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行了統(tǒng)計分析，在實驗室開展了0℃～-10℃下冰體的強度實驗，以遼寧東部地區(qū)為例，預測了該地區(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系為22.5倍;冰柱長為1m以上時，對行人有損傷，應盡量繞行;在今后的橋梁設計中應考慮冰柱問題，從設計角度將冰柱安全隱患降低到最低程度。

關鍵詞：道路工程;雨雪氣候;橋下冰柱;運營影響;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行匯總統(tǒng)計，其結果見下表。

我國冰柱典型病害問題統(tǒng)計表城市冰柱嚴重程度產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。橋梁漏水管水結成冰，變成冰柱倒掛著。

武漢被摔斷的冰柱長1.5米，重約30斤橋梁漏水管水結成冰，變成冰柱。

寧波鐵路橋掉十幾斤重的冰柱，穿過擋風玻璃砸斷司機手臂。天氣冷，漏水管的水結成了冰，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，在橋體下側形成了冰柱。

太原小的只有十幾厘米長，大的長度能達到一米。每隔幾十米就倒掛著個冰柱子?？諝庵斜旧碛兴羝?，會凝結成霜、霧附著在橋面上，時間長了就積少成多，最后凝結成冰柱。

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，將影響道路工程運營，并可能引發(fā)5種事故模式：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 冰柱的物理力學性能及冰害分析

2.1 冰柱的物理力學性能試驗[1-3]

基于冰柱產生所需的雨雪氣候條件，開展0℃～-10℃區(qū)間內的冰體強度實驗，其應變速率取5.7×10-3.S-1。首先，制作7cm×7cm×17.5 cm的試件，進行冰體的單軸壓縮實驗。冰體在0℃時的抗壓強度為1.61Mpa，在-5℃時，抗壓強度為3.01Mpa，由于冰柱在0℃時會融化脫落傷人傷車，因此冰柱抗壓強度取1.61Mpa。其次，制作10cm×5cm×35 cm的試件，進行冰體的抗折強度實驗。冰體在0℃時的抗折強度為1.02Mpa，在-5℃時，抗折強度為1.6Mpa，按冰體0℃時融化脫落考慮，冰柱抗折強度取1.02Mpa。最后，制作3cm×12cm的試件，進行冰體的拉伸實驗。在0℃時，測出冰體的拉伸強度為0.563Mpa。

從冰體的強度數(shù)據(jù)可以看出，冰柱的拉伸強度最小，約為抗壓強度的1/3。由于實驗室凍制的冰體密實，而實際冰柱差之，實際強度會有較低。因此，冰柱的強度按0℃實驗強度的0.5倍取值，即拉伸強度為0.28MPa。

2.2 冰害分析

以長春市冰柱傷人報導為例，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。該結論在烏魯木齊市的傷人報導中可驗證。因此，當行人在有冰柱的橋梁下行走時，當目測冰柱長度在1m以上時，應盡量繞行。

考慮車輛臨時停車情況，以寧波市冰柱傷車報導為例，通過該事故的冰柱重量可反推出冰柱長度為2.2m，即冰柱長度達到2m以上、冰柱位置高度為5m時，對車輛的擋風玻璃及司機造成損傷，傷車時的速度為9.8m/s。以奉化地區(qū)報導為例，冰柱長度為1.3m左右，可推出冰柱質量為1.2kg，冰柱位置高度為5m，傷車時的速度為9.8m/s，冰柱將車輛擋風玻璃擊碎。因此，冰柱在1m左右時，對車輛擋風玻璃有損傷。但當冰柱長度為2m以上時，除擋風玻璃受到損失外，司機也有受傷的風險。

3 冰柱病害的防治措施

3.1 預防措施

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)，可以在梁體側面涂抹憎水、憎冰體的涂料，其涂料可以按照電力設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)，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處設置警示標志，給司機及行人以提醒。此類警示措施交通部并未設計，應合理加設相應的警示標志。

4 結論

（1）經冰柱病害統(tǒng)計，我國橋下冰柱分為冰柱嚴重地區(qū)、冰柱較重地區(qū)、冰柱輕微地區(qū)、冰柱可忽略地區(qū)，在今后橋梁設計中應結合冰柱分區(qū)問題有效開展冰柱的防治設計;

（2）經冰體強度實驗，得出冰柱的拉伸強度最小，約為抗壓強度的1/3，0℃時冰柱拉伸強度可取0.28Mpa，抗折強度取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系為22.5倍;

（4）冰柱長為1m以上時，對行人有損傷。

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