高速公路沥青路面积水病害综合处治对策

王婷宇， 周梓豪， 杨 梦

(1.湖南省高速公路集团有限公司， 湖南 长沙 410003； 2.湖南省交通科学研究院有限公司, 湖南 长沙 410015)

0 前言

随着我国交通事业快速发展，高速公路建设模式由大规模新建转变为日常养护维修为主。近年来，沥青路面的“积水”问题引起了多方面的关注。沥青路面积水病害通常是由于路面凹凸不平，出现局部积水造成；或因排水设施设置不到位、排水能力不足，导致路面排水不畅[1]。路面积水已成为高速公路车辆行驶的重大安全隐患，根据我国多条高速公路3万多起事故数据的统计发现，雨天事故率是晴天事故率的5倍左右。同时，路面积水若不能及时排除，将渗入路面结构层，并长期滞留于其中，在车辆荷载的反复作用下，造成集料松散，继而形成坑槽病害，降低沥青路面使用寿命。

1 路面积水的危害

1.1 降低路面抗滑性能

沥青路面抗滑性能与行车安全密切相关，随着人们道路交通安全意识的增强，对路面的抗滑性能也越来越重视。沥青路面抗滑性能主要受汽车轮胎与路面之间的摩擦力影响。在轮胎与路面接触区域存在积水的情况下，轮胎与路面之间产生动力水润滑，路面上小尺寸微凸体对轮胎的微切削作用减弱，使得轮胎与路面间的附着作用减弱，进而对路面抗滑性能产生负面影响。在行车速度较高、路面积水较厚的情况下，轮胎与路面间因为动力水润滑完全脱离接触，形成完全水漂，极易造成行车安全事故[2-3]。

1.2 降低行车能见度

车辆在高速行驶过程中，轮胎与路面接触面产生的真空负压力会将路面积水扬起，附着于轮胎表面，随轮胎高速旋转后形成水雾遮挡侧后方车辆视野，大型车辆尤为明显。此外，夜间行车时，路面积水在车辆灯光照射下形成镜面效应，干扰驾驶人员对路况的判断，严重影响车辆行驶安全[4]。

1.3 破坏路面结构

路面积水易引发沥青路面水损害。路表水分经路表微裂缝渗入路面结构内部，并以水膜或水汽的形式长时间滞留，降低沥青与集料的黏附性。同时，在车轮荷载作用下产生动水压力，对沥青混合料产生冲刷作用，水分子将沥青从集料表面置换，沥青膜逐渐从集料表面剥离，导致沥青路面出现麻面、松散、坑槽、龟裂、唧泥等病害[5]。

2 路面积水机理与原因

沥青路面积水是指大气降水条件下，路表水无法及时通过路面排水设施排走而淤积在路表面，影响行车安全并降低路面使用寿命的一种病害形式。根据工程实践经验，路面积水的原因通常由道路设计缺陷、日常养护不到位和其他路面病害衍生造成。

2.1 路线变坡

高速公路一般通过设置2%的路拱横坡使路表水以横向排流的方式集于边沟或其他排水设施排除。在高速公路设计过程中，基于地理条件、技术指标和工程造价等因素的综合考虑，路线通常会顺应现有的地形地貌进行平、纵、横组合设计，因此不可避免地造成路线中出现路拱横坡坡度由-2%到2%反向变化的变坡段(见图1)，这是目前高速公路路面积水的主要原因。图1中AC、HJ路段路拱横坡坡度小，存在排水功能缺陷，在大雨天气下，在变坡段往往会形成一条贯穿行车道和超车道的2～3 m宽水带，极易产生路面积水。

图1 超高变坡示意图

2.2 路基不均匀沉降，产生路面局部沉陷

新填筑的道路路基不可避免地存在部分空隙，在自重和车辆荷载作用下，路基填料进一步压缩密实，使得道路出现沉降。沉降量受地基承载力、路基填料特性、填料级配、施工条件及台前、台背的防排水工程设置等多因素影响。在桥台、软土地基等结构刚度突变处易产生不均匀沉降，进而导致路面局部积水。

