高架道路防结冰研究

廖新亮 ，王 彦

（新疆乌鲁木齐市城建设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830092）

高架道路防结冰研究

廖新亮 ，王 彦

（新疆乌鲁木齐市城建设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830092）

北方地区高架道路路面、桥梁缝隙、排水系统等处冬季会出现结冰，影响车辆行驶，造成排水不畅、管道损坏，轻则损坏车辆，重则危及生命安全。通过对乌鲁木齐市的高架道路结冰情况进行调查，结合国内外资料及工程实例进行分析研究，找出高架道路结冰的原因，并提出预防和解决办法。

高架道路；结冰；路面；桥梁缝隙；排水系统；乌鲁木齐市

0 引言

城市高架道路建设发展迅速，对城市交通运行起着重要的作用。在我国北方地区，冬季的降雪、积雪、结冰对道路交通系统的正常运行影响很大。春秋季节温差大，昼夜交替冻融，高架道路桥面雪水融化后渗入桥体，在梁板缝隙间、伸缩缝处、排水系统或设备留孔处形成冰柱，坠落伤人损物事件常有发生，给桥下通行带来不便。研究桥梁结冰形成的原因，提出预防和解决办法，是保障交通及行人安全、维护社会安定的重要工作。

1 高架道路容易出现结冰的位置及原因分析

对乌鲁木齐市外环路、南湖东西路、克拉玛依路等高架道路进行调查，发现结冰出现的位置除高架道路路面外，桥梁缝隙、排水系统结冰也非常严重。

1.1 高架道路路面结冰

高架道路雨水主要通过路面纵横坡度汇水，一般采用泄水孔收集后通过立管排除。调查结果显示，高架道路桥面温度通常低于与其相衔接的路面2～3℃，因此在冬季低温情况下，桥面往往较路面先产生薄冰层，甚至路面不冻结的情况下桥面已经存在薄冰层。在冻结情况下，当气温回升时，桥面气温回升又滞后于路面，在路面积雪融化时桥面仍有冰层存在[1]。路面结冰情况见实景图1、图2。

图1 高架道路路面结冰

图2 匝道下地面结冰融化

1.2 桥梁缝隙间结冰

高架道路路面一般采用沥青混凝土作为面层，雨雪水会随路面裂缝渗入桥梁缝隙或伸缩缝，冬季形成结冰。桥梁缝隙间结冰情况见实景图3、图4。

图3 桥梁缝隙结冰

图4 伸缩缝结冰

1.3 高架道路排水系统结冰

高架道路桥面泄水孔、排水立管和地面排水收集系统三部分组成一个独立的排水系统。如桥面积雪不能及时清理干净，冰雪随温度变化交替冻融，整个排水系统都会出现不同程度的结冰。

（1）泄水孔结冰

高架道路雨水通过泄水孔排水，泄水孔一般有顶向进水、侧向进水及侧顶向组合进水三种方式。不论哪种进水形式，如果出现积水，冬季都会结冰。泄水孔与桥梁结构或立管连结合不紧密会漏水，随着气温的变化，漏水会逐步结冰形成冰柱。泄水孔结冰情况见实景图5、图6。

图5 泄水孔结冰

图6 泄水孔漏水结冰

（2）排水立管结冰

排水立管的目的是将泄水孔收集到的雨水及时排往地面雨水收集系统。立管一般依附桥墩设置在室外，结冰问题比较突出。冬季立管会因为冰块冻胀而损坏，春季气温突然转暖时，立管内结冰融化速度滞后于地面冰雪融化速度，造成桥面融水不能及时排除，会加重桥面结冰和桥梁缝隙渗水结冰的程度。排水立管结冰见实景图7、图8。

图7 立管内结冰

（3）地面排水收集系统结冰

高架道路路面雨水最终纳入城市排水系统中。雨水进入市政管道通常有三种形式：雨水排至桥下地面、立管接入雨水口、立管接入检查井。雨水直接排入桥下地面会造成地面结冰；将雨水直接接入雨水口虽不至形成地面大面积结冰，但由于雨水口是开敞的，冻融交替季节会造成雨水口结冰；在排水立管附近设置检查井，将立管伸入地面后加设弯管与检查井联通排水，但如果雨水管道和检查井埋深浅，不能满足防冻的要求，仍然会形成结冰。地面收集系统结冰见实景图9～图11。

