路面除冰雪技术与方法综述

路面除冰雪技术与方法综述

142477 潘尚启

1 路面除冰雪的背景与意义

据统计，我国约有60%的高速公路冬季存在积雪现象，冬季约15%~30%左右的交通事故与路面积雪有关。严重的路面积雪将造成道路关闭，给道路畅通带来了严重影响，甚至造成巨大的经济损失。有资料显示，沥青路面在干燥状态下附着系数约为0.6，而在积雪状态下路面附着系数为0.2，在结冰状态下道路的路面附着系数仅为0.15。因此，在冰雪路面上汽车容易发生打滑、跑偏等现象，制动距离显著延长，车辆的操作稳定性和安全性显著降低，交通事故发生率较高。调查统计表明：相比同时期非雪天环境，冰雪环境条件下交通事故的伤亡率增加25%，事故率上升100%；冰雪环境条件下每百万车辆每公里车辆碰撞、刮擦事故为5.86 起，而处于非雪天环境，每百万车辆每公里发生车辆碰撞、刮擦事故仅为0.41 起，二者之间的差异高达13倍之多。

2008 年初的全国大范围雪灾，给我国特别是南方地区带来巨大灾害。降雪量之大、降雪时间之长、受灾区域之广、造成交通中断堵塞时间之长，都是百年不遇的，直接经济损失达537.9 亿元。受冰雪灾害的影响，仅福建省就发生道路交通事故1867起，死亡379人，受伤2000余人，财产损失不计其数。

路面冰雪问题一直困扰着世界各国交通部门，严重影响交通、经济及人的出行及工作，人们为此作了大量研究，探索出许多抑制、控制和消除冰雪的技术和方法。

2 路面除冰雪技术

目前，冬季除冰雪的技术主要有两种：路面外部技术和路面内部技术。外部技术包括清除法和融化法，内部技术主要包括热力融冰雪技术和抑制冻结铺装技术。路面除冰雪技术分类如图1所示。

图1 路面除冰雪技术

2.1 路面外部除冰雪技术

2.1.1清除法

路面外部清除法包括人工清除法和机械除冰雪法。

2.1.1.1 人工清除法

人工清除法是最传统的除冰雪方法，即使用人力来清除路面积雪和结冰。该方法可以比较有效地除去路面冰冻，但是耗费人力很大，而除冰的效率却很低，除冰的同时还要限制车辆的行驶，只适用于需要重点清除路段。

2.1.1.2 机械除冰雪法

机械除冰雪是目前采用的最普遍的方法，可分为机械铲冰雪和机械吹雪两类。

机械铲冰雪方法是采用专业机械设备对路面冰雪进行清除，专业设备工作效率高，适合大面积清除作业，但是除净率不理想。高速公路除冰雪机械有：

（1）抛投式除雪机，抛投式除雪机的除雪效率，一般2000~8000吨/小时不等，抛出距离最远达50米。一般是通过铣刀式或叶轮式转子除雪轴送雪，再利用雪风机和抛雪筒抛雪于运雪车或指定位置。

（2）推移式除雪机，它是通过安装在铲土机械及车辆前部的推雪铲刀、除雪犁(V形犁)、路面平整板、侧向排雪板等除雪装置将雪推走，开出通道或堆积后用卡车运走，或直接将雪推出路边。另外，还有诸如新型滚轴锥子破冰机、冰雪粉碎机等。

机械吹雪方法安全环保，但机械需求量大，费用高，因此适用范围较小，通常只适用于机场等便于管理的较小范围的除雪及未经碾压过的厚度较薄的路面积雪，不适合交通量较大的公路和城市道路除雪。

对于公路交通而言，在特殊路段比如桥梁、匝道、长大纵坡、山地区域等，大型除雪机械的操作和运行都有其局限性。而且国内生产的铲雪机功能单一，设备利用率低；国外多功能综合性的除冰雪机械价格昂贵，经济效益较差。加拿大在这方面走在世界前列，它地处北纬地区，是交通积雪严重的国家。他们将信息、计算机、机、电、液一体化高新科技成果都应用到除冰雪机械上，向着更加柔性化、智能化、高度自动化的方向发展，发明了不少操作便捷、成本低廉、效率较高的除冰雪机械，如智能铲、吹、洒布多功能计算机控制除冰雪机等。这些机械的发展和应用前景广阔。

2.1.2 融化法

2.1.2.1 人工或机械撒布融雪剂

通过在路面上撒布化学药剂来降低冰雪融点，使冰雪融化，进而清除积雪和积冰，是国际上较常用的一种路面除冰雪的手段。国内外常用的融冰雪剂主要有盐类和醇类。在一定的环境条件下，撒布融雪剂可以有效清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是，醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象。一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，且如果降雪量过大，融雪剂自身很难快速溶解、融化，使得路面更滑，交通安全更加堪忧，同时还导致综合成本大幅升高。而绝大多数的盐类融雪剂产品都存在腐蚀性，易腐蚀破坏道路结构和机动车辆，还会对土壤、水体和大气等造成污染，破坏生态环境。

根据美国和加拿大的一项统计报告，在每年使用1000万吨融雪剂的情况下，会对道路、车辆造成29亿~59亿美元的损失，对停车场造成0.75亿~1.5亿美元的损失，导致5%~10%的植物病变甚至枯死。另外，在2003年，融雪剂的使用曾造成北京4000多棵大树和4万多株灌木死亡，草地受害面积达3万多平方米，直接经济损失1500多万元。因此，近年来国内外都不断开发环保型融雪剂，如美国和加拿大的专家开发出的生物降解型融雪剂等，具有无毒性和无腐蚀性的特点，可以起到较好的效果。各种融雪剂的性能对比如表1所示。

总的来说，这种中外都采用的传统方法对冰雪的清除比较彻底，但效率低、费用高，作业时影响车辆通行及行车安全，不能长时间作业，适用于雪量较小时或重点、难点路段的冰雪清除。

表1 常用融雪剂性能对比

融雪剂种类对金属

的腐蚀

性/%

对水泥

的腐蚀

性(250

次冻

融)/%

对土壤

的影响

对地下水的影

响

最低

冰点

/℃

融雪

速度

/%

适宜工

作的温

度/℃

保持时

间（雪

前喷

洒）/d

氯化钠100

100

强烈破

坏

造成土

壤板结

钠质增高对人

的影响较大

-21100-1~-101

氯化钙50~70

25

强烈破

坏

土壤150

轻度板

结

钙质增高对人

的影响较小

-50150-1~-301~2

氯化镁40~60

5

轻微破

坏

影响较

小

镁质增高对人

无害

-33150-1~-202~3

环保型

融雪剂5~20

1

无破坏

改良碱

性土壤

镁质增高对人

无害

-60200-1~-404~7

1.2.2 撒布砂石材料

在冰雪路面上撒布一定粒径的砂石材料，如砂、石屑、炉灰、煤渣和砂盐混合料等，能提高冰雪路面的摩擦系数。砂石的存在一方面使冰雪层的冻结强度不均匀，另一方面，砂石在冰雪层的运动使得雪不易压实，达到了抗滑的目的。该方法在注重环保的欧洲，如德国、瑞典、丹麦、芬兰等国应用非常广泛。山于砂石材料既经济又环保，且事后清理也较为便捷，故受到这些国家的青睐。