公路隧道水泥混凝土路面抗滑性能及降噪技术分析

2019-08-05戎斌生

山西建筑 2019年12期

戎斌生

(山西交通控股集团有限公司太原高速公路分公司，山西太原 030006)

1 抗滑性能及降噪技术的概述

一般公路单位在隧道施工时，会在路面设置纹理，其纹理分类及形成原因如表1所示，从而使路表具有分散均匀、凹凸起伏的小颗粒，从而增加汽车轮胎与路面的摩擦力。但长期的车辆行驶会对路面造成磨损，再加之水损害和路表污染等问题，造成路面纹理被磨平，抗滑性能严重下降，存在较大的行车安全隐患。公路单位要对隧道路面抗滑性能加强重视，不仅要在新建路面中引进新材料和新工艺，有效提高路面抗滑能力，减缓抗滑能力的衰减，同时要采取有效抗滑处治措施修复旧隧道路面，使其保持良好的抗滑性能，延长道路的施工寿命。

表1 水泥混凝土路面纹理分类及形成原因

另外隧道属于封闭空间，在车辆行驶过程中，轮胎与路面剧烈摩擦产生噪声，对行车的舒适性造成严重影响。主要原因是隧道内路面噪声经过反射、共振和叠加作用，持续时间延长，噪声难以消散，造成隧道内部噪声比一般路段高很多，而驾驶者长期处于噪声水平较高的环境中，容易出现烦躁或疲劳情况，严重影响了驾驶者的心理或生理健康。合理选择路面结构施工材料和纹理方式能够提高路面使用性能，降低隧道内噪声水平，提高道路抗滑能力，从而确保公路隧道的安全运营。

2 公路隧道水泥混凝土路面抗滑降噪功能分析

2.1 水泥混凝土路面抗滑性能

1)测试抗滑性能。

在隧道水泥混凝土路面，抗滑性能作为重要的路面特征，一般通过抗滑摆值、构造深度和横向力系数来表示。本文采用横向力系数来表示，针对未通车的部分路段辅助以构造深度和抗滑摆值进行表征。

2)隧道内外混凝土路面抗滑性能变化。

在我国公路工程中，大部分隧道入口和出口的水泥混凝土路面抗滑性能较差，部分路段横向力系数不超过40。主要原因在于隧道的入口和出口逐渐变窄，光线变化较大，而且隧道有限速要求，导致行驶车辆在该路段频繁的制动和启动行驶车辆，路面的抗滑构造在车辆反复的刹车和加速中出现严重磨损，抗滑性能严重下降。如果隧道区域的雨水比较丰富，则隧道内会存在较大的空气湿度，最大湿度甚至超过80%。空气中不断凝聚的水分子会形成水颗粒覆盖在水泥混凝土路面上，导致路面形成一层较厚的水膜，当水膜厚度超过2.5 mm后会出现明显的路面滑水现象。

3)表面构造对路面抗滑性能的影响。

混凝土路面的具体构造包括细观构造和宏观构造，其中两方面都影响着表面的抗滑性。宏观构造将混凝土路面的抗滑持久性直接反映出来，而且宏观构造越粗糙，橡胶轮胎在车辆行驶过程中出现越多的振动变形或产生迟滞能量损失，也因此具有越大的摩擦力；如果路面处于潮湿状态，宏观构造能够利用排水通道对轮胎与路面的摩擦状态进行改变，而集料的形状、级配以及粒径是影响混凝土路面宏观构造的主要因素。细观构造对路面抗滑性能的影响程度较小，它可以使轮胎与路面之间的附着系数得到改善，其中表层砂浆和集料表面粗糙程度都是影响细观构造的因素。在构造水泥混凝土抗滑表面时，要严格按照《公路水泥混凝土路面设计规范》的行业技术水平进行施工，通过拉毛、压槽或刻槽等方式进行路面抗滑构造，完成施工后检测抗滑构造是否符合技术要求，抗滑构造要求如表2所示。

表2 抗滑构造要求

2.2 水泥混凝土路面噪声性能

1)测试噪声水平。在隧道性能测试中，一般通过随车声强仪法来测路面噪声水平，并采用控制通过法辅助测试隧道中轮胎和路面产生噪声的传播衰减过程。测试时将车辆速度控制在60 km/h，保持匀速直线行驶，车辆速度偏差浮动控制在3 km以内。隧道的水泥混凝土路面的轮胎/路面噪声水平大概为95 dB～108 dB之间，一般沥青路面会低于横向刻槽路面的噪声4 dB(A)～5 dB(A)左右，并低于纵向刻槽路面1 dB(A)～2 dB(A)的噪声，不同结构形式的隧道路面噪声的1/3倍频程谱具有一定相似性，噪声的峰值区域主要在800 Hz～1 850 Hz范围内。而且组合式刻槽能够使低峰值区域附近的声压水平有效降低，但降噪效果一般。

