廖新亮 ，王 彥

（新疆烏魯木齊市城建設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830092）

高架道路防結(jié)冰研究

廖新亮 ，王 彥

（新疆烏魯木齊市城建設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830092）

北方地區(qū)高架道路路面、橋梁縫隙、排水系統(tǒng)等處冬季會出現(xiàn)結(jié)冰，影響車輛行駛，造成排水不暢、管道損壞，輕則損壞車輛，重則危及生命安全。通過對烏魯木齊市的高架道路結(jié)冰情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合國內(nèi)外資料及工程實(shí)例進(jìn)行分析研究，找出高架道路結(jié)冰的原因，并提出預(yù)防和解決辦法。

高架道路；結(jié)冰；路面；橋梁縫隙；排水系統(tǒng)；烏魯木齊市

0 引言

城市高架道路建設(shè)發(fā)展迅速，對城市交通運(yùn)行起著重要的作用。在我國北方地區(qū)，冬季的降雪、積雪、結(jié)冰對道路交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大。春秋季節(jié)溫差大，晝夜交替凍融，高架道路橋面雪水融化后滲入橋體，在梁板縫隙間、伸縮縫處、排水系統(tǒng)或設(shè)備留孔處形成冰柱，墜落傷人損物事件常有發(fā)生，給橋下通行帶來不便。研究橋梁結(jié)冰形成的原因，提出預(yù)防和解決辦法，是保障交通及行人安全、維護(hù)社會安定的重要工作。

1 高架道路容易出現(xiàn)結(jié)冰的位置及原因分析

對烏魯木齊市外環(huán)路、南湖東西路、克拉瑪依路等高架道路進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)結(jié)冰出現(xiàn)的位置除高架道路路面外，橋梁縫隙、排水系統(tǒng)結(jié)冰也非常嚴(yán)重。

1.1 高架道路路面結(jié)冰

高架道路雨水主要通過路面縱橫坡度匯水，一般采用泄水孔收集后通過立管排除。調(diào)查結(jié)果顯示，高架道路橋面溫度通常低于與其相銜接的路面2～3℃，因此在冬季低溫情況下，橋面往往較路面先產(chǎn)生薄冰層，甚至路面不凍結(jié)的情況下橋面已經(jīng)存在薄冰層。在凍結(jié)情況下，當(dāng)氣溫回升時(shí)，橋面氣溫回升又滯后于路面，在路面積雪融化時(shí)橋面仍有冰層存在[1]。路面結(jié)冰情況見實(shí)景圖1、圖2。

圖1 高架道路路面結(jié)冰

圖2 匝道下地面結(jié)冰融化

1.2 橋梁縫隙間結(jié)冰

高架道路路面一般采用瀝青混凝土作為面層，雨雪水會隨路面裂縫滲入橋梁縫隙或伸縮縫，冬季形成結(jié)冰。橋梁縫隙間結(jié)冰情況見實(shí)景圖3、圖4。

圖3 橋梁縫隙結(jié)冰

圖4 伸縮縫結(jié)冰

1.3 高架道路排水系統(tǒng)結(jié)冰

高架道路橋面泄水孔、排水立管和地面排水收集系統(tǒng)三部分組成一個(gè)獨(dú)立的排水系統(tǒng)。如橋面積雪不能及時(shí)清理干凈，冰雪隨溫度變化交替凍融，整個(gè)排水系統(tǒng)都會出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰。

（1）泄水孔結(jié)冰

高架道路雨水通過泄水孔排水，泄水孔一般有頂向進(jìn)水、側(cè)向進(jìn)水及側(cè)頂向組合進(jìn)水三種方式。不論哪種進(jìn)水形式，如果出現(xiàn)積水，冬季都會結(jié)冰。泄水孔與橋梁結(jié)構(gòu)或立管連結(jié)合不緊密會漏水，隨著氣溫的變化，漏水會逐步結(jié)冰形成冰柱。泄水孔結(jié)冰情況見實(shí)景圖5、圖6。

