高速公路瀝青路面積水病害綜合處治對策

王婷宇， 周梓豪， 楊 夢

(1.湖南省高速公路集團有限公司， 湖南 長沙 410003； 2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 前言

隨著我國交通事業(yè)快速發(fā)展，高速公路建設(shè)模式由大規(guī)模新建轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘ｐB(yǎng)護維修為主。近年來，瀝青路面的“積水”問題引起了多方面的關(guān)注。瀝青路面積水病害通常是由于路面凹凸不平，出現(xiàn)局部積水造成；或因排水設(shè)施設(shè)置不到位、排水能力不足，導(dǎo)致路面排水不暢[1]。路面積水已成為高速公路車輛行駛的重大安全隱患，根據(jù)我國多條高速公路3萬多起事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，雨天事故率是晴天事故率的5倍左右。同時，路面積水若不能及時排除，將滲入路面結(jié)構(gòu)層，并長期滯留于其中，在車輛荷載的反復(fù)作用下，造成集料松散，繼而形成坑槽病害，降低瀝青路面使用壽命。

1 路面積水的危害

1.1 降低路面抗滑性能

瀝青路面抗滑性能與行車安全密切相關(guān)，隨著人們道路交通安全意識的增強，對路面的抗滑性能也越來越重視。瀝青路面抗滑性能主要受汽車輪胎與路面之間的摩擦力影響。在輪胎與路面接觸區(qū)域存在積水的情況下，輪胎與路面之間產(chǎn)生動力水潤滑，路面上小尺寸微凸體對輪胎的微切削作用減弱，使得輪胎與路面間的附著作用減弱，進而對路面抗滑性能產(chǎn)生負(fù)面影響。在行車速度較高、路面積水較厚的情況下，輪胎與路面間因為動力水潤滑完全脫離接觸，形成完全水漂，極易造成行車安全事故[2-3]。

1.2 降低行車能見度

車輛在高速行駛過程中，輪胎與路面接觸面產(chǎn)生的真空負(fù)壓力會將路面積水揚起，附著于輪胎表面，隨輪胎高速旋轉(zhuǎn)后形成水霧遮擋側(cè)后方車輛視野，大型車輛尤為明顯。此外，夜間行車時，路面積水在車輛燈光照射下形成鏡面效應(yīng)，干擾駕駛?cè)藛T對路況的判斷，嚴(yán)重影響車輛行駛安全[4]。

1.3 破壞路面結(jié)構(gòu)

路面積水易引發(fā)瀝青路面水損害。路表水分經(jīng)路表微裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并以水膜或水汽的形式長時間滯留，降低瀝青與集料的黏附性。同時，在車輪荷載作用下產(chǎn)生動水壓力，對瀝青混合料產(chǎn)生沖刷作用，水分子將瀝青從集料表面置換，瀝青膜逐漸從集料表面剝離，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)麻面、松散、坑槽、龜裂、唧泥等病害[5]。

2 路面積水機理與原因

瀝青路面積水是指大氣降水條件下，路表水無法及時通過路面排水設(shè)施排走而淤積在路表面，影響行車安全并降低路面使用壽命的一種病害形式。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，路面積水的原因通常由道路設(shè)計缺陷、日常養(yǎng)護不到位和其他路面病害衍生造成。

2.1 路線變坡

高速公路一般通過設(shè)置2%的路拱橫坡使路表水以橫向排流的方式集于邊溝或其他排水設(shè)施排除。在高速公路設(shè)計過程中，基于地理條件、技術(shù)指標(biāo)和工程造價等因素的綜合考慮，路線通常會順應(yīng)現(xiàn)有的地形地貌進行平、縱、橫組合設(shè)計，因此不可避免地造成路線中出現(xiàn)路拱橫坡坡度由-2%到2%反向變化的變坡段(見圖1)，這是目前高速公路路面積水的主要原因。圖1中AC、HJ路段路拱橫坡坡度小，存在排水功能缺陷，在大雨天氣下，在變坡段往往會形成一條貫穿行車道和超車道的2～3 m寬水帶，極易產(chǎn)生路面積水。

圖1 超高變坡示意圖

2.2 路基不均勻沉降，產(chǎn)生路面局部沉陷

新填筑的道路路基不可避免地存在部分空隙，在自重和車輛荷載作用下，路基填料進一步壓縮密實，使得道路出現(xiàn)沉降。沉降量受地基承載力、路基填料特性、填料級配、施工條件及臺前、臺背的防排水工程設(shè)置等多因素影響。在橋臺、軟土地基等結(jié)構(gòu)剛度突變處易產(chǎn)生不均勻沉降，進而導(dǎo)致路面局部積水。

2.3 路面車轍

高速公路具有典型的交通渠化特征，瀝青路面在不斷增大的車輛荷載作用下，有時輪跡帶范圍內(nèi)路面下凹還伴隨輪跡帶邊緣的隆起，形成車轍。特別在縱坡較大的上坡路段，車轍形成和發(fā)展較快。車轍達(dá)到一定深度后，凹槽內(nèi)容易積水且不容易排除，此時，高速行駛的車輛輪胎與路面存在一層水膜，兩者之間的摩擦系數(shù)減小直至為零，造成車輛出現(xiàn)水漂、失控。

