高架道路防結冰研究

廖新亮 ，王 彥

（新疆烏魯木齊市城建設計研究院，新疆 烏魯木齊 830092）

高架道路防結冰研究

廖新亮 ，王 彥

（新疆烏魯木齊市城建設計研究院，新疆 烏魯木齊 830092）

北方地區高架道路路面、橋梁縫隙、排水系統等處冬季會出現結冰，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冰情況進行調查，結合國內外資料及工程實例進行分析研究，找出高架道路結冰的原因，并提出預防和解決辦法。

高架道路；結冰；路面；橋梁縫隙；排水系統；烏魯木齊市

0 引言

城市高架道路建設發展迅速，對城市交通運行起著重要的作用。在我國北方地區，冬季的降雪、積雪、結冰對道路交通系統的正常運行影響很大。春秋季節溫差大，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、排水系統或設備留孔處形成冰柱，墜落傷人損物事件常有發生，給橋下通行帶來不便。研究橋梁結冰形成的原因，提出預防和解決辦法，是保障交通及行人安全、維護社會安定的重要工作。

1 高架道路容易出現結冰的位置及原因分析

對烏魯木齊市外環路、南湖東西路、克拉瑪依路等高架道路進行調查，發現結冰出現的位置除高架道路路面外，橋梁縫隙、排水系統結冰也非常嚴重。

1.1 高架道路路面結冰

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。調查結果顯示，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生薄冰層，甚至路面不凍結的情況下橋面已經存在薄冰層。在凍結情況下，當氣溫回升時，橋面氣溫回升又滯后于路面，在路面積雪融化時橋面仍有冰層存在[1]。路面結冰情況見實景圖1、圖2。

圖1 高架道路路面結冰

圖2 匝道下地面結冰融化

1.2 橋梁縫隙間結冰

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，冬季形成結冰。橋梁縫隙間結冰情況見實景圖3、圖4。

圖3 橋梁縫隙結冰

圖4 伸縮縫結冰

1.3 高架道路排水系統結冰

高架道路橋面泄水孔、排水立管和地面排水收集系統三部分組成一個獨立的排水系統。如橋面積雪不能及時清理干凈，冰雪隨溫度變化交替凍融，整個排水系統都會出現不同程度的結冰。

（1）泄水孔結冰

高架道路雨水通過泄水孔排水，泄水孔一般有頂向進水、側向進水及側頂向組合進水三種方式。不論哪種進水形式，如果出現積水，冬季都會結冰。泄水孔與橋梁結構或立管連結合不緊密會漏水，隨著氣溫的變化，漏水會逐步結冰形成冰柱。泄水孔結冰情況見實景圖5、圖6。

圖5 泄水孔結冰

圖6 泄水孔漏水結冰

（2）排水立管結冰

排水立管的目的是將泄水孔收集到的雨水及時排往地面雨水收集系統。立管一般依附橋墩設置在室外，結冰問題比較突出。冬季立管會因為冰塊凍脹而損壞，春季氣溫突然轉暖時，立管內結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排除，會加重橋面結冰和橋梁縫隙滲水結冰的程度。排水立管結冰見實景圖7、圖8。

圖7 立管內結冰

（3）地面排水收集系統結冰

高架道路路面雨水最終納入城市排水系統中。雨水進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冰；將雨水直接接入雨水口雖不至形成地面大面積結冰，但由于雨水口是開敞的，凍融交替季節會造成雨水口結冰；在排水立管附近設置檢查井，將立管伸入地面后加設彎管與檢查井聯通排水，但如果雨水管道和檢查井埋深淺，不能滿足防凍的要求，仍然會形成結冰。地面收集系統結冰見實景圖9～圖11。

圖9 橋下地面結冰

圖10 雨水口結冰

圖11 檢查井結冰

2 高架道路積雪結冰處理問題國內外研究現狀

高架道路路面積雪結冰的處理問題，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和橋梁縫隙間結冰處理的研究還不多見，主要是因為各地的氣候不同，結冰程度也不同。當然，解決好路面積雪和結冰處理問題是可以緩解甚至避免橋梁縫隙和排水系統結冰的，所以，避免高架道路路面積雪結冰尤其重要。為此，國內外交通部門探索出了多種清除道路表面積雪和防止結冰的方法，一些方法被廣泛應用，一些方法還在不斷地研究和試驗中。

清除路面積雪結冰的方法主要有化學方法和物理方法兩大類[1]。

2.1 化學方法

化學方法是通過在路面冰雪中撒布化學藥劑（即融雪劑）來降低冰點，使冰雪融化，易于清除。由于撒布融雪劑操作簡便，目前應用廣泛。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。但化學方法的除冰雪效果受環境溫度、車流量和車輛行駛速度等的影響，如果環境溫度過低或降雪量過大，會影響其使用效果。環境溫度較低時，融雪劑自身很難快速溶解，須借助車輛輪胎的碾壓作用，所以融雪持續時間長，效果差。同時，化學藥劑對周邊環境也有一定的影響，主要是對淡水生物的危害和對道路材料的損害。融雪劑在融雪時以電解質的形式存在于冰水中降低水的結冰溫度，化學成分和鹽分會隨融化后的雪水滲入路面結構或流入周圍水體，使得水體礦物組成發生改變而影響水體內生物生長，或腐蝕道路材料，影響路面的使用性能，因此，化學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、機械清除法、熱力融化法和抑制凍結鋪裝等方法。

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冰。該方法對冰雪清除較徹底，但效率低，費用高，清除作業影響車輛通行及人員安全。