圖5 泄水孔結(jié)冰

圖6 泄水孔漏水結(jié)冰

（2）排水立管結(jié)冰

排水立管的目的是將泄水孔收集到的雨水及時(shí)排往地面雨水收集系統(tǒng)。立管一般依附橋墩設(shè)置在室外，結(jié)冰問題比較突出。冬季立管會因?yàn)楸鶋K凍脹而損壞，春季氣溫突然轉(zhuǎn)暖時(shí)，立管內(nèi)結(jié)冰融化速度滯后于地面冰雪融化速度，造成橋面融水不能及時(shí)排除，會加重橋面結(jié)冰和橋梁縫隙滲水結(jié)冰的程度。排水立管結(jié)冰見實(shí)景圖7、圖8。

圖7 立管內(nèi)結(jié)冰

（3）地面排水收集系統(tǒng)結(jié)冰

高架道路路面雨水最終納入城市排水系統(tǒng)中。雨水進(jìn)入市政管道通常有三種形式：雨水排至橋下地面、立管接入雨水口、立管接入檢查井。雨水直接排入橋下地面會造成地面結(jié)冰；將雨水直接接入雨水口雖不至形成地面大面積結(jié)冰，但由于雨水口是開敞的，凍融交替季節(jié)會造成雨水口結(jié)冰；在排水立管附近設(shè)置檢查井，將立管伸入地面后加設(shè)彎管與檢查井聯(lián)通排水，但如果雨水管道和檢查井埋深淺，不能滿足防凍的要求，仍然會形成結(jié)冰。地面收集系統(tǒng)結(jié)冰見實(shí)景圖9～圖11。

圖9 橋下地面結(jié)冰

圖10 雨水口結(jié)冰

圖11 檢查井結(jié)冰

2 高架道路積雪結(jié)冰處理問題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

高架道路路面積雪結(jié)冰的處理問題，各國道路交通部門一直非常重視，而且做了大量的研究工作，但對于橋梁排水系統(tǒng)和橋梁縫隙間結(jié)冰處理的研究還不多見，主要是因?yàn)楦鞯氐臍夂虿煌?，結(jié)冰程度也不同。當(dāng)然，解決好路面積雪和結(jié)冰處理問題是可以緩解甚至避免橋梁縫隙和排水系統(tǒng)結(jié)冰的，所以，避免高架道路路面積雪結(jié)冰尤其重要。為此，國內(nèi)外交通部門探索出了多種清除道路表面積雪和防止結(jié)冰的方法，一些方法被廣泛應(yīng)用，一些方法還在不斷地研究和試驗(yàn)中。

清除路面積雪結(jié)冰的方法主要有化學(xué)方法和物理方法兩大類[1]。

2.1 化學(xué)方法

化學(xué)方法是通過在路面冰雪中撒布化學(xué)藥劑（即融雪劑）來降低冰點(diǎn)，使冰雪融化，易于清除。由于撒布融雪劑操作簡便，目前應(yīng)用廣泛。常用的融冰雪劑主要有氯化鈣、氯化鈉等各種鹽類、乙二醇、丙二醇、尿素類、醋酸鉀、醋酸鈉、甲酸鈉、醋酸鎂鈣類等。但化學(xué)方法的除冰雪效果受環(huán)境溫度、車流量和車輛行駛速度等的影響，如果環(huán)境溫度過低或降雪量過大，會影響其使用效果。環(huán)境溫度較低時(shí)，融雪劑自身很難快速溶解，須借助車輛輪胎的碾壓作用，所以融雪持續(xù)時(shí)間長，效果差。同時(shí)，化學(xué)藥劑對周邊環(huán)境也有一定的影響，主要是對淡水生物的危害和對道路材料的損害。融雪劑在融雪時(shí)以電解質(zhì)的形式存在于冰水中降低水的結(jié)冰溫度，化學(xué)成分和鹽分會隨融化后的雪水滲入路面結(jié)構(gòu)或流入周圍水體，使得水體礦物組成發(fā)生改變而影響水體內(nèi)生物生長，或腐蝕道路材料，影響路面的使用性能，因此，化學(xué)方法并非理想的除冰雪方式。

