公路隧道水泥混凝土路面抗滑性能及降噪技術(shù)分析

戎 斌 生

(山西交通控股集團有限公司太原高速公路分公司，山西 太原 030006)

1 抗滑性能及降噪技術(shù)的概述

一般公路單位在隧道施工時，會在路面設(shè)置紋理，其紋理分類及形成原因如表1所示，從而使路表具有分散均勻、凹凸起伏的小顆粒，從而增加汽車輪胎與路面的摩擦力。但長期的車輛行駛會對路面造成磨損，再加之水損害和路表污染等問題，造成路面紋理被磨平，抗滑性能嚴(yán)重下降，存在較大的行車安全隱患。公路單位要對隧道路面抗滑性能加強重視，不僅要在新建路面中引進新材料和新工藝，有效提高路面抗滑能力，減緩抗滑能力的衰減，同時要采取有效抗滑處治措施修復(fù)舊隧道路面，使其保持良好的抗滑性能，延長道路的施工壽命。

表1 水泥混凝土路面紋理分類及形成原因

另外隧道屬于封閉空間，在車輛行駛過程中，輪胎與路面劇烈摩擦產(chǎn)生噪聲，對行車的舒適性造成嚴(yán)重影響。主要原因是隧道內(nèi)路面噪聲經(jīng)過反射、共振和疊加作用，持續(xù)時間延長，噪聲難以消散，造成隧道內(nèi)部噪聲比一般路段高很多，而駕駛者長期處于噪聲水平較高的環(huán)境中，容易出現(xiàn)煩躁或疲勞情況，嚴(yán)重影響了駕駛者的心理或生理健康。合理選擇路面結(jié)構(gòu)施工材料和紋理方式能夠提高路面使用性能，降低隧道內(nèi)噪聲水平，提高道路抗滑能力，從而確保公路隧道的安全運營。

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)測試抗滑性能。

在隧道水泥混凝土路面，抗滑性能作為重要的路面特征，一般通過抗滑擺值、構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)來表示。本文采用橫向力系數(shù)來表示，針對未通車的部分路段輔助以構(gòu)造深度和抗滑擺值進行表征。

2)隧道內(nèi)外混凝土路面抗滑性能變化。

在我國公路工程中，大部分隧道入口和出口的水泥混凝土路面抗滑性能較差，部分路段橫向力系數(shù)不超過40。主要原因在于隧道的入口和出口逐漸變窄，光線變化較大，而且隧道有限速要求，導(dǎo)致行駛車輛在該路段頻繁的制動和啟動行駛車輛，路面的抗滑構(gòu)造在車輛反復(fù)的剎車和加速中出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，抗滑性能嚴(yán)重下降。如果隧道區(qū)域的雨水比較豐富，則隧道內(nèi)會存在較大的空氣濕度，最大濕度甚至超過80%。空氣中不斷凝聚的水分子會形成水顆粒覆蓋在水泥混凝土路面上，導(dǎo)致路面形成一層較厚的水膜，當(dāng)水膜厚度超過2.5 mm后會出現(xiàn)明顯的路面滑水現(xiàn)象。

3)表面構(gòu)造對路面抗滑性能的影響。

混凝土路面的具體構(gòu)造包括細(xì)觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造，其中兩方面都影響著表面的抗滑性。宏觀構(gòu)造將混凝土路面的抗滑持久性直接反映出來，而且宏觀構(gòu)造越粗糙，橡膠輪胎在車輛行駛過程中出現(xiàn)越多的振動變形或產(chǎn)生遲滯能量損失，也因此具有越大的摩擦力；如果路面處于潮濕狀態(tài)，宏觀構(gòu)造能夠利用排水通道對輪胎與路面的摩擦狀態(tài)進行改變，而集料的形狀、級配以及粒徑是影響混凝土路面宏觀構(gòu)造的主要因素。細(xì)觀構(gòu)造對路面抗滑性能的影響程度較小，它可以使輪胎與路面之間的附著系數(shù)得到改善，其中表層砂漿和集料表面粗糙程度都是影響細(xì)觀構(gòu)造的因素。在構(gòu)造水泥混凝土抗滑表面時，要嚴(yán)格按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》的行業(yè)技術(shù)水平進行施工，通過拉毛、壓槽或刻槽等方式進行路面抗滑構(gòu)造，完成施工后檢測抗滑構(gòu)造是否符合技術(shù)要求，抗滑構(gòu)造要求如表2所示。

表2 抗滑構(gòu)造要求

2.2 水泥混凝土路面噪聲性能

1)測試噪聲水平。在隧道性能測試中，一般通過隨車聲強儀法來測路面噪聲水平，并采用控制通過法輔助測試隧道中輪胎和路面產(chǎn)生噪聲的傳播衰減過程。測試時將車輛速度控制在60 km/h，保持勻速直線行駛，車輛速度偏差浮動控制在3 km以內(nèi)。隧道的水泥混凝土路面的輪胎/路面噪聲水平大概為95 dB～108 dB之間，一般瀝青路面會低于橫向刻槽路面的噪聲4 dB(A)～5 dB(A)左右，并低于縱向刻槽路面1 dB(A)～2 dB(A)的噪聲，不同結(jié)構(gòu)形式的隧道路面噪聲的1/3倍頻程譜具有一定相似性，噪聲的峰值區(qū)域主要在800 Hz～1 850 Hz范圍內(nèi)。而且組合式刻槽能夠使低峰值區(qū)域附近的聲壓水平有效降低，但降噪效果一般。

