雨雪氣候變化引起的橋下冰柱對道路工程運(yùn)營的影響

1、    雨雪氣候變化引起的橋下冰柱對道路工程運(yùn)營的影響    張杰 田帥摘 要：針對橋下冰柱的安全隱患問題，對全國各城市橋下冰柱進(jìn)行了統(tǒng)計分析，在實驗室開展了0-10下冰體的強(qiáng)度實驗，以遼寧東部地區(qū)為例，預(yù)測了該地區(qū)冰柱的最大尺寸及重量，并從多個方面分析了冰柱脫落引發(fā)車輛及行人事故的規(guī)律，最后對冰柱的防治措施提出合理化的建議。研究結(jié)果表明：遼寧東部地區(qū)冰柱的最大長度可為2m，根部最大直徑為8.9cm，冰柱長度與根部直徑之間的關(guān)系為22.5倍;冰柱長為1m以上時，對行人有損傷，應(yīng)盡量繞行;在今后的橋梁設(shè)計中應(yīng)考慮冰柱問題，從設(shè)計角度將冰柱安全隱患降低到最低

2、程度。關(guān)鍵詞：道路工程;雨雪氣候;橋下冰柱;運(yùn)營影響;防治措施冬季，我國北方地區(qū)隨處可見一些懸掛在高架橋下方的冰柱。別看這些冰柱一個個長得晶瑩剔透，可近些年來，它墜下砸傷的路人和車輛還真不少，直接影響道路工程運(yùn)營。在易發(fā)生冰柱的立交橋位置，如何防范和減小冰柱危害，方便車輛及行人通行，具有一定的現(xiàn)實意義。1 冰柱病害的統(tǒng)計分析從近些年新聞報道上統(tǒng)計，選取冰柱病害較為典型的城市進(jìn)行匯總統(tǒng)計，其結(jié)果見下表。我國冰柱典型病害問題統(tǒng)計表城市冰柱嚴(yán)重程度產(chǎn)生冰柱的主要原因南京橋檐下垂著的冰柱，最長的有一米多長，有膀子粗細(xì)。橋梁漏水管水結(jié)成冰，變成冰柱倒掛著。武漢被摔斷的冰柱長1.5米，重約30斤橋梁漏水管

3、水結(jié)成冰，變成冰柱。寧波鐵路橋掉十幾斤重的冰柱，穿過擋風(fēng)玻璃砸斷司機(jī)手臂。天氣冷，漏水管的水結(jié)成了冰，變成冰柱倒掛著。烏魯木齊冰柱在橋下隨處可見，最長約有一米，多數(shù)位于連接處及梁體縫隙間。連日雨雪襲城，覆蓋在橋上的積雪融化后，在橋體下側(cè)形成了冰柱。太原小的只有十幾厘米長，大的長度能達(dá)到一米。每隔幾十米就倒掛著個冰柱子。空氣中本身有水蒸汽，會凝結(jié)成霜、霧附著在橋面上，時間長了就積少成多，最后凝結(jié)成冰柱。沈陽很多1米長的冰柱懸掛在橋梁下，隨時有脫落的危險。覆蓋在橋面上的積雪融化后，在橋體下側(cè)形成了冰柱。從上表可以看出，冰柱的重量較大，如果冰柱從橋上脫落，將影響道路工程運(yùn)營，并可能引發(fā)5種事故模式：

4、傷行人、傷車、傷車后砸傷駕駛員、傷車后車撞人、眾車連撞，而且每種事故模式都不能小覷，都可能引起財產(chǎn)損失甚至是人身傷亡。從統(tǒng)計得出，在降雪量較大的地區(qū)，冰柱問題較為突出;在降雪量較小，但有冷空氣作用的地區(qū)，也存在冰柱問題;在沒有降雪量、只有短時間冷空氣作用的地區(qū)，也會出現(xiàn)冰柱問題;位于長江以南的城市，不用考慮橋下冰柱問題。因此，我國城市橋下冰柱分布大體可以分為四個區(qū)：冰柱嚴(yán)重地區(qū)、冰柱較重地區(qū)、冰柱輕微地區(qū)、冰柱可忽略地區(qū)。2 冰柱的物理力學(xué)性能及冰害分析2.1 冰柱的物理力學(xué)性能試驗1-3基于冰柱產(chǎn)生所需的雨雪氣候條件，開展0-10區(qū)間內(nèi)的冰體強(qiáng)度實驗，其應(yīng)變速率取5.7×10-3.