2.2 物理方法

物理除冰雪分人工清除法、機(jī)械清除法、熱力融化法和抑制凍結(jié)鋪裝等方法。

2.2.1 人工清除法

人工清除法即通過人工清除路面積雪結(jié)冰。該方法對冰雪清除較徹底，但效率低，費(fèi)用高，清除作業(yè)影響車輛通行及人員安全。

2.2.2 機(jī)械清除法

機(jī)械清除法分為機(jī)械鏟除冰雪和機(jī)械吹雪兩類。機(jī)械鏟除冰雪方法是采用大型機(jī)械鏟除路表冰雪，應(yīng)用較為廣泛。機(jī)械吹雪是采用大型鼓風(fēng)機(jī)將路面積雪吹離路表的除雪方法，但適用范圍小，不適合城市高架道路除雪。

2.2.3 熱力融化法

熱力融化法是利用熱水、地?zé)?、燃?xì)狻㈦娀蛱柲艿犬a(chǎn)生的熱量使冰雪融化。

（1）熱水除冰雪。是降雪時(shí)向道路表面噴灑熱水，使路面冰雪融化后流入排水管線。噴灑熱水耗能大，雪水進(jìn)入路面和管道內(nèi)部還可能造成路面和管道結(jié)構(gòu)凍脹破壞，大量熱水冷后如不能快速排除會再次凍結(jié)，并在橋邊緣形成冰柱。該方法尤其不適用于高架道路除冰雪。

（2）路面集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)。利用光伏或光熱系統(tǒng)，地?zé)?、太陽能等集熱，通過鋪設(shè)在路面內(nèi)的熱水導(dǎo)管對路面加熱，從而實(shí)現(xiàn)冬季橋面融雪化冰雪的目的，對于高架道路橋梁縫隙和排水系統(tǒng)結(jié)冰也能起到一定的預(yù)防和融化作用。但該方法融雪初始投資大，傳熱設(shè)施改造維修困難，國外雖有應(yīng)用，國內(nèi)還在研究階段。

（3）加熱式橋面技術(shù)。加熱式橋面是采用加熱橋面或橋面鋪裝使冰雪融化。如發(fā)熱電纜法、紅外線燈照加熱法、電熱絲法、傳導(dǎo)式混凝土以及導(dǎo)電瀝青等。這些方法均有研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了室內(nèi)外試驗(yàn)，取得了較好的效果，對于高架道路存在的橋梁縫隙和排水系統(tǒng)結(jié)冰問題也有較好的預(yù)防和融化作用，但由于技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)較高，應(yīng)用還不廣泛。

2.2.4 抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)

抑制凍結(jié)類鋪裝技術(shù)是通過在路面材料中摻加一定量的特殊材料，利用路面本身的結(jié)構(gòu)特性或表面特性，在荷載作用下使得表面冰層或雪層內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力作用而使冰層或雪層產(chǎn)生破碎，達(dá)到抑制路面結(jié)冰的除冰雪技術(shù)。通常采用的材料為廢舊橡膠顆粒鑲嵌鋪裝技術(shù)，對路面防結(jié)冰有較好的效果，但由于橡膠塊位于路面表面，其與瀝青材料間黏附性不足，從而在水分及行車荷載的反復(fù)作用下容易從瀝青表面脫落而使路表產(chǎn)生麻面，影響路面耐久性。該方法對防止橋梁縫隙和排水系統(tǒng)結(jié)冰沒有效果。

3 現(xiàn)階段如何解決高架道路結(jié)冰問題

（1）及時(shí)清除積雪防止高架道路路面結(jié)冰。

路面積雪如不及時(shí)清除會隨氣溫的變化形成結(jié)冰，最直接、最簡單也是最有效的防止結(jié)冰的方法就是及時(shí)清除積雪。采用化學(xué)方法、人工清除法、機(jī)械清除法來清除冰雪仍然是目前推薦使用的方法，雖然存在許多缺點(diǎn)，但操作簡便效果最好。

（2）做好橋面防水涂層。

無論橋面板頂混凝土整澆層施工質(zhì)量如何好，在汽車動荷載作用下，均不能完全保證不開裂，所以橋面板頂混凝土整澆層上面必須設(shè)置防水層。防水層不但自身要起到防水作用，而且要求其與水泥混凝土和瀝青混凝土都有很好的親和性，附著力強(qiáng)，保證水泥混凝土整澆層和瀝青混凝土面層牢固結(jié)合。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，應(yīng)選擇適合的橋面防水涂層材料，保證橋面雨雪水不會滲漏，避免進(jìn)入橋梁縫隙間結(jié)冰。

