淺析冰雪災害對福建某高速瀝青路面使用性能影響

■吳建超

（福州隆通公路工程監理有限公司，福州 350007）

近年來，隨著我國低溫雨雪極端氣候的頻繁出現，福建山區北部普降雨夾雪已成為常態，若低溫持續時間長，道路往往會形成冰層，對行車安全構成威脅，導致高速公路大面積癱瘓，對人民群眾生產、出行造成較大影響。為迅速開放交通，保障車輛行車安全，公路養護人員一般采取大量拋灑融雪劑（主要成分為NaCl），以達到快速除冰作用。從冰凍災害發生后高速公路歷年路面病害的綜合檢測數據來看，瀝青路面裂縫、坑槽、松散及修補（灌縫類修補及坑槽修補）等病害數量較冰凍災害前明顯增加，這些病害的產生一定程度上影響了原路面使用性能的衰減規律，但是其對路面使用性能各分項指標影響的程度尚未清楚。因此，本文以福建某高速公路的歷年路面綜合檢測數據為依托，通過現場探坑、取芯，結合室內瀝青粘附性實驗，分析冰雪災害對瀝青路面使用性能影響，為高速公路災后科學制定養護決策提供依據。

1 工程概況

福建某高速公路全長24.021km，設計行車速度為80km/h，采用雙向四車道，路面類型為瀝青混凝土（原始路面結構及養護結構信息見表1），是福建連接江西，通向湖北、陜西、甘肅、寧夏的重要交通干道。

表1 福建某高速公路路面結構信息

圖1 冰雪災后路面損壞現場圖片

該段高速公路位于閩贛省際路段，屬福建山區北部，具有以丘陵山地為主的低山區地貌特征。年平均氣溫18～20℃，7月最熱，最高溫度為 38℃；1月最冷，最低氣溫為-3℃。冬季夜間氣溫較低，常在-1℃至-3℃之間，導致部分路段經常出現積雪結冰現象。

2 路面技術狀況現場調查與分析

近年來，由于福建北部山區頻繁出現低溫雨雪極端天氣，冬季期間氣溫較低，路面常有結冰現象，夏季期間路面溫度則較高，年最高氣溫與最低氣溫之間溫差可相差40℃左右。路表溫差的拉大，經長時間反復的溫度變化作用后，路面集中出現多種病害，如裂縫、坑槽、松散、反復修補等，通過對該路段上下行車道重點受災路段路面病害進行調查統計，病害情況如圖1所示，病害數量統計見表 2。

表2 福建某高速冰凍災后重點段落瀝青路面主要病害調查數量匯總表

從表2可知，路面百米PCI值絕大部分評價為“中”，個別路段已下降至“次”，甚至是“差”，現場路面破損較為嚴重。公路養護人員在路面病害出現后也積極開展道路養護工作，期間對全線路面表層加鋪1cm的微表處，并對個別損壞較嚴重的路段進行銑刨重鋪，但路面病害并未因此停滯發展。本文結合歷年路面檢測數據，對導致路面技術狀況急劇下降的原因，具體分析如下：

（1）瀝青老化是導致路面開裂的主要因素，初步判斷拋灑融雪劑除冰后，形成的氯鹽溶液對瀝青路面的長期作用，是導致瀝青老化的重要原因。由于在每年的除冰過程中，公路管理方須拋撒大量融雪劑，以快速融冰，保障車輛通行，而融雪劑中的最主要成分——鹽，溶于水后形成氯鹽溶液，初步判斷氯離子對瀝青具有一定的腐蝕作用，會加速瀝青的老化。待路表面瀝青老化后，瀝青混和料的自愈能力逐漸喪失，極限拉伸應變不斷減小，在車載荷載直接作用下，在輪跡部位產生強大的拉應力或剪應力，導致路面開裂程度進一步加強，最終在路表處形成大量裂縫。

（2）冰凍災害除持續低溫外，路面冰層的反復凍融也是路面損壞的原因之一。路面冰層在融雪劑的作用下快速融化為水，但由于低溫作用又重新凝結成冰，處于一種反復凍融狀態。瀝青混合料空隙中的水，在冰凍時體積膨脹，而在融化時膨脹應力又消失，在這種反復凍融作用下，混合料的強度必然衰減。同時，冰災期間的持續低溫，使得半剛性基層收縮應力變大，造成基層更多裂縫的形成，而這些裂縫在冰災過后的1～2年內便會集中反射到路面，形成反射裂縫。

（3）在歷年幾次的路況調查中，裂縫類病害數量均呈快速發展勢態，伴隨裂縫的快速發展，路面局部開始出現坑槽。雖然管理方及時采取灌縫封水處理的養護方式，但無法較好的完全封閉縫隙，因此裂縫得以繼續發展，下滲的路表水在車輛動載的作用下對路面造成更大破壞，嚴重影響路面使用性能和壽命。

