高速环道曲线段沥青路面养护分析

王修江 许海龙 王鹏 董月友

摘 要：沥青路面结冰是冬季沥青路面常见现象，汽车试验场同样存在结冰现象。为降低雨水、结冰等对汽车试验场运营的影响，以高速环道曲线段为例分析沥青路面养护。高速环道作为汽车试验场重要汽车试验道路，汽车试验检测需求量较大。随着运营期的延长，高速环道曲线段在冬季容易出现条带状水迹，气温较低的冬季夜间容易出现条带状结冰，影响沥青路面的使用寿命。本文通过对高速环道曲线段出现水迹和结冰的原因进行分析，提出如何减轻高速环道曲线段水迹和结冰的方案，增加运营时间，延迟沥青路面的使用寿命。

关键词：汽车试验场;高速环道;条带状结冰;条带状水迹;防水养护

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

0 前言

在我国北方和部分南方地区，冬季路面结冰是常见问题，路面结冰影响道路运营安全的同时，也造成较大的经济损失。尤其是长大纵坡路段、急弯路段、阳光难以照射的背阴路段等特殊路段，路面结冰后出现路面抗滑性能下降，导致交通事故频发，或导致部分道路交通中断，营运场所中断运营等。沥青路面结冰是冬季沥青路面常见现象，汽车试验场同样存在结冰现象。为解决汽车试验场路面结冰现象，对汽车试验场的高速环道曲线段出现水迹及结冰现象进行总结分析。

1 现状和发展趋势

目前国内外对结冰路面的抗滑性能影响、除冰技术进行一定程度的探讨和研究，主要研究方向着重于路面结冰预警方面，以及除雪除冰的技术方面，从结冰成因角度对结冰现象进行分析研究成果较少，对已经建成的路面结冰防治的指导意义不大，但现阶段的研究成果对高速环道运营管理仍然具有一定的借鉴意义。为更好的寻找解决或降低高速环道结冰影响的方法，为了预防高速环道结冰应该采取何种预防措施，对道路结冰的原因分析研究显得尤为必要。

2 曲线段情况说明

高速环道为提高运行的舒适性一般为沥青混凝土路面，曲线段最外侧车道路面倾角可达35°。曲线段沥青路面易在冬季易出现条带状结冰现象，结冰基本成条带状，大部分位于行车道中间位置，大部分结冰位置路面明显较轮迹带位置路面粗糙，结冰位置基本位于常出现条带状水迹处。

高速环道支持的试验车速可达300 km/h，沥青路面的湿滑和结冰对车辆试验人员的安全驾驶有着严重的威胁。因此，当高速环道沥青路面出现结冰时需要立即暂停试验，封闭试验道路;当曲线段沥青路面出现条带状水迹时，需要对试验车辆进行一定的限速管制，防止发生安全事故。

高速环道结构层间藏水形成条带状水迹和条带状结冰现象，对高速运行的车辆试验运营造成严重威胁，同时对路面质量产生严重影响，降低沥青路面的使用寿命。

3 水分来源分析

高速环道曲线段条带状水迹和结冰水分来源主要有地表水、大气水分、地下水和曲线段堤顶路及曲面结构层中滞留水。

（1）地表水。地表水主要来源于雨雪天气在沥青路面的滞留水，包括沥青路面表面孔隙中滞留的孔隙水。在降雨后沥青路面排水不畅或不及时，以及沥青路面孔隙中渗入的自由水不能及时排出或蒸发;在降雪融化过程中，自由水能够充分渗入沥青路面空隙中，滞留在沥青路面表面孔隙中。这些滞留的雨水在沥青路面面层孔隙间自由流动，在曲线路段沥青路面表面一定的位置集中渗出形成条带状水迹，或在较低的气温条件下逐步形成条带状结冰现象。

（2）大气水分。盐城汽车试验场位于沿海地区，冬雨季节空气中湿度较大，空气中水分不会直接导致沥青路面形成条带状水迹或路面条带状结冰，但可以作为路面条带状水迹或结冰路面的水源补给。同时，空气中水分在一定的气候条件下湿润沥青路面或形成凝霜现象。湿润的沥青路面在急剧变化的气温条件下更可能形成路面结冰，而凝霜附着于沥青路面的冰晶，严重威胁路面行车安全。

（3）地下水。盐城汽车试验场位于沿海地区冲积平原，原地面海拔平均2.6 m，地下水较为丰富，地下水水位相对较高。高速环道路面运营状态良好，地下水上

升至路面结构层的可能性较低。本文认为，地下水通过毛细现象为高速环道曲线段条带状水迹和条带状结冰只能提供少量的水分来源。

（4）结构层中滞留水。根据相关研究表明，雨水可以渗透至具有一定渗透系数的沥青路面，但很难透过基层，对水流的下渗起到缓冲的作用，减缓了雨水水流的下渗作用，使得雨水下渗没有那么快下渗至路基。但随着时间推移，整个路面结构层的雨水完全饱和后，形成一个稳定的渗流，当然这个渗流量相当小，主要在沥青路面结构层中形成“盆浴”现象[1]。高速环道路面不同结构层的组合及各结构层渗透系数不同，导致在雨雪天气过后，沥青路面结构层中滞留一定量的雨水，为沥青路面形成条带状水迹和结冰提供充足水分来源。