（3）合理選擇橋梁上部結(jié)構(gòu)。

橋梁上部結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)形式為板梁和箱梁，橋梁跨度不大于22 m采用板梁，跨度不小于25 m采用箱梁。板梁寬度一般為1 m，采用鉸縫連接；箱梁寬度為2.5 m，采用0.5 m寬0.18 m厚橫向濕接縫連接。對于同樣寬度的橋面，箱梁的濕接縫數(shù)量比板梁的鉸縫數(shù)量少，減少了接縫數(shù)量，減少了雨雪水通過板接縫滲漏的數(shù)量。對于同樣長度的橋，箱梁長度大于板梁，減少了跨數(shù)，減少了伸縮縫和泄水孔的數(shù)量，減少了雨雪水通過伸縮縫和泄水孔滲漏的數(shù)量。

（4）做好橋梁伸縮縫防水。

由于橋梁伸縮縫的形式及施工安裝問題，造成該部位最容易損壞，因此橋梁伸縮縫處是滲水結(jié)冰的重災(zāi)區(qū)。調(diào)研后，橋梁采用毛勒伸縮縫和仿毛勒伸縮縫基本不漏水，其他類型的伸縮縫均漏水。選用合適類型的伸縮縫形式，并保證施工質(zhì)量，能夠解決橋梁伸縮縫漏水的難題。

（5）提高泄水孔與橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)合度。

橋面泄水孔與落水管設(shè)置常見的問題主要表現(xiàn)在下面幾方面：泄水孔小，不能及時(shí)將水泄走；泄水孔標(biāo)高高于周圍標(biāo)高，造成橋面積水；安裝泄水管時(shí)，泄水孔周邊混凝土振搗不密實(shí)，雪水沿著泄水孔周邊不密實(shí)部位滲漏。高架道路泄水孔與立管以及橋梁結(jié)構(gòu)連接處結(jié)合不緊密會漏水，冬季結(jié)冰后會形成冰柱，對橋下交通影響很大。提高泄水孔與橋梁結(jié)構(gòu)的密封效果，使融雪水不會滲出是較好的防止泄水孔結(jié)冰的方法。

（6）合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)。

高架道路排水系統(tǒng)由泄水孔、排水立管和地面排水收集系統(tǒng)組成。排水系統(tǒng)中每個(gè)部分都可能結(jié)冰，合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，避免過多的沒有必要的設(shè)施可以減少結(jié)冰點(diǎn)。排水系統(tǒng)中泄水孔間距與匯水范圍、雨水量、排水立管管徑有關(guān)，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》2014年版4.10.5條規(guī)定，高架道路泄水孔間距宜為20～30 m[2]，故大多數(shù)設(shè)計(jì)單位以此為設(shè)計(jì)間距。然而，不同的地區(qū)暴雨強(qiáng)度不同，計(jì)算出的雨水量差距很大，不應(yīng)照搬規(guī)范，應(yīng)通過計(jì)算復(fù)核。通過烏魯木齊地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式和上海市暴雨強(qiáng)度公式對比計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，上海市高架道路泄水孔間距采用規(guī)范中20～30 m是合適的，但上海市的降雨量和降雨強(qiáng)度是烏魯木齊市5倍以上。同等條件下，上海市的設(shè)計(jì)泄水孔間距理論上應(yīng)該小于烏魯木齊地區(qū)。經(jīng)計(jì)算，烏魯木齊地區(qū)泄水孔間距按每隔一個(gè)橋墩布置一處為宜，間距宜為40～60 m，即使高架道路寬度達(dá)到50 m，最大泄水孔間距也能夠滿足使用要求，這樣就合理地減少了排水系統(tǒng)的數(shù)量，避免過多的結(jié)冰點(diǎn)造成不必要的危害。

（7）合理選擇排水立管管材和管徑。

高架道路排水立管通常選用聚乙烯管道，管徑以DN150 mm多見。2015年12月，對哈爾濱市進(jìn)鄉(xiāng)街、二環(huán)路、文昌街高架道路排水系統(tǒng)進(jìn)行了觀察和了解。這三條高架道路分別使用了DN150 mm聚乙烯排水管、DN150 mm鍍鋅鋼管和DN200 mm聚乙烯排水管。采用DN150 mm聚乙烯排水管時(shí)，管道結(jié)冰和損壞情況最為嚴(yán)重；采用DN200 mm聚乙烯排水管時(shí)，結(jié)冰和損壞情況明顯降低；采用DN150 mm鍍鋅鋼管時(shí)，未出現(xiàn)管道損壞情況。故選擇DN200 mm塑料類管材會降低管道結(jié)冰概率，選擇金屬管道可避免因結(jié)冰凍脹損壞管道。