2.3 路面车辙

高速公路具有典型的交通渠化特征，沥青路面在不断增大的车辆荷载作用下，有时轮迹带范围内路面下凹还伴随轮迹带边缘的隆起，形成车辙。特别在纵坡较大的上坡路段，车辙形成和发展较快。车辙达到一定深度后，凹槽内容易积水且不容易排除，此时，高速行驶的车辆轮胎与路面存在一层水膜，两者之间的摩擦系数减小直至为零，造成车辆出现水漂、失控。

2.4 排水设施设计与施工缺陷

为了将路表水排出，高速公路弯道超高路段在超高一侧中央分隔带路缘设置矩形排水沟，路表降水漫流入排水沟后，通过集水井和横向排水管排入路侧排水沟或边沟下纵向排水管中。设计过程中，排水沟截面尺寸以及集水井、横向排水管间距等参数通过水文计算确定。而水文计算中径流系数、设计重现期和平均降雨强度均为经验参数，具有一定的局限性，导致排水设施的泄水能力可能无法满足暴雨等极端天气条件下的排水要求，造成路表降水短时间无法排走甚至无处可排。施工过程中质量控制不到位，也会造成中沟、横向排水管纵坡坡度不符合规范要求，水力梯度小而排水不畅；或者中沟顶面高于路表面高程，使路表水无法汇入中沟而在路表汇集形成路面积水。

2.5 标线排水缺陷

高速公路行车道和超车道边缘都设有连续的实线标线，标线与路表面有2 mm的高差，路面径流会在标线内边缘处汇集，因此标线施工时每隔15 m左右设置一条宽度为3～5 cm的排水缝来排出路表水。然而施工中往往难以在凹型竖曲线最低点设置排水缝，造成路表降水无法排出。

2.6 养护不到位

桥面降水通过泄水孔等设施排出路面，高速公路桥梁、隧道等结构物多，相应的桥梁伸缩缝、泄水孔等排水设施也较多。对排水设施的清理是日常养护工作的重要内容之一。但在实际养护过程中存在养护死角，部分桥梁伸缩缝、泄水孔清理不及时，造成异物堵塞，排水设施排水能力降低，进而导致下雨时路面积水。

3 路面积水处治对策

路面积水病害产生原因复杂多样，难以通过单一的技术途径解决，可以在高速公路建设期、运营养护期等全寿命周期范畴内多方面采取综合治理措施。

3.1 高速公路建设期预防措施

1) 设计阶段。在高速公路设计阶段，充分运用容错性设计原则，对竖曲线凹点、超高路段等排水困难路段做到“富余设计”，加强特殊路段排水设施的排水能力，具体如下： ①超高路段外侧存在路拱横坡-2%～2%段，不宜将其设计在纵坡较小的路段，建议设置在纵坡大于2%的路段。在路线平纵面设计中，应特别注意平纵面的坡度设计，保证该段的复合坡度不小于0.3%，满足排水最小坡率要求。②加长超高外侧中央分隔带中沟长度，在许多新建高速公路的超高外侧中沟设计中，中沟的起点一般设计在横坡为0%的位置，但叠加纵坡的原因，往往横坡2%～0%这一段的纵横综合坡度很小或为负数，所以设计时超高外侧中央分隔带中沟宜从合成坡度指向中央分隔带的位置处设置，并根据施工的偏差适当增加设置长度。③增加横向排水管设置间距，横向排水管的间距应根据汇水面积、纵坡等计算，对于纵坡比较小的路段、凹曲线最低点位置等均应加密排水管间距。④对于排水困难的路段设计中可以采用排水路面结构等。

2) 施工阶段。高速公路施工阶段应做好质量管理工作，确保排水设施施工质量。避免标线排水缝设置不在最低点、排水设施高程高于路面高程等情况。

3.2 排水设施预防性养护

道路的养护维修是高速公路运营管理工作的重中之重，及时进行养护维修能使高速公路保持良好的使用状态和服务水平，提高公路运营经济效益。管理处与养护中心需增加日常养护对排水设施的巡查频率，对超高段中沟变形、横向排水管局部破坏的部位及时发现，及时修复；对桥梁伸缩缝、泄水孔等排水设施进行集中清理工作，消除堵塞，保证排水设施泄水能力。在暴雨期间，开展重点检查，保障排水设施正常运行。