2)隧道内外混凝土路面的噪声水平。在空气中，声波的传播过程为纵波形式，并且容易出现干涉、折射和反射现象。在隧道中传播时，混凝土路面噪声会受声波干涉、反射和折射影响大于隧道外噪声。隧道行车中，水泥混凝土路面的噪声会使人产生耳鸣、烦躁、听力损伤等症状，长时间的噪声干扰还会影响人的语言表达和心理生理健康。隧道内的噪声比隧道外高出10 dB(A)～20 dB(A)左右，主要原因是封闭环境下噪声发生多次反射、叠加和共振，沿隧道纵向传播的声波不容易消散。

3)隧道路面轮胎/路面噪声的衰减。通过对某公路隧道路段进行测试，研究分析隧道路面轮胎/路面噪声的衰减情况。在试验过程中，将车辆行驶速度控制在每小时60 km，在隧道入口和内部距离入口500 m处直线通过，在隧道不同位置利用A计权噪声计进行噪声水平测试，同时还要选定晴朗无风的天气对隧道外部路面的噪声水平进行测试，测试前对路面进行清扫，将误差控制在最小范围内，水泥混凝土路面隧道内外部噪声衰减过程如图1所示。

通过图1能够看出，隧道内部噪声比外部噪声出现明显较慢的衰减速率，隧道入口位置车辆行驶与路面产生的噪声岩隧道内部传递300 m时，噪声水平仍然在90 dB以上，与隧道外部100 m处测得的噪声水平相近。

3 基于抗滑降噪的隧道水泥混凝土路面施工工艺

3.1 旧路面恢复处理

一是加铺防滑罩面层，凿毛原路面并进行清洁，将树脂粘结剂作为粘结层在表层进行涂抹，然后将超缓凝剂喷洒在表面，最后将表面的砂浆用洗刷机刷掉，做成裸露集料的低噪声水泥混凝土。罩面厚度要控制在3 cm～8 cm左右，集料粒径控制在大于5 mm且小于8 mm的范围内，有效提高路面防护性能，减少噪声；二是微表处恢复，对于抗滑功能受损的路面，将拌和好的稀浆混合料均匀摊铺在原路面，建立和恢复表面功能，使路面具有较高的耐磨性和抗滑性，延长原有道路的使用寿命，改善抗滑降噪效果；三是稀浆封层处治，首先将草酸喷洒在路面，用带钢丝刷的清洗车对整个路面进行反复磨洗，将路表氧化层抹去以后，用高压水将污物冲洗干净，保持路面清洁。然后采用双层微表处治工艺，对路面实施改性乳化沥青稀浆封层改造，有效改善路面抗滑性能。

3.2 刻槽混凝土路面

刻槽施工前，按照混凝土路面施工工艺进行摊铺、整平、收面等，待道路表面水膜消失以后，按照纵向拖拉的方式利用土工布或粗麻布进行路表人工拉毛处理，保障路面的实际抗滑度，最后进行4 d～5 d的路面养生，使其强度达得到设计强度40%以上后进行刻槽施工。刻槽时，利用刻槽机的升降控制轮将锯片下降到与路面临近接触的位置，对锯片方向和角度进行适当调整，然后开机将高速旋转的锯片下降至刻槽深度位置，开启自动行走模式，让其自动延伸刻槽。完成刻槽以后及时清洗槽口，避免槽内滞留的泥浆形成强度。

3.3 聚合物改性水泥混凝土路面

相对于普通混凝土，聚合物改性水泥混凝土具有较高的粘结力、较低的透水性以及较好的收缩性，能够提高路面抗滑性能，降低噪声水平。聚合物改性水泥混凝土是将聚合物胶和水加入普通水泥混凝土中进行搅拌，浇筑后经养护和聚合，形成的含有机聚合物的水泥混凝土。在摊铺混凝土时，要通过摊铺机的振动和熨平功能实现一次摊铺成型，无需后续的碾压和平整工序。施工人员必须严格控制摊铺速度，合理安排混凝土供应。混合料的从拌和到摊铺结束的时间一般控制在60 min以内，完成摊铺后进行覆膜养生，自然条件下养生超过7 d以上，期间严禁洒水。聚合物改性水泥混凝土路面不需要刻槽工艺即可达到路面抗滑降噪性能，满足路面车辆行驶要求。