2)隧道內(nèi)外混凝土路面的噪聲水平。在空氣中，聲波的傳播過程為縱波形式，并且容易出現(xiàn)干涉、折射和反射現(xiàn)象。在隧道中傳播時，混凝土路面噪聲會受聲波干涉、反射和折射影響大于隧道外噪聲。隧道行車中，水泥混凝土路面的噪聲會使人產(chǎn)生耳鳴、煩躁、聽力損傷等癥狀，長時間的噪聲干擾還會影響人的語言表達(dá)和心理生理健康。隧道內(nèi)的噪聲比隧道外高出10 dB(A)～20 dB(A)左右，主要原因是封閉環(huán)境下噪聲發(fā)生多次反射、疊加和共振，沿隧道縱向傳播的聲波不容易消散。

3)隧道路面輪胎/路面噪聲的衰減。通過對某公路隧道路段進行測試，研究分析隧道路面輪胎/路面噪聲的衰減情況。在試驗過程中，將車輛行駛速度控制在每小時60 km，在隧道入口和內(nèi)部距離入口500 m處直線通過，在隧道不同位置利用A計權(quán)噪聲計進行噪聲水平測試，同時還要選定晴朗無風(fēng)的天氣對隧道外部路面的噪聲水平進行測試，測試前對路面進行清掃，將誤差控制在最小范圍內(nèi)，水泥混凝土路面隧道內(nèi)外部噪聲衰減過程如圖1所示。

通過圖1能夠看出，隧道內(nèi)部噪聲比外部噪聲出現(xiàn)明顯較慢的衰減速率，隧道入口位置車輛行駛與路面產(chǎn)生的噪聲巖隧道內(nèi)部傳遞300 m時，噪聲水平仍然在90 dB以上，與隧道外部100 m處測得的噪聲水平相近。

3 基于抗滑降噪的隧道水泥混凝土路面施工工藝

3.1 舊路面恢復(fù)處理

一是加鋪防滑罩面層，鑿毛原路面并進行清潔，將樹脂粘結(jié)劑作為粘結(jié)層在表層進行涂抹，然后將超緩凝劑噴灑在表面，最后將表面的砂漿用洗刷機刷掉，做成裸露集料的低噪聲水泥混凝土。罩面厚度要控制在3 cm～8 cm左右，集料粒徑控制在大于5 mm且小于8 mm的范圍內(nèi)，有效提高路面防護性能，減少噪聲；二是微表處恢復(fù)，對于抗滑功能受損的路面，將拌和好的稀漿混合料均勻攤鋪在原路面，建立和恢復(fù)表面功能，使路面具有較高的耐磨性和抗滑性，延長原有道路的使用壽命，改善抗滑降噪效果；三是稀漿封層處治，首先將草酸噴灑在路面，用帶鋼絲刷的清洗車對整個路面進行反復(fù)磨洗，將路表氧化層抹去以后，用高壓水將污物沖洗干凈，保持路面清潔。然后采用雙層微表處治工藝，對路面實施改性乳化瀝青稀漿封層改造，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藝進行攤鋪、整平、收面等，待道路表面水膜消失以后，按照縱向拖拉的方式利用土工布或粗麻布進行路表人工拉毛處理，保障路面的實際抗滑度，最后進行4 d～5 d的路面養(yǎng)生，使其強度達(dá)得到設(shè)計強度40%以上后進行刻槽施工。刻槽時，利用刻槽機的升降控制輪將鋸片下降到與路面臨近接觸的位置，對鋸片方向和角度進行適當(dāng)調(diào)整，然后開機將高速旋轉(zhuǎn)的鋸片下降至刻槽深度位置，開啟自動行走模式，讓其自動延伸刻槽。完成刻槽以后及時清洗槽口，避免槽內(nèi)滯留的泥漿形成強度。

3.3 聚合物改性水泥混凝土路面

相對于普通混凝土，聚合物改性水泥混凝土具有較高的粘結(jié)力、較低的透水性以及較好的收縮性，能夠提高路面抗滑性能，降低噪聲水平。聚合物改性水泥混凝土是將聚合物膠和水加入普通水泥混凝土中進行攪拌，澆筑后經(jīng)養(yǎng)護和聚合，形成的含有機聚合物的水泥混凝土。在攤鋪混凝土?xí)r，要通過攤鋪機的振動和熨平功能實現(xiàn)一次攤鋪成型，無需后續(xù)的碾壓和平整工序。施工人員必須嚴(yán)格控制攤鋪速度，合理安排混凝土供應(yīng)。混合料的從拌和到攤鋪結(jié)束的時間一般控制在60 min以內(nèi)，完成攤鋪后進行覆膜養(yǎng)生，自然條件下養(yǎng)生超過7 d以上，期間嚴(yán)禁灑水。聚合物改性水泥混凝土路面不需要刻槽工藝即可達(dá)到路面抗滑降噪性能，滿足路面車輛行駛要求。

4 結(jié)語

公路隧道抗滑降噪混凝土路面施工工藝較多，封閉空間導(dǎo)致施工難度增大，影響施工質(zhì)量和整體進度。這就需要施工單位嚴(yán)格控制各個施工環(huán)節(jié)，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，及時引進新工藝新材料，通過有效措施完成抗滑降噪的施工目標(biāo)，使公路隧道在運營過程中具有良好的安全性和舒適性。