图9 桥下地面结冰

图10 雨水口结冰

图11 检查井结冰

2 高架道路积雪结冰处理问题国内外研究现状

高架道路路面积雪结冰的处理问题，各国道路交通部门一直非常重视，而且做了大量的研究工作，但对于桥梁排水系统和桥梁缝隙间结冰处理的研究还不多见，主要是因为各地的气候不同，结冰程度也不同。当然，解决好路面积雪和结冰处理问题是可以缓解甚至避免桥梁缝隙和排水系统结冰的，所以，避免高架道路路面积雪结冰尤其重要。为此，国内外交通部门探索出了多种清除道路表面积雪和防止结冰的方法，一些方法被广泛应用，一些方法还在不断地研究和试验中。

清除路面积雪结冰的方法主要有化学方法和物理方法两大类[1]。

2.1 化学方法

化学方法是通过在路面冰雪中撒布化学药剂（即融雪剂）来降低冰点，使冰雪融化，易于清除。由于撒布融雪剂操作简便，目前应用广泛。常用的融冰雪剂主要有氯化钙、氯化钠等各种盐类、乙二醇、丙二醇、尿素类、醋酸钾、醋酸钠、甲酸钠、醋酸镁钙类等。但化学方法的除冰雪效果受环境温度、车流量和车辆行驶速度等的影响，如果环境温度过低或降雪量过大，会影响其使用效果。环境温度较低时，融雪剂自身很难快速溶解，须借助车辆轮胎的碾压作用，所以融雪持续时间长，效果差。同时，化学药剂对周边环境也有一定的影响，主要是对淡水生物的危害和对道路材料的损害。融雪剂在融雪时以电解质的形式存在于冰水中降低水的结冰温度，化学成分和盐分会随融化后的雪水渗入路面结构或流入周围水体，使得水体矿物组成发生改变而影响水体内生物生长，或腐蚀道路材料，影响路面的使用性能，因此，化学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、机械清除法、热力融化法和抑制冻结铺装等方法。

2.2.1 人工清除法

人工清除法即通过人工清除路面积雪结冰。该方法对冰雪清除较彻底，但效率低，费用高，清除作业影响车辆通行及人员安全。

2.2.2 机械清除法

机械清除法分为机械铲除冰雪和机械吹雪两类。机械铲除冰雪方法是采用大型机械铲除路表冰雪，应用较为广泛。机械吹雪是采用大型鼓风机将路面积雪吹离路表的除雪方法，但适用范围小，不适合城市高架道路除雪。

2.2.3 热力融化法

热力融化法是利用热水、地热、燃气、电或太阳能等产生的热量使冰雪融化。

（1）热水除冰雪。是降雪时向道路表面喷洒热水，使路面冰雪融化后流入排水管线。喷洒热水耗能大，雪水进入路面和管道内部还可能造成路面和管道结构冻胀破坏，大量热水冷后如不能快速排除会再次冻结，并在桥边缘形成冰柱。该方法尤其不适用于高架道路除冰雪。

（2）路面集热蓄能融雪化冰系统。利用光伏或光热系统，地热、太阳能等集热，通过铺设在路面内的热水导管对路面加热，从而实现冬季桥面融雪化冰雪的目的，对于高架道路桥梁缝隙和排水系统结冰也能起到一定的预防和融化作用。但该方法融雪初始投资大，传热设施改造维修困难，国外虽有应用，国内还在研究阶段。

（3）加热式桥面技术。加热式桥面是采用加热桥面或桥面铺装使冰雪融化。如发热电缆法、红外线灯照加热法、电热丝法、传导式混凝土以及导电沥青等。这些方法均有研究机构进行了室内外试验，取得了较好的效果，对于高架道路存在的桥梁缝隙和排水系统结冰问题也有较好的预防和融化作用，但由于技术复杂，造价较高，应用还不广泛。

