王修江 許海龍 王鵬 董月友

摘 要：瀝青路面結(jié)冰是冬季瀝青路面常見(jiàn)現(xiàn)象，汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)同樣存在結(jié)冰現(xiàn)象。為降低雨水、結(jié)冰等對(duì)汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的影響，以高速環(huán)道曲線(xiàn)段為例分析瀝青路面養(yǎng)護(hù)。高速環(huán)道作為汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)重要汽車(chē)試驗(yàn)道路，汽車(chē)試驗(yàn)檢測(cè)需求量較大。隨著運(yùn)營(yíng)期的延長(zhǎng)，高速環(huán)道曲線(xiàn)段在冬季容易出現(xiàn)條帶狀水跡，氣溫較低的冬季夜間容易出現(xiàn)條帶狀結(jié)冰，影響瀝青路面的使用壽命。本文通過(guò)對(duì)高速環(huán)道曲線(xiàn)段出現(xiàn)水跡和結(jié)冰的原因進(jìn)行分析，提出如何減輕高速環(huán)道曲線(xiàn)段水跡和結(jié)冰的方案，增加運(yùn)營(yíng)時(shí)間，延遲瀝青路面的使用壽命。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng);高速環(huán)道;條帶狀結(jié)冰;條帶狀水跡;防水養(yǎng)護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

在我國(guó)北方和部分南方地區(qū)，冬季路面結(jié)冰是常見(jiàn)問(wèn)題，路面結(jié)冰影響道路運(yùn)營(yíng)安全的同時(shí)，也造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是長(zhǎng)大縱坡路段、急彎路段、陽(yáng)光難以照射的背陰路段等特殊路段，路面結(jié)冰后出現(xiàn)路面抗滑性能下降，導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，或?qū)е虏糠值缆方煌ㄖ袛?，營(yíng)運(yùn)場(chǎng)所中斷運(yùn)營(yíng)等。瀝青路面結(jié)冰是冬季瀝青路面常見(jiàn)現(xiàn)象，汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)同樣存在結(jié)冰現(xiàn)象。為解決汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)路面結(jié)冰現(xiàn)象，對(duì)汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)的高速環(huán)道曲線(xiàn)段出現(xiàn)水跡及結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)分析。

1 現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)冰路面的抗滑性能影響、除冰技術(shù)進(jìn)行一定程度的探討和研究，主要研究方向著重于路面結(jié)冰預(yù)警方面，以及除雪除冰的技術(shù)方面，從結(jié)冰成因角度對(duì)結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行分析研究成果較少，對(duì)已經(jīng)建成的路面結(jié)冰防治的指導(dǎo)意義不大，但現(xiàn)階段的研究成果對(duì)高速環(huán)道運(yùn)營(yíng)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(huán)道結(jié)冰影響的方法，為了預(yù)防高速環(huán)道結(jié)冰應(yīng)該采取何種預(yù)防措施，對(duì)道路結(jié)冰的原因分析研究顯得尤為必要。

2 曲線(xiàn)段情況說(shuō)明

高速環(huán)道為提高運(yùn)行的舒適性一般為瀝青混凝土路面，曲線(xiàn)段最外側(cè)車(chē)道路面傾角可達(dá)35°。曲線(xiàn)段瀝青路面易在冬季易出現(xiàn)條帶狀結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰基本成條帶狀，大部分位于行車(chē)道中間位置，大部分結(jié)冰位置路面明顯較輪跡帶位置路面粗糙，結(jié)冰位置基本位于常出現(xiàn)條帶狀水跡處。

高速環(huán)道支持的試驗(yàn)車(chē)速可達(dá)300 km/h，瀝青路面的濕滑和結(jié)冰對(duì)車(chē)輛試驗(yàn)人員的安全駕駛有著嚴(yán)重的威脅。因此，當(dāng)高速環(huán)道瀝青路面出現(xiàn)結(jié)冰時(shí)需要立即暫停試驗(yàn)，封閉試驗(yàn)道路;當(dāng)曲線(xiàn)段瀝青路面出現(xiàn)條帶狀水跡時(shí)，需要對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛進(jìn)行一定的限速管制，防止發(fā)生安全事故。

高速環(huán)道結(jié)構(gòu)層間藏水形成條帶狀水跡和條帶狀結(jié)冰現(xiàn)象，對(duì)高速運(yùn)行的車(chē)輛試驗(yàn)運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重威脅，同時(shí)對(duì)路面質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，降低瀝青路面的使用壽命。

3 水分來(lái)源分析

高速環(huán)道曲線(xiàn)段條帶狀水跡和結(jié)冰水分來(lái)源主要有地表水、大氣水分、地下水和曲線(xiàn)段堤頂路及曲面結(jié)構(gòu)層中滯留水。