2.4 排水設(shè)施設(shè)計與施工缺陷

為了將路表水排出，高速公路彎道超高路段在超高一側(cè)中央分隔帶路緣設(shè)置矩形排水溝，路表降水漫流入排水溝后，通過集水井和橫向排水管排入路側(cè)排水溝或邊溝下縱向排水管中。設(shè)計過程中，排水溝截面尺寸以及集水井、橫向排水管間距等參數(shù)通過水文計算確定。而水文計算中徑流系數(shù)、設(shè)計重現(xiàn)期和平均降雨強度均為經(jīng)驗參數(shù)，具有一定的局限性，導(dǎo)致排水設(shè)施的泄水能力可能無法滿足暴雨等極端天氣條件下的排水要求，造成路表降水短時間無法排走甚至無處可排。施工過程中質(zhì)量控制不到位，也會造成中溝、橫向排水管縱坡坡度不符合規(guī)范要求，水力梯度小而排水不暢；或者中溝頂面高于路表面高程，使路表水無法匯入中溝而在路表匯集形成路面積水。

2.5 標(biāo)線排水缺陷

高速公路行車道和超車道邊緣都設(shè)有連續(xù)的實線標(biāo)線，標(biāo)線與路表面有2 mm的高差，路面徑流會在標(biāo)線內(nèi)邊緣處匯集，因此標(biāo)線施工時每隔15 m左右設(shè)置一條寬度為3～5 cm的排水縫來排出路表水。然而施工中往往難以在凹型豎曲線最低點設(shè)置排水縫，造成路表降水無法排出。

2.6 養(yǎng)護不到位

橋面降水通過泄水孔等設(shè)施排出路面，高速公路橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物多，相應(yīng)的橋梁伸縮縫、泄水孔等排水設(shè)施也較多。對排水設(shè)施的清理是日常養(yǎng)護工作的重要內(nèi)容之一。但在實際養(yǎng)護過程中存在養(yǎng)護死角，部分橋梁伸縮縫、泄水孔清理不及時，造成異物堵塞，排水設(shè)施排水能力降低，進而導(dǎo)致下雨時路面積水。

3 路面積水處治對策

路面積水病害產(chǎn)生原因復(fù)雜多樣，難以通過單一的技術(shù)途徑解決，可以在高速公路建設(shè)期、運營養(yǎng)護期等全壽命周期范疇內(nèi)多方面采取綜合治理措施。

3.1 高速公路建設(shè)期預(yù)防措施

1) 設(shè)計階段。在高速公路設(shè)計階段，充分運用容錯性設(shè)計原則，對豎曲線凹點、超高路段等排水困難路段做到“富余設(shè)計”，加強特殊路段排水設(shè)施的排水能力，具體如下： ①超高路段外側(cè)存在路拱橫坡-2%～2%段，不宜將其設(shè)計在縱坡較小的路段，建議設(shè)置在縱坡大于2%的路段。在路線平縱面設(shè)計中，應(yīng)特別注意平縱面的坡度設(shè)計，保證該段的復(fù)合坡度不小于0.3%，滿足排水最小坡率要求。②加長超高外側(cè)中央分隔帶中溝長度，在許多新建高速公路的超高外側(cè)中溝設(shè)計中，中溝的起點一般設(shè)計在橫坡為0%的位置，但疊加縱坡的原因，往往橫坡2%～0%這一段的縱橫綜合坡度很小或為負(fù)數(shù)，所以設(shè)計時超高外側(cè)中央分隔帶中溝宜從合成坡度指向中央分隔帶的位置處設(shè)置，并根據(jù)施工的偏差適當(dāng)增加設(shè)置長度。③增加橫向排水管設(shè)置間距，橫向排水管的間距應(yīng)根據(jù)匯水面積、縱坡等計算，對于縱坡比較小的路段、凹曲線最低點位置等均應(yīng)加密排水管間距。④對于排水困難的路段設(shè)計中可以采用排水路面結(jié)構(gòu)等。

2) 施工階段。高速公路施工階段應(yīng)做好質(zhì)量管理工作，確保排水設(shè)施施工質(zhì)量。避免標(biāo)線排水縫設(shè)置不在最低點、排水設(shè)施高程高于路面高程等情況。

3.2 排水設(shè)施預(yù)防性養(yǎng)護

道路的養(yǎng)護維修是高速公路運營管理工作的重中之重，及時進行養(yǎng)護維修能使高速公路保持良好的使用狀態(tài)和服務(wù)水平，提高公路運營經(jīng)濟效益。管理處與養(yǎng)護中心需增加日常養(yǎng)護對排水設(shè)施的巡查頻率，對超高段中溝變形、橫向排水管局部破壞的部位及時發(fā)現(xiàn)，及時修復(fù)；對橋梁伸縮縫、泄水孔等排水設(shè)施進行集中清理工作，消除堵塞，保證排水設(shè)施泄水能力。在暴雨期間，開展重點檢查，保障排水設(shè)施正常運行。