2.2.4 抑制冻结铺装技术

抑制冻结类铺装技术是通过在路面材料中掺加一定量的特殊材料，利用路面本身的结构特性或表面特性，在荷载作用下使得表面冰层或雪层内部产生自应力作用而使冰层或雪层产生破碎，达到抑制路面结冰的除冰雪技术。通常采用的材料为废旧橡胶颗粒镶嵌铺装技术，对路面防结冰有较好的效果，但由于橡胶块位于路面表面，其与沥青材料间黏附性不足，从而在水分及行车荷载的反复作用下容易从沥青表面脱落而使路表产生麻面，影响路面耐久性。该方法对防止桥梁缝隙和排水系统结冰没有效果。

3 现阶段如何解决高架道路结冰问题

（1）及时清除积雪防止高架道路路面结冰。

路面积雪如不及时清除会随气温的变化形成结冰，最直接、最简单也是最有效的防止结冰的方法就是及时清除积雪。采用化学方法、人工清除法、机械清除法来清除冰雪仍然是目前推荐使用的方法，虽然存在许多缺点，但操作简便效果最好。

（2）做好桥面防水涂层。

无论桥面板顶混凝土整浇层施工质量如何好，在汽车动荷载作用下，均不能完全保证不开裂，所以桥面板顶混凝土整浇层上面必须设置防水层。防水层不但自身要起到防水作用，而且要求其与水泥混凝土和沥青混凝土都有很好的亲和性，附着力强，保证水泥混凝土整浇层和沥青混凝土面层牢固结合。根据当地气候条件，应选择适合的桥面防水涂层材料，保证桥面雨雪水不会渗漏，避免进入桥梁缝隙间结冰。

（3）合理选择桥梁上部结构。

桥梁上部结构常用结构形式为板梁和箱梁，桥梁跨度不大于22 m采用板梁，跨度不小于25 m采用箱梁。板梁宽度一般为1 m，采用铰缝连接；箱梁宽度为2.5 m，采用0.5 m宽0.18 m厚横向湿接缝连接。对于同样宽度的桥面，箱梁的湿接缝数量比板梁的铰缝数量少，减少了接缝数量，减少了雨雪水通过板接缝渗漏的数量。对于同样长度的桥，箱梁长度大于板梁，减少了跨数，减少了伸缩缝和泄水孔的数量，减少了雨雪水通过伸缩缝和泄水孔渗漏的数量。

（4）做好桥梁伸缩缝防水。

由于桥梁伸缩缝的形式及施工安装问题，造成该部位最容易损坏，因此桥梁伸缩缝处是渗水结冰的重灾区。调研后，桥梁采用毛勒伸缩缝和仿毛勒伸缩缝基本不漏水，其他类型的伸缩缝均漏水。选用合适类型的伸缩缝形式，并保证施工质量，能够解决桥梁伸缩缝漏水的难题。

（5）提高泄水孔与桥梁结构的结合度。

桥面泄水孔与落水管设置常见的问题主要表现在下面几方面：泄水孔小，不能及时将水泄走；泄水孔标高高于周围标高，造成桥面积水；安装泄水管时，泄水孔周边混凝土振捣不密实，雪水沿着泄水孔周边不密实部位渗漏。高架道路泄水孔与立管以及桥梁结构连接处结合不紧密会漏水，冬季结冰后会形成冰柱，对桥下交通影响很大。提高泄水孔与桥梁结构的密封效果，使融雪水不会渗出是较好的防止泄水孔结冰的方法。

（6）合理设计排水系统。

高架道路排水系统由泄水孔、排水立管和地面排水收集系统组成。排水系统中每个部分都可能结冰，合理设计排水系统，避免过多的没有必要的设施可以减少结冰点。排水系统中泄水孔间距与汇水范围、雨水量、排水立管管径有关，《室外排水设计规范》2014年版4.10.5条规定，高架道路泄水孔间距宜为20～30 m[2]，故大多数设计单位以此为设计间距。然而，不同的地区暴雨强度不同，计算出的雨水量差距很大，不应照搬规范，应通过计算复核。通过乌鲁木齐地区暴雨强度公式和上海市暴雨强度公式对比计算后发现，上海市高架道路泄水孔间距采用规范中20～30 m是合适的，但上海市的降雨量和降雨强度是乌鲁木齐市5倍以上。同等条件下，上海市的设计泄水孔间距理论上应该小于乌鲁木齐地区。经计算，乌鲁木齐地区泄水孔间距按每隔一个桥墩布置一处为宜，间距宜为40～60 m，即使高架道路宽度达到50 m，最大泄水孔间距也能够满足使用要求，这样就合理地减少了排水系统的数量，避免过多的结冰点造成不必要的危害。

