高速環道曲線段瀝青路面養護分析

王修江 許海龍 王鵬 董月友

摘 要：瀝青路面結冰是冬季瀝青路面常見現象，汽車試驗場同樣存在結冰現象。為降低雨水、結冰等對汽車試驗場運營的影響，以高速環道曲線段為例分析瀝青路面養護。高速環道作為汽車試驗場重要汽車試驗道路，汽車試驗檢測需求量較大。隨著運營期的延長，高速環道曲線段在冬季容易出現條帶狀水跡，氣溫較低的冬季夜間容易出現條帶狀結冰，影響瀝青路面的使用壽命。本文通過對高速環道曲線段出現水跡和結冰的原因進行分析，提出如何減輕高速環道曲線段水跡和結冰的方案，增加運營時間，延遲瀝青路面的使用壽命。

關鍵詞：汽車試驗場;高速環道;條帶狀結冰;條帶狀水跡;防水養護

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A

0 前言

在我國北方和部分南方地區，冬季路面結冰是常見問題，路面結冰影響道路運營安全的同時，也造成較大的經濟損失。尤其是長大縱坡路段、急彎路段、陽光難以照射的背陰路段等特殊路段，路面結冰后出現路面抗滑性能下降，導致交通事故頻發，或導致部分道路交通中斷，營運場所中斷運營等。瀝青路面結冰是冬季瀝青路面常見現象，汽車試驗場同樣存在結冰現象。為解決汽車試驗場路面結冰現象，對汽車試驗場的高速環道曲線段出現水跡及結冰現象進行總結分析。

1 現狀和發展趨勢

目前國內外對結冰路面的抗滑性能影響、除冰技術進行一定程度的探討和研究，主要研究方向著重于路面結冰預警方面，以及除雪除冰的技術方面，從結冰成因角度對結冰現象進行分析研究成果較少，對已經建成的路面結冰防治的指導意義不大，但現階段的研究成果對高速環道運營管理仍然具有一定的借鑒意義。為更好的尋找解決或降低高速環道結冰影響的方法，為了預防高速環道結冰應該采取何種預防措施，對道路結冰的原因分析研究顯得尤為必要。

2 曲線段情況說明

高速環道為提高運行的舒適性一般為瀝青混凝土路面，曲線段最外側車道路面傾角可達35°。曲線段瀝青路面易在冬季易出現條帶狀結冰現象，結冰基本成條帶狀，大部分位于行車道中間位置，大部分結冰位置路面明顯較輪跡帶位置路面粗糙，結冰位置基本位于常出現條帶狀水跡處。

高速環道支持的試驗車速可達300 km/h，瀝青路面的濕滑和結冰對車輛試驗人員的安全駕駛有著嚴重的威脅。因此，當高速環道瀝青路面出現結冰時需要立即暫停試驗，封閉試驗道路;當曲線段瀝青路面出現條帶狀水跡時，需要對試驗車輛進行一定的限速管制，防止發生安全事故。

高速環道結構層間藏水形成條帶狀水跡和條帶狀結冰現象，對高速運行的車輛試驗運營造成嚴重威脅，同時對路面質量產生嚴重影響，降低瀝青路面的使用壽命。

3 水分來源分析

高速環道曲線段條帶狀水跡和結冰水分來源主要有地表水、大氣水分、地下水和曲線段堤頂路及曲面結構層中滯留水。

（1）地表水。地表水主要來源于雨雪天氣在瀝青路面的滯留水，包括瀝青路面表面孔隙中滯留的孔隙水。在降雨后瀝青路面排水不暢或不及時，以及瀝青路面孔隙中滲入的自由水不能及時排出或蒸發;在降雪融化過程中，自由水能夠充分滲入瀝青路面空隙中，滯留在瀝青路面表面孔隙中。這些滯留的雨水在瀝青路面面層孔隙間自由流動，在曲線路段瀝青路面表面一定的位置集中滲出形成條帶狀水跡，或在較低的氣溫條件下逐步形成條帶狀結冰現象。

（2）大氣水分。鹽城汽車試驗場位于沿海地區，冬雨季節空氣中濕度較大，空氣中水分不會直接導致瀝青路面形成條帶狀水跡或路面條帶狀結冰，但可以作為路面條帶狀水跡或結冰路面的水源補給。同時，空氣中水分在一定的氣候條件下濕潤瀝青路面或形成凝霜現象。濕潤的瀝青路面在急劇變化的氣溫條件下更可能形成路面結冰，而凝霜附著于瀝青路面的冰晶，嚴重威脅路面行車安全。

（3）地下水。鹽城汽車試驗場位于沿海地區沖積平原，原地面海拔平均2.6 m，地下水較為豐富，地下水水位相對較高。高速環道路面運營狀態良好，地下水上

升至路面結構層的可能性較低。本文認為，地下水通過毛細現象為高速環道曲線段條帶狀水跡和條帶狀結冰只能提供少量的水分來源。

（4）結構層中滯留水。根據相關研究表明，雨水可以滲透至具有一定滲透系數的瀝青路面，但很難透過基層，對水流的下滲起到緩沖的作用，減緩了雨水水流的下滲作用，使得雨水下滲沒有那么快下滲至路基。但隨著時間推移，整個路面結構層的雨水完全飽和后，形成一個穩定的滲流，當然這個滲流量相當小，主要在瀝青路面結構層中形成“盆浴”現象[1]。高速環道路面不同結構層的組合及各結構層滲透系數不同，導致在雨雪天氣過后，瀝青路面結構層中滯留一定量的雨水，為瀝青路面形成條帶狀水跡和結冰提供充足水分來源。