（1）地表水。地表水主要來(lái)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(shí)，以及瀝青路面孔隙中滲入的自由水不能及時(shí)排出或蒸發(fā);在降雪融化過(guò)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(dòng)，在曲線(xiàn)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(jié)冰現(xiàn)象。

（2）大氣水分。鹽城汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)位于沿海地區(qū)，冬雨季節(jié)空氣中濕度較大，空氣中水分不會(huì)直接導(dǎo)致瀝青路面形成條帶狀水跡或路面條帶狀結(jié)冰，但可以作為路面條帶狀水跡或結(jié)冰路面的水源補(bǔ)給。同時(shí)，空氣中水分在一定的氣候條件下濕潤(rùn)瀝青路面或形成凝霜現(xiàn)象。濕潤(rùn)的瀝青路面在急劇變化的氣溫條件下更可能形成路面結(jié)冰，而凝霜附著于瀝青路面的冰晶，嚴(yán)重威脅路面行車(chē)安全。

（3）地下水。鹽城汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)位于沿海地區(qū)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(duì)較高。高速環(huán)道路面運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，地下水上

升至路面結(jié)構(gòu)層的可能性較低。本文認(rèn)為，地下水通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象為高速環(huán)道曲線(xiàn)段條帶狀水跡和條帶狀結(jié)冰只能提供少量的水分來(lái)源。

（4）結(jié)構(gòu)層中滯留水。根據(jù)相關(guān)研究表明，雨水可以滲透至具有一定滲透系數(shù)的瀝青路面，但很難透過(guò)基層，對(duì)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(méi)有那么快下滲至路基。但隨著時(shí)間推移，整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層的雨水完全飽和后，形成一個(gè)穩(wěn)定的滲流，當(dāng)然這個(gè)滲流量相當(dāng)小，主要在瀝青路面結(jié)構(gòu)層中形成“盆浴”現(xiàn)象[1]。高速環(huán)道路面不同結(jié)構(gòu)層的組合及各結(jié)構(gòu)層滲透系數(shù)不同，導(dǎo)致在雨雪天氣過(guò)后，瀝青路面結(jié)構(gòu)層中滯留一定量的雨水，為瀝青路面形成條帶狀水跡和結(jié)冰提供充足水分來(lái)源。

從另外一個(gè)方面看，高速環(huán)道外側(cè)護(hù)坡采用拱形漿砌片石植草護(hù)坡，植草坡面的雨水容易滲入堤頂路基。由于高速環(huán)道曲線(xiàn)段獨(dú)特的設(shè)計(jì)形式，使得瀝青路面的法向正下方恰好是外側(cè)邊坡的正下方。從外側(cè)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(jié)冰提供了一部水分來(lái)源。

綜上分析，本文認(rèn)為高速環(huán)道瀝青路面形成條帶狀結(jié)冰水的主要來(lái)源于雨雪和結(jié)構(gòu)層中滯留水，以地下水和空氣中水分為輔助補(bǔ)充。

4 條帶水跡及結(jié)冰現(xiàn)象形成分析

高速環(huán)道路面為瀝青路面，在高速環(huán)道運(yùn)營(yíng)初期，瀝青路面面層壓實(shí)度基本一致，透水性和孔隙率基本保持一致。路面結(jié)構(gòu)層中的滯留藏水能夠順利通過(guò)基層頂面和瀝青面層底部的結(jié)構(gòu)層內(nèi)的孔隙緩慢排出路面結(jié)構(gòu)層，所以曲線(xiàn)段運(yùn)營(yíng)前期未出現(xiàn)結(jié)冰和條帶狀水跡現(xiàn)象。