3.3 養(yǎng)護施工處治措施

3.3.1日常養(yǎng)護措施

對因排水設(shè)施設(shè)計考慮不足、施工質(zhì)量控制差等原因造成的路面積水，需進行排水設(shè)施改造補強。① 超高漸變路段中路拱橫坡坡度反向變化，其中部分路段由于橫坡坡度較小而造成排水困難。對該類路段沿路表水徑流方向開槽，將水引入中溝，槽底可設(shè)置一定坡度來增加水流速度，開槽方式可采用橋面伸縮縫形式。② 凹形豎曲線最低點應(yīng)適當(dāng)加大排水溝的斷面面積，集水井及橫向排水管應(yīng)加密設(shè)置，提高路段的排水能力。③因路面不均勻沉降或標(biāo)線泄水縫不合理設(shè)置造成的路面積水，銑刨路側(cè)實標(biāo)線，并在實標(biāo)線內(nèi)側(cè)切槽(寬25 cm)。路面切槽大小控制在25 cm長、5 cm寬、4 cm深左右，路面積水通過切槽引流，一般路段引流至路基邊坡，超高路段引流至中溝內(nèi)。④點狀雨夜標(biāo)線(見圖2)是近年來基于振蕩標(biāo)線推出的一種新型道路標(biāo)線。不同于普通熱熔標(biāo)線采用連續(xù)延伸的條狀樣式，點狀雨夜標(biāo)線采用小間隔的雨點狀形式，使路面徑流能無阻礙通過，從而避免連續(xù)標(biāo)線對路面徑流的“水壩效應(yīng)”。

a) 路面切槽

b) 點狀雨夜標(biāo)線

3.3.2修復(fù)性養(yǎng)護措施——排水路面

銑刨重鋪表面層是最常見的路面處治方案，路面發(fā)生車轍、擁包等變形類病害造成路面積水，可銑刨重鋪排水路面進行處治。排水瀝青路面PA(Porous Asphalt Pavement)是一種由歐洲引進的新型路面結(jié)構(gòu)。排水瀝青混合料采用了開級配礦料的設(shè)計理念，相對于傳統(tǒng)的密級配瀝青混合料具有較大的空隙率，一般大于18%。得益于其較大的空隙率，結(jié)構(gòu)層內(nèi)部空隙相互連通形成通暢的排水通道，可以將降水快速橫向排出路面范圍，避免路表形成水膜及雨水徑流，進而減少行車水霧、水濺現(xiàn)象，防止路面積水。同時，排水瀝青路面骨架具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還具有較深的構(gòu)造深度和微觀

紋理，能提高路面抗滑性能并降低噪音，有利于行車安全和環(huán)保。

排水瀝青路面最早于上世紀(jì)八十年代引入國內(nèi)，在上海、河北等地相繼鋪筑試驗段，湖南省先后在龍永、岳望、譚邵、衡桂以及南岳高速大中修工程中的部分路段鋪筑試驗段。本文以譚邵高速為例，簡述排水路面在路面積水處治中的應(yīng)用。

譚邵高速是國家重點規(guī)劃“五縱七橫”國道主干線網(wǎng)中上海至云南瑞麗高速公路在湖南境內(nèi)的一段。為避免部分路段產(chǎn)生積水，引發(fā)車輛因路面積水產(chǎn)生交通事故，2018年潭邵高速公路提質(zhì)改造大修工程中，選取樁號RK1257+587～RK1258+500段鋪筑PA-13排水瀝青路面。經(jīng)過近2 a通車運營，該路段基本無特殊病害，局部有破損，整體路用性能良好，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 PA-13路面檢測數(shù)據(jù)檢測點數(shù)平均構(gòu)造深度TD/mm平均摩擦系數(shù)BPN20平均滲水系數(shù)/(ml·min-1)51.4469.24 447.26

試驗檢測結(jié)果表明，排水路面構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)良好，路面外觀無坑槽、松散、掉粒等病害。通過該路段的跟蹤調(diào)查，認(rèn)為PA-13排水路面結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)瀝青路面結(jié)構(gòu)能有效解決路表排水難題，尤其在超高路段效果明顯；其抗滑、降噪等路用性能可有效保證行車的安全性和舒適性。

4 結(jié)語

高速公路瀝青路面積水將降低路面抗滑性能，嚴(yán)重影響行車安全。路面積水的原因復(fù)雜多樣，主要包括設(shè)計考慮不周、施工質(zhì)量控制不足、路面產(chǎn)生變形類病害以及路面排水設(shè)施缺乏養(yǎng)護等。根據(jù)不同原因產(chǎn)生的積水病害提出了不同的處治方案。在日常養(yǎng)護過程中需加強對排水設(shè)施的維修保養(yǎng)工作，避免因排水設(shè)施損壞造成的路面積水。對于因路線線形、排水設(shè)施考慮不足等設(shè)計、施工因素造成的排水不暢以及路面產(chǎn)生變形類病害造成的積水，通過路面大、中修工程，銑刨積水路段，重鋪排水路面加以解決。