5、s-1。首先，制作7cm×7cm×17.5 cm的試件，進(jìn)行冰體的單軸壓縮實驗。冰體在0時的抗壓強(qiáng)度為1.61mpa，在-5時，抗壓強(qiáng)度為3.01mpa，由于冰柱在0時會融化脫落傷人傷車，因此冰柱抗壓強(qiáng)度取1.61mpa。其次，制作10cm×5cm×35 cm的試件，進(jìn)行冰體的抗折強(qiáng)度實驗。冰體在0時的抗折強(qiáng)度為1.02mpa，在-5時，抗折強(qiáng)度為1.6mpa，按冰體0時融化脫落考慮，冰柱抗折強(qiáng)度取1.02mpa。最后，制作3cm×12cm的試件，進(jìn)行冰體的拉伸實驗。在0時，測出冰體的拉伸強(qiáng)度為0.563mpa。從冰體的強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以看出，冰柱的

6、拉伸強(qiáng)度最小，約為抗壓強(qiáng)度的1/3。由于實驗室凍制的冰體密實，而實際冰柱差之，實際強(qiáng)度會有較低。因此，冰柱的強(qiáng)度按0實驗強(qiáng)度的0.5倍取值，即拉伸強(qiáng)度為0.28mpa。2.2 冰害分析以長春市冰柱傷人報導(dǎo)為例，冰柱重量約0.27kg，長度約0.7m，冰柱位置高度為33m，撞擊到行人時的速度為25m/s，動量為6.75kg.m/s，將其換算為橋梁凈高5m時，冰柱長度為11m，重量為0.7kg。該結(jié)論在烏魯木齊市的傷人報導(dǎo)中可驗證。因此，當(dāng)行人在有冰柱的橋梁下行走時，當(dāng)目測冰柱長度在1m以上時，應(yīng)盡量繞行?？紤]車輛臨時停車情況，以寧波市冰柱傷車報導(dǎo)為例，通過該事故的冰柱重量可反推出冰柱長度為2.2

7、m，即冰柱長度達(dá)到2m以上、冰柱位置高度為5m時，對車輛的擋風(fēng)玻璃及司機(jī)造成損傷，傷車時的速度為9.8m/s。以奉化地區(qū)報導(dǎo)為例，冰柱長度為1.3m左右，可推出冰柱質(zhì)量為1.2kg，冰柱位置高度為5m，傷車時的速度為9.8m/s，冰柱將車輛擋風(fēng)玻璃擊碎。因此，冰柱在1m左右時，對車輛擋風(fēng)玻璃有損傷。但當(dāng)冰柱長度為2m以上時，除擋風(fēng)玻璃受到損失外，司機(jī)也有受傷的風(fēng)險。3 冰柱病害的防治措施3.1 預(yù)防措施對于立交橋，可以考慮改性瀝青伸縮縫，減小伸縮縫處的漏水問題;對于降雪量較大的地區(qū)，可以在梁體側(cè)面涂抹憎水、憎冰體的涂料，其涂料可以按照電力設(shè)施的防冰涂料來選取;對于秦嶺淮河與長江以北之間的地區(qū)，

8、可以從泄水管材料上考慮，選擇憎水、憎冰體材料的泄水管。3.2 清除措施清理冰柱的方法可以考慮：直接用棍子敲打、用捆著鋼筋的竹竿敲打，坐在升降車或高空作業(yè)車上將冰柱敲下。3.3 警示措施在易發(fā)生冰柱的立交橋地區(qū)，可在橋的梁體上附加警示措施，或在前方100m處設(shè)置警示標(biāo)志，給司機(jī)及行人以提醒。此類警示措施交通部并未設(shè)計，應(yīng)合理加設(shè)相應(yīng)的警示標(biāo)志。4 結(jié)論（1）經(jīng)冰柱病害統(tǒng)計，我國橋下冰柱分為冰柱嚴(yán)重地區(qū)、冰柱較重地區(qū)、冰柱輕微地區(qū)、冰柱可忽略地區(qū)，在今后橋梁設(shè)計中應(yīng)結(jié)合冰柱分區(qū)問題有效開展冰柱的防治設(shè)計;（2）經(jīng)冰體強(qiáng)度實驗，得出冰柱的拉伸強(qiáng)度最小，約為抗壓強(qiáng)度的1/3，0時冰柱拉伸強(qiáng)度可取0.28mpa，抗折強(qiáng)度取0.51mpa;（3）遼寧東部地區(qū)冰柱的最大長度可為2m，根部最大直徑為8.9cm，冰柱長度與根部直徑之間的關(guān)系為22.5倍;（4）冰柱長為1m以上時，對行人有損傷。參考文獻(xiàn)：1蔡琳，等.中國江河冰凌m.