（4）動載和內部水的共同作用是加速路面破壞的主因，在現場局部段落發現個別裂縫和修補處有唧漿現象，說明病害已擴展至水穩層進行破壞。因此，在路面的日常養護方面，對于路面上裂縫、松散、坑槽類等病害要及時發現、有效封堵、合理治愈，防止加劇加速路面的早期損壞。

（5）部分段落坑槽存在反復修補現象，是由于基層的層間水無及時排出，在汽車荷載直接作用下，對瀝青路面造成沖刷破壞，導致該瀝青面層在修復以后，很快又遭到水沖刷破壞，形成循環反復修補。同時，由于坑槽的修補都是小面積，往往造成碾壓不充分，壓實度不足，以及修補塊周邊接縫的不夠密實，水分極易再次進入修補塊內，在車輛的碾壓下形成動水壓力，導致坑槽修復不久后又復發。

3 路面探坑、取芯分析

為判斷路面損壞情況，對路面較典型病害處進行多處探坑、取芯（見圖2），并作了原因分析：

（1）結合現場取芯和挖坑探方來看，部分裂縫類病害為溫縮裂縫，裂縫僅存在于上、中面層表面。據近幾年氣候數據資料顯示，冬季期間氣溫較低，路面常有結冰現象，夏季期間路面溫度則較高，年最高氣溫與最低氣溫之間溫差可相差40℃左右，路表溫差的拉大，經長時間反復的溫度變化作用，以及行車荷載直接作用下，在輪跡帶部位產生大的拉應力或剪應力，導致路面產生開裂，形成大量的裂縫類病害。同時沖刷也對瀝青面層造成較大破壞，導致瀝青老化，造成混合料自愈能力下降，上、中面層混合料呈碎散且潮濕，石料表面無瀝青包裹，瀝青粘結力差。

圖2 路面探坑、取芯現場圖片

（2）路面病害位置基本都能取出完整芯樣，但芯樣層間粘結力均較差，同時基底大部分都有積水現象，芯樣及孔壁處均可見水沖刷損壞痕跡；在橫向裂縫密集段落橫縫處取芯，芯樣沿裂縫處開裂，且各層間均分離，芯樣完全碎散。對碎散的部位進行觀察，斷裂面都有明顯水沖刷的痕跡，石料裸露，表面無瀝青裹附。原本應該包裹在石料表面的瀝青已老化，粘結力變差，失去粘彈性，而造成瀝青混凝土結構松散。

4 融雪劑作用下瀝青粘附性試驗

由于瀝青材料是一種復雜的多成分混合物，其組成相當復雜，氯離子對瀝青膠結料的影響仍處于研究階段。但可以肯定的是氯離子對石灰巖等骨料是具有侵蝕作用的，尤其當瀝青從礦料表面剝落后，礦料露出與氯鹽溶液直接作用而受蝕。現通過水煮法對標準試樣進行瀝青粘附性試驗，對兩組水煮后的粘附性進行評價對比，可以看出有添加融雪劑溶液的試樣，粘附性明顯劣于不添加的試樣，粘附性等級從5級下降到3級，甚至是2級，說明融雪劑對瀝青混合料的抗剝落性能有較大的不利影響。冰凍天氣下為了快速除冰采取拋灑融雪劑，導致氯鹽溶液滲入路面結構，經車輛動載的反復擠壓，對瀝青混合料造成沖蝕，一定程度上削弱了瀝青的粘附性能，導致了路面快速出現裂縫，并最終形成松散、坑槽。

5 結論

（1）冰災期間路面結構內部的氯鹽溶液反復凍融引起瀝青路面結構強度的衰減，其抗水損壞能力隨之下降。

（2）氯鹽溶液對瀝青路面的瀝青與集料的粘附性能有一定影響，易導致路面松散、開裂。

（3）對于冰災過后的路面主要養護方式，小范圍的坑槽修補已不能完全消除路面病害的快速發展，甚至出現修補區域的反復修復現象，建議采取10cm銑刨重鋪的路面中修方式，擴大修補范圍，集中處治路面病害，避免病害繼續向下面層及底基層滲透發展。縱觀采取路面中修方式路段，目前修補狀況仍舊良好。

（4）冰災對路面性能的影響具有一定的滯后性，即冰災的最大影響值一般出現在冰災過后的1～2年內。因此，公路管理者有必要在災后加強路面巡查力度，加大養護力度，防止路面技術狀況出現急劇下降，同時，應開展道路防冰抗凍的預防性養護研究，做好道路管養工作。

[1]JTGD50-2017，公路瀝青路面設計規范[S].

[2]JTGH20-2007，公路技術狀況評定標準[S].

[3]JTGE60-2008，公路路基路面現場測試規程[S].

[4]金傳芳，鄭國璋，韓軍青.2008年初我國南方低溫雨雪冰凍災害分析.山西師范大學學報，2009.