从另外一个方面看，高速环道外侧护坡采用拱形浆砌片石植草护坡，植草坡面的雨水容易渗入堤顶路基。由于高速环道曲线段独特的设计形式，使得沥青路面的法向正下方恰好是外侧边坡的正下方。从外侧边坡下渗的少量雨水至路基后为沥青路面在冬季形成条带状水迹和结冰提供了一部水分来源。

综上分析，本文认为高速环道沥青路面形成条带状结冰水的主要来源于雨雪和结构层中滞留水，以地下水和空气中水分为辅助补充。

4 条带水迹及结冰现象形成分析

高速环道路面为沥青路面，在高速环道运营初期，沥青路面面层压实度基本一致，透水性和孔隙率基本保持一致。路面结构层中的滞留藏水能够顺利通过基层顶面和沥青面层底部的结构层内的孔隙缓慢排出路面结构层，所以曲线段运营前期未出现结冰和条带状水迹现象。

随着高速环道的运营时间增长，在试验车辆荷载不断的作用之下，高速环道沥青路面进一步被压实，其程度受轮迹分布影响，即轮迹带的中心位置较车道中间位置和标线位置进一步密实。同时，在空气中灰尘和雨水中的杂质不断的填充沥青路面结构層中的孔隙。这些导致沥青路面形成条带状过度密实相间的路面，阻断曲线段沥青路面结构层中滞留水沿沥青路面结构层间顺利渗透，在条带状过密路面上方渗透出沥青路面，主要在行车道中部和标线位置渗透出来。由于沥青路面施工不完全均匀性，局部位置的轮迹带处在施工过程中就存在孔隙率偏大或压实度偏小的情况，致使轮迹带位置在运营期间并不完全全部达到过度密实的状态，因此高速环道曲线段沥青路面的水迹或结冰主要呈现条带状，且主要分布在车道中间和标线附近，其他位置只有零星分布。

根据现有研究成果表明，影响路面结冰的因素有温度、湿度、风速、路面状况，其中路面状况包括路面的材料、横坡、纵坡、粗糙程度、含水量等方面。据相关研究表明，路面最低气温出现在早晨6点至7点，与最低气温同时或较最低气温晚1小时;雪后0点至8点路面温度和气温均低于零摄氏度，此时路面较容易产生结冰[3]。高速环道沥青路面横向坡道较大，横坡上方及堤顶路的路面层间滞留水以自由水的形式在结构层中向曲面下方渗透，或以气体水分子的形式向结冰区域移动。本文认为，冬季结冰期间，由于高速环道曲线段路面横坡较大且存在横坡变化，较低的路表温度使曲面渗透出的层间水逐步结冰。

高速环道南曲线段条带状水迹和条带状结冰主要水源是层间结构水，沿海地区较大的空气湿度变化和温度变化也为已经结冰的路面或气温较低的沥青路面形成冰霜提供水分补给。另外，丰富的地下水通过毛细现象上升至路基和路面，为已经结冰的路面提供一定的水分。

5 解决方案探索

目前，高速環道在冬季每天开放运营前需人工进行巡查，发现结冰现象时立即封闭高速环道，停止运营，确保试验车辆和试验人员的安全。

针对路面结冰现象，现阶段研究者主要致力寻求简单、高效和廉价的除冰方式，使用降低融点的方式融化冰雪存在不可重复使用以及使用成本较高的难题。采用机械方式或电加热的方式除冰存在能耗相当大[5]，且需要采取监管，同时使用不当对沥青路面有所损坏。

通过高速环道沥青结冰的条件和原因分析，本文认为采用一定的方式阻碍形成结冰的条件具有一定的可行性。从结冰水源分析来看，对高速环道堤顶路沥青路面采用有效的防水养护，对浆砌片石边坡定期进行检查养护防止雨水下渗。同时对曲线段沥青路面进行防水养护，以及通过改进防水养护材料，可以同时实现防水、改善沥青路面性能、对沥青路面起到修复作用。通过改善研究防冰材料可以减小冰附着力、延长液滴结冰时间、减少冰积聚，以其独特的优势在防除冰方法中显示出巨大的潜能[4]。

目前通过含砂雾封层技术的防水材料对路面局部位置进行防水养护，起到较好的养护效果，经过冬季观察，条带状水迹和条带状结冰现象已经消除。

6 结论与展望

综上分析，本文认为高速环道路面形成条带状结冰水的主要来源于雨雪和结构层中滞留水，以地下水和空气中水分为辅助补充。高速环道曲线段盆式曲面独特的渐变横坡是形成条带状水迹及结冰现象主要原因之一。通过对堤顶路和曲面路面实施含砂雾封层技术的防水材料进行养护可以实现消除或减轻条带状水迹和条带状结冰现象。

参考文献：

[1]赵江.路基路面在降雨条件下渗流分析及边坡稳定性研究[D].昆明：昆明理工大学，2004.

[2]张利，汪林.不利气象条件对公路安全的影响与对策[J].公路交通科技，2011（增刊1）：120-123.

[3]张曦，浩宇，梁佳，等.陕西省高速公路路面温度特征及预报模型[J].干旱气象，2019（6）：1028-1034.

[4]刘祯.环境因素对冰附着力的影响研究[D].上海：上海交通大学，2018.

[5]余进华，李婕，袁铜森，等.路面积雪结冰清除技术综述[J].湖南交通科技，2016（1）：51-55.