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(tuán)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(qiáng)重視，不僅要在新建路面中引進(jìn)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(yùn)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(jìn)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%?？諝庵胁粩嗄鄣乃肿訒纬伤w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(jìn)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(jì)規(guī)范》的行業(yè)技術(shù)水平進(jìn)行施工，通過拉毛、壓槽或刻槽等方式進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(yàn)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(jì)權(quán)噪聲計(jì)進(jìn)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(jìn)行測試，測試前對路面進(jìn)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(jìn)行清潔，將樹脂粘結(jié)劑作為粘結(jié)層在表層進(jìn)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(jī)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(hù)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行路表人工拉毛處理，保障路面的實(shí)際抗滑度，最后進(jìn)行4 d～5 d的路面養(yǎng)生，使其強(qiáng)度達(dá)得到設(shè)計(jì)強(qiáng)度40%以上后進(jìn)行刻槽施工?？滩蹠r，利用刻槽機(jī)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(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，然后開機(jī)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(qiáng)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(jìn)行攪拌，澆筑后經(jīng)養(yǎng)護(hù)和聚合，形成的含有機(jī)聚合物的水泥混凝土。在攤鋪混凝土?xí)r，要通過攤鋪機(jī)的振動和熨平功能實(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)營過程中具有良好的安全性和舒適性。