隨著高速環(huán)道的運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)，在試驗(yàn)車(chē)輛荷載不斷的作用之下，高速環(huán)道瀝青路面進(jìn)一步被壓實(shí)，其程度受輪跡分布影響，即輪跡帶的中心位置較車(chē)道中間位置和標(biāo)線(xiàn)位置進(jìn)一步密實(shí)。同時(shí)，在空氣中灰塵和雨水中的雜質(zhì)不斷的填充瀝青路面結(jié)構(gòu)層中的孔隙。這些導(dǎo)致瀝青路面形成條帶狀過(guò)度密實(shí)相間的路面，阻斷曲線(xiàn)段瀝青路面結(jié)構(gòu)層中滯留水沿瀝青路面結(jié)構(gòu)層間順利滲透，在條帶狀過(guò)密路面上方滲透出瀝青路面，主要在行車(chē)道中部和標(biāo)線(xiàn)位置滲透出來(lái)。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(guò)程中就存在孔隙率偏大或壓實(shí)度偏小的情況，致使輪跡帶位置在運(yùn)營(yíng)期間并不完全全部達(dá)到過(guò)度密實(shí)的狀態(tài)，因此高速環(huán)道曲線(xiàn)段瀝青路面的水跡或結(jié)冰主要呈現(xiàn)條帶狀，且主要分布在車(chē)道中間和標(biāo)線(xiàn)附近，其他位置只有零星分布。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果表明，影響路面結(jié)冰的因素有溫度、濕度、風(fēng)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(jù)相關(guān)研究表明，路面最低氣溫出現(xiàn)在早晨6點(diǎn)至7點(diǎn)，與最低氣溫同時(shí)或較最低氣溫晚1小時(shí);雪后0點(diǎn)至8點(diǎn)路面溫度和氣溫均低于零攝氏度，此時(shí)路面較容易產(chǎn)生結(jié)冰[3]。高速環(huán)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(jié)構(gòu)層中向曲面下方滲透，或以氣體水分子的形式向結(jié)冰區(qū)域移動(dòng)。本文認(rèn)為，冬季結(jié)冰期間，由于高速環(huán)道曲線(xiàn)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(jié)冰。

高速環(huán)道南曲線(xiàn)段條帶狀水跡和條帶狀結(jié)冰主要水源是層間結(jié)構(gòu)水，沿海地區(qū)較大的空氣濕度變化和溫度變化也為已經(jīng)結(jié)冰的路面或氣溫較低的瀝青路面形成冰霜提供水分補(bǔ)給。另外，豐富的地下水通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象上升至路基和路面，為已經(jīng)結(jié)冰的路面提供一定的水分。

5 解決方案探索

目前，高速環(huán)道在冬季每天開(kāi)放運(yùn)營(yíng)前需人工進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)立即封閉高速環(huán)道，停止運(yùn)營(yíng)，確保試驗(yàn)車(chē)輛和試驗(yàn)人員的安全。

針對(duì)路面結(jié)冰現(xiàn)象，現(xiàn)階段研究者主要致力尋求簡(jiǎn)單、高效和廉價(jià)的除冰方式，使用降低融點(diǎn)的方式融化冰雪存在不可重復(fù)使用以及使用成本較高的難題。采用機(jī)械方式或電加熱的方式除冰存在能耗相當(dāng)大[5]，且需要采取監(jiān)管，同時(shí)使用不當(dāng)對(duì)瀝青路面有所損壞。

通過(guò)高速環(huán)道瀝青結(jié)冰的條件和原因分析，本文認(rèn)為采用一定的方式阻礙形成結(jié)冰的條件具有一定的可行性。從結(jié)冰水源分析來(lái)看，對(duì)高速環(huán)道堤頂路瀝青路面采用有效的防水養(yǎng)護(hù)，對(duì)漿砌片石邊坡定期進(jìn)行檢查養(yǎng)護(hù)防止雨水下滲。同時(shí)對(duì)曲線(xiàn)段瀝青路面進(jìn)行防水養(yǎng)護(hù)，以及通過(guò)改進(jìn)防水養(yǎng)護(hù)材料，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)防水、改善瀝青路面性能、對(duì)瀝青路面起到修復(fù)作用。通過(guò)改善研究防冰材料可以減小冰附著力、延長(zhǎng)液滴結(jié)冰時(shí)間、減少冰積聚，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在防除冰方法中顯示出巨大的潛能[4]。

目前通過(guò)含砂霧封層技術(shù)的防水材料對(duì)路面局部位置進(jìn)行防水養(yǎng)護(hù)，起到較好的養(yǎng)護(hù)效果，經(jīng)過(guò)冬季觀察，條帶狀水跡和條帶狀結(jié)冰現(xiàn)象已經(jīng)消除。

6 結(jié)論與展望

綜上分析，本文認(rèn)為高速環(huán)道路面形成條帶狀結(jié)冰水的主要來(lái)源于雨雪和結(jié)構(gòu)層中滯留水，以地下水和空氣中水分為輔助補(bǔ)充。高速環(huán)道曲線(xiàn)段盆式曲面獨(dú)特的漸變橫坡是形成條帶狀水跡及結(jié)冰現(xiàn)象主要原因之一。通過(guò)對(duì)堤頂路和曲面路面實(shí)施含砂霧封層技術(shù)的防水材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)可以實(shí)現(xiàn)消除或減輕條帶狀水跡和條帶狀結(jié)冰現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張利，汪林.不利氣象條件對(duì)公路安全的影響與對(duì)策[J].公路交通科技，2011（增刊1）：120-123.

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

[4]劉禎.環(huán)境因素對(duì)冰附著力的影響研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2018.

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