3.3 养护施工处治措施

3.3.1日常养护措施

对因排水设施设计考虑不足、施工质量控制差等原因造成的路面积水，需进行排水设施改造补强。① 超高渐变路段中路拱横坡坡度反向变化，其中部分路段由于横坡坡度较小而造成排水困难。对该类路段沿路表水径流方向开槽，将水引入中沟，槽底可设置一定坡度来增加水流速度，开槽方式可采用桥面伸缩缝形式。② 凹形竖曲线最低点应适当加大排水沟的断面面积，集水井及横向排水管应加密设置，提高路段的排水能力。③因路面不均匀沉降或标线泄水缝不合理设置造成的路面积水，铣刨路侧实标线，并在实标线内侧切槽(宽25 cm)。路面切槽大小控制在25 cm长、5 cm宽、4 cm深左右，路面积水通过切槽引流，一般路段引流至路基边坡，超高路段引流至中沟内。④点状雨夜标线(见图2)是近年来基于振荡标线推出的一种新型道路标线。不同于普通热熔标线采用连续延伸的条状样式，点状雨夜标线采用小间隔的雨点状形式，使路面径流能无阻碍通过，从而避免连续标线对路面径流的“水坝效应”。

a) 路面切槽

b) 点状雨夜标线

3.3.2修复性养护措施——排水路面

铣刨重铺表面层是最常见的路面处治方案，路面发生车辙、拥包等变形类病害造成路面积水，可铣刨重铺排水路面进行处治。排水沥青路面PA(Porous Asphalt Pavement)是一种由欧洲引进的新型路面结构。排水沥青混合料采用了开级配矿料的设计理念，相对于传统的密级配沥青混合料具有较大的空隙率，一般大于18%。得益于其较大的空隙率，结构层内部空隙相互连通形成通畅的排水通道，可以将降水快速横向排出路面范围，避免路表形成水膜及雨水径流，进而减少行车水雾、水溅现象，防止路面积水。同时，排水沥青路面骨架具有较高的结构稳定性，还具有较深的构造深度和微观

纹理，能提高路面抗滑性能并降低噪音，有利于行车安全和环保。

排水沥青路面最早于上世纪八十年代引入国内，在上海、河北等地相继铺筑试验段，湖南省先后在龙永、岳望、谭邵、衡桂以及南岳高速大中修工程中的部分路段铺筑试验段。本文以谭邵高速为例，简述排水路面在路面积水处治中的应用。

谭邵高速是国家重点规划“五纵七横”国道主干线网中上海至云南瑞丽高速公路在湖南境内的一段。为避免部分路段产生积水，引发车辆因路面积水产生交通事故，2018年潭邵高速公路提质改造大修工程中，选取桩号RK1257+587～RK1258+500段铺筑PA-13排水沥青路面。经过近2 a通车运营，该路段基本无特殊病害，局部有破损，整体路用性能良好，检测数据如表1所示。

表1 PA-13路面检测数据检测点数平均构造深度TD/mm平均摩擦系数BPN20平均渗水系数/(ml·min-1)51.4469.24 447.26

试验检测结果表明，排水路面构造深度、摩擦系数、渗水系数等技术指标良好，路面外观无坑槽、松散、掉粒等病害。通过该路段的跟踪调查，认为PA-13排水路面结构相较于传统沥青路面结构能有效解决路表排水难题，尤其在超高路段效果明显；其抗滑、降噪等路用性能可有效保证行车的安全性和舒适性。

4 结语

高速公路沥青路面积水将降低路面抗滑性能，严重影响行车安全。路面积水的原因复杂多样，主要包括设计考虑不周、施工质量控制不足、路面产生变形类病害以及路面排水设施缺乏养护等。根据不同原因产生的积水病害提出了不同的处治方案。在日常养护过程中需加强对排水设施的维修保养工作，避免因排水设施损坏造成的路面积水。对于因路线线形、排水设施考虑不足等设计、施工因素造成的排水不畅以及路面产生变形类病害造成的积水，通过路面大、中修工程，铣刨积水路段，重铺排水路面加以解决。