（8）設(shè)置雨水收集井，避免橋下路面結(jié)冰。

高架道路路面雨水納入城市排水系統(tǒng)中，雨水通過橋面泄水孔進(jìn)入排水立管，排水立管中的雨水進(jìn)入市政排水管道。如雨水通過立管排至橋下地面后散流進(jìn)入附近雨水口，冬季會造成地面結(jié)冰；如通過立管伸入地面雨水口排水，由于雨水口是開敞的，會造成融雪季節(jié)結(jié)冰，不能起到排水作用。在排水立管附近設(shè)置雨水收集井，將立管伸入地面后加設(shè)彎管接入雨水收集井，雨水收集井連接市政雨水管道，由于井內(nèi)有一定的熱量，熱量會進(jìn)入排水立管，可一定程度上起到防止排水立管結(jié)冰的作用，避免凍融季節(jié)管道結(jié)冰效果最好，是最適合烏魯木齊等北方地區(qū)的高架道路排水方式，但如果井埋深過淺，仍然可能結(jié)冰。通過觀察，烏魯木齊地區(qū)雨水收集井深度大于1.5 m時(shí)，防止管道和井內(nèi)結(jié)冰效果最好。

（9）加強(qiáng)橋面排水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)管理。

及時(shí)清除橋面積雪，經(jīng)常清理泄水孔，防止堵塞后排水緩慢造成結(jié)冰，是提前預(yù)防的重要手段。

（10）關(guān)注國內(nèi)外路面集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)、加熱式橋面技術(shù)研究進(jìn)程，結(jié)合本地氣候特征逐步進(jìn)行試驗(yàn)和研究，找到適合的解決方法。

4 結(jié)語

我國大部分地區(qū)屬于冰雪地區(qū)，經(jīng)常有因道路、橋梁積雪冰凍、冰塊墜落而引發(fā)交通事故和安全事故。保證冰雪季節(jié)橋面及路面的安全，應(yīng)成為廣大道路工作者需要研究和解決的重要問題，尋求科學(xué)的除冰雪方法對道路交通的發(fā)展也具有現(xiàn)實(shí)和社會意義。每個(gè)城市應(yīng)依據(jù)不同的氣候特征不斷開發(fā)研究，力求研究出更好的預(yù)防和解決高架道路結(jié)冰的辦法。加強(qiáng)城市之間的交流和學(xué)習(xí)，獲得好的設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn)，將其應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中也是解決高架道路結(jié)冰問題的有益途徑。

[1]宋瀛.國內(nèi)外道路橋梁工程融雪化冰技術(shù)分析[J].城市建設(shè)理論研究,2013（24）：44.

[2]GB 50014-2006,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

宜賓金沙江公鐵兩用橋最大主墩封頂

近日，宜賓金沙江公鐵兩用橋最大主墩封頂。預(yù)計(jì)大橋明年10月31日竣工，將在金沙江上托起世界首條山區(qū)高速鐵路。

金沙江公鐵兩用橋是成貴(成都—貴陽)高速鐵路全線關(guān)鍵控制性工程，主橋采用五連拱橋型設(shè)計(jì)，共設(shè)有6個(gè)主墩。此次澆筑的2號主墩為主橋主跨主墩，是全橋最大的兩個(gè)主墩之一。

大橋創(chuàng)造了多項(xiàng)國際建橋紀(jì)錄：主跨336 m為世界最大跨度的公鐵兩用鋼箱拱橋;鐵路橋面在上、公路橋面在下的公鐵兩用拱橋布置系國際首例;公路橋面距鐵路橋面高差達(dá)到32 m，在公鐵兩用橋梁中屬世界第一。

U418.4

B

1009-7716（2016）05-0144-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.040

2016-01-04

廖新亮（1968-），男，湖南寧鄉(xiāng)人，高級工程師，從事市政給水排水工程設(shè)計(jì)與研究。