2.2.2 機械清除法

機械清除法分為機械鏟除冰雪和機械吹雪兩類。機械鏟除冰雪方法是采用大型機械鏟除路表冰雪，應用較為廣泛。機械吹雪是采用大型鼓風機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、地熱、燃氣、電或太陽能等產生的熱量使冰雪融化。

（1）熱水除冰雪。是降雪時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，雪水進入路面和管道內部還可能造成路面和管道結構凍脹破壞，大量熱水冷后如不能快速排除會再次凍結，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。利用光伏或光熱系統，地熱、太陽能等集熱，通過鋪設在路面內的熱水導管對路面加熱，從而實現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結冰也能起到一定的預防和融化作用。但該方法融雪初始投資大，傳熱設施改造維修困難，國外雖有應用，國內還在研究階段。

（3）加熱式橋面技術。加熱式橋面是采用加熱橋面或橋面鋪裝使冰雪融化。如發熱電纜法、紅外線燈照加熱法、電熱絲法、傳導式混凝土以及導電瀝青等。這些方法均有研究機構進行了室內外試驗，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結冰問題也有較好的預防和融化作用，但由于技術復雜，造價較高，應用還不廣泛。

2.2.4 抑制凍結鋪裝技術

抑制凍結類鋪裝技術是通過在路面材料中摻加一定量的特殊材料，利用路面本身的結構特性或表面特性，在荷載作用下使得表面冰層或雪層內部產生自應力作用而使冰層或雪層產生破碎，達到抑制路面結冰的除冰雪技術。通常采用的材料為廢舊橡膠顆粒鑲嵌鋪裝技術，對路面防結冰有較好的效果，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作用下容易從瀝青表面脫落而使路表產生麻面，影響路面耐久性。該方法對防止橋梁縫隙和排水系統結冰沒有效果。

3 現階段如何解決高架道路結冰問題

（1）及時清除積雪防止高架道路路面結冰。

路面積雪如不及時清除會隨氣溫的變化形成結冰，最直接、最簡單也是最有效的防止結冰的方法就是及時清除積雪。采用化學方法、人工清除法、機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，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，保證水泥混凝土整澆層和瀝青混凝土面層牢固結合。根據當地氣候條件，應選擇適合的橋面防水涂層材料，保證橋面雨雪水不會滲漏，避免進入橋梁縫隙間結冰。

（3）合理選擇橋梁上部結構。

橋梁上部結構常用結構形式為板梁和箱梁，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，箱梁的濕接縫數量比板梁的鉸縫數量少，減少了接縫數量，減少了雨雪水通過板接縫滲漏的數量。對于同樣長度的橋，箱梁長度大于板梁，減少了跨數，減少了伸縮縫和泄水孔的數量，減少了雨雪水通過伸縮縫和泄水孔滲漏的數量。

（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冰的重災區。調研后，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構的結合度。

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

（6）合理設計排水系統。

高架道路排水系統由泄水孔、排水立管和地面排水收集系統組成。排水系統中每個部分都可能結冰，合理設計排水系統，避免過多的沒有必要的設施可以減少結冰點。排水系統中泄水孔間距與匯水范圍、雨水量、排水立管管徑有關，《室外排水設計規范》2014年版4.10.5條規定，高架道路泄水孔間距宜為20～30 m[2]，故大多數設計單位以此為設計間距。然而，不同的地區暴雨強度不同，計算出的雨水量差距很大，不應照搬規范，應通過計算復核。通過烏魯木齊地區暴雨強度公式和上海市暴雨強度公式對比計算后發現，上海市高架道路泄水孔間距采用規范中20～30 m是合適的，但上海市的降雨量和降雨強度是烏魯木齊市5倍以上。同等條件下，上海市的設計泄水孔間距理論上應該小于烏魯木齊地區。經計算，烏魯木齊地區泄水孔間距按每隔一個橋墩布置一處為宜，間距宜為40～60 m，即使高架道路寬度達到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的數量，避免過多的結冰點造成不必要的危害。

（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，對哈爾濱市進鄉街、二環路、文昌街高架道路排水系統進行了觀察和了解。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，管道結冰和損壞情況最為嚴重；采用DN200 mm聚乙烯排水管時，結冰和損壞情況明顯降低；采用DN150 mm鍍鋅鋼管時，未出現管道損壞情況。故選擇DN200 mm塑料類管材會降低管道結冰概率，選擇金屬管道可避免因結冰凍脹損壞管道。

（8）設置雨水收集井，避免橋下路面結冰。

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

（9）加強橋面排水設施的養護管理。

及時清除橋面積雪，經常清理泄水孔，防止堵塞后排水緩慢造成結冰，是提前預防的重要手段。

（10）關注國內外路面集熱蓄能融雪化冰系統、加熱式橋面技術研究進程，結合本地氣候特征逐步進行試驗和研究，找到適合的解決方法。

4 結語

我國大部分地區屬于冰雪地區，經常有因道路、橋梁積雪冰凍、冰塊墜落而引發交通事故和安全事故。保證冰雪季節橋面及路面的安全，應成為廣大道路工作者需要研究和解決的重要問題，尋求科學的除冰雪方法對道路交通的發展也具有現實和社會意義。每個城市應依據不同的氣候特征不斷開發研究，力求研究出更好的預防和解決高架道路結冰的辦法。加強城市之間的交流和學習，獲得好的設計和管理經驗，將其應用于實踐當中也是解決高架道路結冰問題的有益途徑。

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

[2]GB 50014-2006,室外排水設計規范[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。預計大橋明年10月31日竣工，將在金沙江上托起世界首條山區高速鐵路。

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

大橋創造了多項國際建橋紀錄：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，湖南寧鄉人，高級工程師，從事市政給水排水工程設計與研究。