從另外一個方面看，高速環道外側護坡采用拱形漿砌片石植草護坡，植草坡面的雨水容易滲入堤頂路基。由于高速環道曲線段獨特的設計形式，使得瀝青路面的法向正下方恰好是外側邊坡的正下方。從外側邊坡下滲的少量雨水至路基后為瀝青路面在冬季形成條帶狀水跡和結冰提供了一部水分來源。

綜上分析，本文認為高速環道瀝青路面形成條帶狀結冰水的主要來源于雨雪和結構層中滯留水，以地下水和空氣中水分為輔助補充。

4 條帶水跡及結冰現象形成分析

高速環道路面為瀝青路面，在高速環道運營初期，瀝青路面面層壓實度基本一致，透水性和孔隙率基本保持一致。路面結構層中的滯留藏水能夠順利通過基層頂面和瀝青面層底部的結構層內的孔隙緩慢排出路面結構層，所以曲線段運營前期未出現結冰和條帶狀水跡現象。

隨著高速環道的運營時間增長，在試驗車輛荷載不斷的作用之下，高速環道瀝青路面進一步被壓實，其程度受輪跡分布影響，即輪跡帶的中心位置較車道中間位置和標線位置進一步密實。同時，在空氣中灰塵和雨水中的雜質不斷的填充瀝青路面結構層中的孔隙。這些導致瀝青路面形成條帶狀過度密實相間的路面，阻斷曲線段瀝青路面結構層中滯留水沿瀝青路面結構層間順利滲透，在條帶狀過密路面上方滲透出瀝青路面，主要在行車道中部和標線位置滲透出來。由于瀝青路面施工不完全均勻性，局部位置的輪跡帶處在施工過程中就存在孔隙率偏大或壓實度偏小的情況，致使輪跡帶位置在運營期間并不完全全部達到過度密實的狀態，因此高速環道曲線段瀝青路面的水跡或結冰主要呈現條帶狀，且主要分布在車道中間和標線附近，其他位置只有零星分布。

根據現有研究成果表明，影響路面結冰的因素有溫度、濕度、風速、路面狀況，其中路面狀況包括路面的材料、橫坡、縱坡、粗糙程度、含水量等方面。據相關研究表明，路面最低氣溫出現在早晨6點至7點，與最低氣溫同時或較最低氣溫晚1小時;雪后0點至8點路面溫度和氣溫均低于零攝氏度，此時路面較容易產生結冰[3]。高速環道瀝青路面橫向坡道較大，橫坡上方及堤頂路的路面層間滯留水以自由水的形式在結構層中向曲面下方滲透，或以氣體水分子的形式向結冰區域移動。本文認為，冬季結冰期間，由于高速環道曲線段路面橫坡較大且存在橫坡變化，較低的路表溫度使曲面滲透出的層間水逐步結冰。

高速環道南曲線段條帶狀水跡和條帶狀結冰主要水源是層間結構水，沿海地區較大的空氣濕度變化和溫度變化也為已經結冰的路面或氣溫較低的瀝青路面形成冰霜提供水分補給。另外，豐富的地下水通過毛細現象上升至路基和路面，為已經結冰的路面提供一定的水分。

5 解決方案探索

目前，高速環道在冬季每天開放運營前需人工進行巡查，發現結冰現象時立即封閉高速環道，停止運營，確保試驗車輛和試驗人員的安全。

針對路面結冰現象，現階段研究者主要致力尋求簡單、高效和廉價的除冰方式，使用降低融點的方式融化冰雪存在不可重復使用以及使用成本較高的難題。采用機械方式或電加熱的方式除冰存在能耗相當大[5]，且需要采取監管，同時使用不當對瀝青路面有所損壞。

通過高速環道瀝青結冰的條件和原因分析，本文認為采用一定的方式阻礙形成結冰的條件具有一定的可行性。從結冰水源分析來看，對高速環道堤頂路瀝青路面采用有效的防水養護，對漿砌片石邊坡定期進行檢查養護防止雨水下滲。同時對曲線段瀝青路面進行防水養護，以及通過改進防水養護材料，可以同時實現防水、改善瀝青路面性能、對瀝青路面起到修復作用。通過改善研究防冰材料可以減小冰附著力、延長液滴結冰時間、減少冰積聚，以其獨特的優勢在防除冰方法中顯示出巨大的潛能[4]。

目前通過含砂霧封層技術的防水材料對路面局部位置進行防水養護，起到較好的養護效果，經過冬季觀察，條帶狀水跡和條帶狀結冰現象已經消除。

6 結論與展望

綜上分析，本文認為高速環道路面形成條帶狀結冰水的主要來源于雨雪和結構層中滯留水，以地下水和空氣中水分為輔助補充。高速環道曲線段盆式曲面獨特的漸變橫坡是形成條帶狀水跡及結冰現象主要原因之一。通過對堤頂路和曲面路面實施含砂霧封層技術的防水材料進行養護可以實現消除或減輕條帶狀水跡和條帶狀結冰現象。

參考文獻：

[1]趙江.路基路面在降雨條件下滲流分析及邊坡穩定性研究[D].昆明：昆明理工大學，2004.

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[3]張曦，浩宇，梁佳，等.陜西省高速公路路面溫度特征及預報模型[J].干旱氣象，2019（6）：1028-1034.

[4]劉禎.環境因素對冰附著力的影響研究[D].上海：上海交通大學，2018.

[5]余進華，李婕，袁銅森，等.路面積雪結冰清除技術綜述[J].湖南交通科技，2016（1）：51-55.