理论分析

耐受力理论计算宜运用材料力学知识和数学模型，建立荷载、影响、判断准则。对于路面，暴雨时通过路基土的抗剪极限强度和渗透系数之间的关系，判断路基被水浸泡后强度递减的速度；夏季炎热通过沥青材料的黏温曲线，判断沥青路面因荷载产生的永久形变的最大可承受值；对于桥梁，大风宜根据流固耦合原理，判断主梁自激涡激的临界风速与桥梁固有频率之间的关系；冰冻融化中根据混凝土冰冻融化的损伤模型，判断混凝土保护层被剥蚀之前的最大可承受冰冻融化的循环次数。

2.2 数值模拟与试验验证

在仿真模拟环节，利用极限气象和结构组合模型还原受力条件，将降雨工况下的积水深度通过数值模拟中的渗流软件模拟，与路面力学中的土体力学参数相互关联；将高温工况路面变形通过温度场模拟结果与路面材料本构关系关联，确定路面车辙发展情况；将强风工况下的桥梁动力响应通过设定大风持续作用下的风荷载时程曲线确定桥面板等主梁的振动响应；将冻融工况时设定温度循环边界，观察混凝土内部裂缝演化情况。最后进行室内模拟与现场模拟的试验校核，如采用冻融试件模拟实验观察混凝土试件的极限抗压强度随冻融过程下降情况，采用风洞试验观测桥梁的气动力参数以及在极限气象时现场实测路面沉降及桥梁振动频率情况，确保极限气象下的路面与桥梁力学响应与模拟结果一致。

2.3 不同极端天气下抗灾性能差异

当各单一极端天气对道路结构和桥梁的抗灾薄弱环节分别为路基稳定性和路面高温稳定，气动稳定和混凝土抗冻害时，在强降水与冻融循环联合影响下，道路结构的路基抗灾薄弱环节为受到积水同时发生冻胀；当高温和风共同作用于桥梁时，桥梁结构的抗灾薄弱环节为梁体的温度应力与气动荷载共同作用引起螺栓连接松动。同一天气对不同结构的抗灾影响不同。

三、极端天气下市政道路桥梁结构加固措施

3.1 针对不同极端天气的专项加固技术

暴雨气象条件应重点做好防排水及截渗措施。公路上部增加路缘石排水管、地下排水管道等，用透水性基层加快透水，路基顶层铺设土工布防止上层雨水下渗等；在桥上的做法主要有清理桥面上的排雨管并新增纵向排雨管，其下部增设抛石护基或设置防冲刷挡板等，防止水流对承台的冲刷；严寒气象条件应重点关注结构材料的耐久防护。高温情况下，公路使用改性的沥青并添加抗车辙材料，桥面伸缩缝更换为耐高温的橡胶材料，桥梁梁的侧边增设散热器板等；低温条件下，公路使用引气混凝土来提高材料的抗冻性，桥梁的墩台面涂抹防冻液，桥梁的支座焊接电发热元件等，以预防冰冻等；台风和冻雨情况下应关注结构耐荷条件。公路上部结构的在桥梁上可以增加导流板来改善气流，同时可以设置在护栏脚底部的螺栓进行加固处理等；冻雨情况下，在公路可设置防滑沥青表面并安装预埋融雪管，桥梁可验算雪荷载并在支座处设置摩擦系数较小的垫片以防止桥梁梁伸缩等。

3.2 材料与结构优化层面加固措施

结构改进的防护对策是提高结构物耐抗性。路面改善成纤维增强沥青混合料或聚合物改性混凝土，提高路面耐断裂性和耐老化的性能；混凝土路面及桥梁结构物加入一定量的硅灰或者纳米材料以提高混凝土的密实性；桥梁金属结构可采用防腐蚀涂料和阴极保护的方式以减缓腐蚀劣化。结构改造的防护对策则是使整体受力更加合理。道路可以采用拱式路基方案以减少路面渗漏，并且增加温度伸缩缝以减少温度变化应力；桥梁可以对桥梁主体结构形式选择流线型截面以便于减小风载，同时减小截面跨度并加深基础埋入深度增加承台面积，以提高桥梁的抗倾覆性能。改造老旧结构物，可以通过增加体外预应力体系以对桥梁梁体进行加固或加铺钢纤维混凝土路面，从而增加其自身的承载性能。

3.3 养护与监测层面加固措施

小修保养要防患于未然。在易发生突发事件的气象季节到来之前，检查疏通道路排水，检修桥梁伸缩缝；在易出现强降雨和大雪天气的雨后第一时间修复道路裂缝，清理并检测结构裂缝的积雪；对桥梁支座、路面基层等重要设施定期监测，及时检测劣化迹象和病害病程，迅速维修排除险情。监测工作要及早预警。在公路路基、桥面桥梁主梁等监测体表面设置监控传感设备，实时收集温度、应变、位移等信息；建立智能监控管理系统，一旦出现数据异常状况超过安全范围，自动警示，同时推送处理建议。小修保养实现监测 + 预防性养护，做到监控、预警、修补的有机结合。

结语

极端天气对市政道路桥梁结构的安全构成多重威胁，其作用机制与抗灾性能差异需针对性应对。通过专项加固技术抵御特定天气影响，结合材料结构优化提升本质抗灾能力，辅以养护监测形成全周期防护，可有效增强结构韧性。实践表明，多层面措施协同能显著提升抗灾效果。未来需持续探索智能材料与数字化监测的融合应用，优化加固方案的经济性与长效性，为交通基础设施安全提供更坚实保障。

参考文献

[1] 徐梅. 市政道路桥梁施工中现场施工技术及运用分析[J]. 科学技术创新,2024,(23):138-141.

[2]王龙涛, 钟洪江, 曹悦志.市政道路桥梁预应力施工技术要点[J].大众标准化,2024,(18):77-79.