山区桥梁：落石冲击的重灾区

在我国中西部山区，桥梁是交通网络的关键节点，对区域经济发展和人们的出行意义重大。它不仅缩短了地区间的时空距离，降低了物流成本，还促进了区域间的经济联系与合作，成为拉动地方经济增长的重要引擎。

然而，这些山区桥梁却长期遭受落石冲击的威胁。我国山地、丘陵面积占比超 70%，山区地质构造复杂，断裂带发育、岩体风化严重以及坡面侵蚀活跃，导致崩塌、滑坡及滚石灾害频繁发生。据统计，我国平均每年发生超过 2600 次落石灾害 ，给国家和人民带来了巨大的经济损失。

回顾那些令人痛心的事故，2023 年 7 月 6 日凌晨，G5012 恩广高速达万段 6 号大桥周边山体突发崩塌，巨石冲毁桥梁墩柱，致使部分桥面坍塌，造成 2 车受损后自燃，3 人受伤。经调查，此次事故是由于当地近期大量降雨，引起南侧沿河堤岸落石松动坍塌导致。而在 2009 年 7 月 25 日，国道 213 线汶川段彻底关大桥也未能幸免。连日大雨冲击造成山体岩石滑坡，山上飞下的巨石砸断桥墩，100 余米的桥面坍塌，桥上 7 辆汽车连同桥面一起坠下河岸，都汶公路中断，此次事故已核实死亡 6 人、12 人受伤。彻底关大桥是国道 213 线由都江堰进入阿坝州的咽喉要地，在 2008 年汶川特大地震时就曾被巨石砸断，新桥在 2009 年汶川特大地震一周年之际刚竣工，却又遭此劫难。

这些事故的发生，不仅严重破坏了桥梁结构，导致交通中断，还造成了人员伤亡和财产的巨大损失，对当地的经济发展和人们的生活产生了极为不利的影响。由此可见，深入研究桥梁防撞设施刻不容缓，它对于保障桥梁安全、维护交通畅通以及保护人民生命财产安全都具有极其重要的意义。

落石冲击：桥梁的严峻 “压力测试”

当落石以不可阻挡之势冲击桥梁时，一场严峻的 “压力测试” 便拉开了帷幕。桥梁结构在这突如其来的冲击下，会产生极为复杂的力学响应。其内部应力分布瞬间改变，各部位的位移和变形也会发生显著变化，如同一个脆弱的身躯承受着巨大的外力考验。

以桥墩为例，在落石的强大冲击力作用下，桥墩墩顶位移曲线会呈现出波动形状，随着时间的推移逐渐趋于稳定值。在这个过程中，撞击点处的混凝土会承受巨大的压力，以受压破坏为主；而背部混凝土则会因受到拉伸力的作用，出现受拉破坏，损伤沿着横向逐渐扩展。研究表明，在相同动能下，撞击时速度水平夹角越大，混凝土接触点压力值越小，所引起的损伤也就越小，这是因为损伤程度主要取决于墩柱法向接触面的动能大小 。

桥梁的梁体也会受到严重影响。梁体在落石冲击下会产生振动和变形，其振动频率和幅度会随着落石的质量、速度以及冲击位置的不同而发生变化。当落石质量较大、速度较快时，梁体所受到的冲击力也会相应增大，从而导致梁体的变形更加明显，甚至可能出现裂缝、破损等局部损伤。2023 年 7 月 6 日凌晨，G5012 恩广高速达万段 6 号大桥因落石冲击导致部分桥面坍塌，便是落石对梁体造成严重破坏的典型案例。

落石的质量、速度、角度等因素对冲击力和桥梁响应有着至关重要的影响。落石质量越大，速度越快，其携带的动能就越大，对桥梁产生的冲击力也就越大。有研究指出，在高能量冲击作用下，石块直径和冲击速度对墩柱破坏影响相对较大。而冲击角度的变化则会影响冲击力的方向和作用点，进而对桥梁结构的受力状态产生影响。当冲击角度较小时，落石的冲击力主要集中在桥梁的局部区域，容易导致局部损伤；当冲击角度较大时，冲击力会分散到更大的区域，但可能会对桥梁的整体稳定性造成威胁。

现有防撞设施：与落石的 “攻防博弈”