（7）合理选择排水立管管材和管径。

高架道路排水立管通常选用聚乙烯管道，管径以DN150 mm多见。2015年12月，对哈尔滨市进乡街、二环路、文昌街高架道路排水系统进行了观察和了解。这三条高架道路分别使用了DN150 mm聚乙烯排水管、DN150 mm镀锌钢管和DN200 mm聚乙烯排水管。采用DN150 mm聚乙烯排水管时，管道结冰和损坏情况最为严重；采用DN200 mm聚乙烯排水管时，结冰和损坏情况明显降低；采用DN150 mm镀锌钢管时，未出现管道损坏情况。故选择DN200 mm塑料类管材会降低管道结冰概率，选择金属管道可避免因结冰冻胀损坏管道。

（8）设置雨水收集井，避免桥下路面结冰。

高架道路路面雨水纳入城市排水系统中，雨水通过桥面泄水孔进入排水立管，排水立管中的雨水进入市政排水管道。如雨水通过立管排至桥下地面后散流进入附近雨水口，冬季会造成地面结冰；如通过立管伸入地面雨水口排水，由于雨水口是开敞的，会造成融雪季节结冰，不能起到排水作用。在排水立管附近设置雨水收集井，将立管伸入地面后加设弯管接入雨水收集井，雨水收集井连接市政雨水管道，由于井内有一定的热量，热量会进入排水立管，可一定程度上起到防止排水立管结冰的作用，避免冻融季节管道结冰效果最好，是最适合乌鲁木齐等北方地区的高架道路排水方式，但如果井埋深过浅，仍然可能结冰。通过观察，乌鲁木齐地区雨水收集井深度大于1.5 m时，防止管道和井内结冰效果最好。

（9）加强桥面排水设施的养护管理。

及时清除桥面积雪，经常清理泄水孔，防止堵塞后排水缓慢造成结冰，是提前预防的重要手段。

（10）关注国内外路面集热蓄能融雪化冰系统、加热式桥面技术研究进程，结合本地气候特征逐步进行试验和研究，找到适合的解决方法。

4 结语

我国大部分地区属于冰雪地区，经常有因道路、桥梁积雪冰冻、冰块坠落而引发交通事故和安全事故。保证冰雪季节桥面及路面的安全，应成为广大道路工作者需要研究和解决的重要问题，寻求科学的除冰雪方法对道路交通的发展也具有现实和社会意义。每个城市应依据不同的气候特征不断开发研究，力求研究出更好的预防和解决高架道路结冰的办法。加强城市之间的交流和学习，获得好的设计和管理经验，将其应用于实践当中也是解决高架道路结冰问题的有益途径。

[1]宋瀛.国内外道路桥梁工程融雪化冰技术分析[J].城市建设理论研究,2013（24）：44.

[2]GB 50014-2006,室外排水设计规范[S].

宜宾金沙江公铁两用桥最大主墩封顶

近日，宜宾金沙江公铁两用桥最大主墩封顶。预计大桥明年10月31日竣工，将在金沙江上托起世界首条山区高速铁路。

金沙江公铁两用桥是成贵(成都—贵阳)高速铁路全线关键控制性工程，主桥采用五连拱桥型设计，共设有6个主墩。此次浇筑的2号主墩为主桥主跨主墩，是全桥最大的两个主墩之一。

大桥创造了多项国际建桥纪录：主跨336 m为世界最大跨度的公铁两用钢箱拱桥;铁路桥面在上、公路桥面在下的公铁两用拱桥布置系国际首例;公路桥面距铁路桥面高差达到32 m，在公铁两用桥梁中属世界第一。

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，湖南宁乡人，高级工程师，从事市政给水排水工程设计与研究。