面对落石冲击的威胁，各类防撞设施纷纷登场，在保护桥梁的战斗中各显神通。

传统刚性防护：坚固却脆弱

传统的钢筋混凝土（RC）棚洞等刚性防护设施，曾在桥梁防护中广泛应用。在地势相对平缓、落石冲击力较小的地区，RC 棚洞凭借坚硬的结构，能为桥梁提供基本保护。但当面对能量集中、冲击力巨大的落石时，刚性防护设施的缺点便暴露无遗。其缓冲效果有限，无法有效分散和吸收冲击力，在落石撞击下极易受损，出现裂缝、破损甚至倒塌等情况，难以再为桥梁遮风挡雨。

新型柔性与复合防护：后起之秀崭露头角

随着科技发展与研究深入，新型的柔性与复合防护设施应运而生，为桥梁防护带来新希望。

柔性防护网：柔性防护网由高强度钢丝绳柔性网等材料构成，宛如一张坚韧的蜘蛛网。当落石撞击，防护网会柔性变形，将冲击力迅速传递到整个防护网，使其得到分散和缓冲。安平成帅易修复被动网采用环形网与钢丝绳组合结构，主要由钢丝绳网、环形网、固定系统、减压环和钢柱构成，能有效拦截 3000KG 以上的落石，最大吸收能量达 500KJ，可满足水利工程对高冲击能级防护的需求。这种防护网还能灵活适应不同落石轨迹，无论落石从何方来袭，都能应对自如。

复合垫层防护：发泡聚乙烯泡沫（EPE）与砂土组成的 EPE - 砂土复合垫层备受关注。通过物理模型试验及数值模拟发现，当垫层总厚度一定时，与传统砂土垫层、纯 EPE 垫层相比，EPE - 砂土复合垫层在减缓滚石冲击力和降低下覆顶板应力及位移上均表现出更好的耗能缓冲效果。这得益于 EPE 材料轻质、高回弹的性能，能有效吸收冲击力，砂土则提供稳定支撑，两者优势互补，大大提升了防护效果。

刚柔叠层防护结构：刚柔叠层结构如型钢 - 泡沫板、混凝土 - 泡沫板等，将刚性材料和柔性材料巧妙结合。其设计理念是通过刚性层将冲击能量有效扩散至内部柔性缓冲层，充分发挥刚柔层的耗能及缓冲性能 。混凝土泡沫板防护结构，对比无防护结构，其可使落石冲击钢筋混凝土试验板的冲击持续时间延长 9 - 10 倍，平均冲击力减至无防护结构的 1/10 以下，具有良好的耗能缓冲性能 。在落石冲击时，刚性层率先承受冲击力并扩散，柔性层再吸收剩余冲击力，为桥梁穿上了一层坚固又柔软的铠甲。

未来展望：桥梁防撞设施的无限可能

展望未来，桥梁防撞设施的发展充满无限潜力。在材料创新领域，科研人员正积极探索新型材料，如新型复合材料、智能材料等。这些材料具备更高强度、更好韧性和更优异的吸能特性，有望使防撞设施性能实现质的飞跃。例如碳纤维增强复合材料，其高强度、低密度的特点，未来或许能在防撞设施中广泛应用，为桥梁提供更轻便、强大的保护。

结构优化同样是重要方向。通过深入研究和创新设计防撞设施结构，能进一步提升防护效果。未来的防撞设施可能采用智能、自适应结构设计，可依据落石的冲击能量和角度自动调整防护策略，实现对桥梁的精准保护 。智能监测技术集成也是必然趋势。在防撞设施内嵌入传感器，能够实时监测碰撞事件和结构健康状态，提前预警潜在风险，为桥梁安全运行保驾护航。

此外，综合运用多种防护手段，构建全方位防撞体系，将成为未来桥梁防撞的关键发展趋势。主动防撞预警系统与被动防撞设施有机结合，可实现对落石冲击的全过程防护。主动防撞预警系统运用先进传感器和智能算法，实时监测落石运动轨迹和速度，提前发出预警信号，为桥梁管理人员采取应急措施争取时间；被动防撞设施则在落石冲击时发挥主要防护作用，通过自身结构变形和能量吸收，减少落石对桥梁的损害 。

桥梁防撞设施的发展对保障桥梁安全、促进交通事业可持续发展意义重大。我们必须高度重视桥梁防撞设施的研究与创新，加大科研投入，鼓励技术创新，持续完善和提升其性能与水平，为构建安全、便捷、高效的交通网络贡献力量，让每一座桥梁都成为安全通道，承载人们的出行与梦想，在岁月中屹立不倒。