排水沥青路面因其排水、低噪声、高抗滑的特点，能够减少雨天事故率的50%以上，是一种“高安全”路面^[1-3]。在许多发达国家，排水沥青路面作为一种安静路面形式得到了广泛应用，以减少轮胎路面噪音^[4-7]。2008年，在宁杭高速公路修筑的20.7 km排水沥青路面使其在我国得到了系统应用。此外，根据对盐通高速9 a跟踪观测结果，在通车9 a后仍然具有十分出色的排水能力；同时，路面排水仍然保持良好，雨天抗滑和消除行车水雾效果显著。然而，排水沥青路面在使用3 a左右出现了局部飞散、掉粒的现象，反映了排水沥青路面的质量和性能对材料和施工技术极为敏感的特点。因此，对排水沥青路面在后期服务过程中各项服务功能进行观测和全面掌握至关重要^[8-9]。

解金龙等^[10]研究了双层排水沥青路面的服务功能，确认双层排水路面结构在实际应用中具有很好的前景。验证了其在实际工程中良好的服务功能。姚立霞^[11]研究表明排水沥青路面可以较好地解决孔隙排水堵塞问题，使路面的路用性能得到较好的发挥，提升双层排水沥青路面的排水降噪能力。Chu等^[12]提出了一种实验室评估程序，以比较两种常见形式的多孔路面设计的堵塞潜力，以及堵塞如何影响其排水能力、防滑性和吸音性能，综合验证其服务功能可持续性。Peng等^[13]研究了在役高速公路的两个测试段的车道分布和老化，道路磨损对噪音的影响。诸多研究验证了排水沥青路面在各项服务性能上的突出表现，江苏地区高速公路排水沥青路面自2005年通车以来，排水沥青路面总量也达到约200 km，已经运营18 a有余，目前路面技术状况仍保持较好。因此，通过对排水沥青路面全寿命周期内安全、环保方面的服务功能进行全面掌握，为后续研究中工艺、材料等改良进一步提升排水沥青路面性能奠定基础。

基于此，本研究基于盐靖高速排水沥青路面的实体工程，结合室内试验研究，对排水沥青路面服务功能进行系统研究，进而对各项服务功能进行观测和全面掌握，从而提升公路交通基础设施服务功能，促进“平安交通、绿色交通”运输体系的构建。

根据高速公路排水沥青路面设计的要求，PAC-13级配如表 1所示。

高速公路建设期排水沥青路面结构组合形式如图 1所示；排水沥青路面具有优异的排水、降噪、抗滑等性能，在旧路改造工程中应用排水沥青路面，可以提高既有沥青路面的服务功能，改善交通民众的出行质量，因此在旧路改造工程中在原路面加铺PAC-13排水沥青面层。

图 1 排水沥青路面结构组合形式 Fig. 1 Combination form of drainage asphalt pavement structures

图选项

排水沥青路面应用主要基于其优良的表面特性，即服务功能，包括抗滑安全、消除水雾、降低噪音等主要功能等^[14]。此外排水沥青路面凭借大空隙特征，具有更加优异的热物理特性，因此具有一定的降温功能，对路面高温稳定性有利。本研究基于江苏地区公路排水沥青路面的实体工程，结合试验研究，对排水沥青路面服务功能进行系统研究，包括排水沥青路面降噪性能、降温性能、排水能力、抗滑能力以及排水沥青路面安全性能，并与密级配路面进行对比，进而对各项服务功能进行观测和全面掌握。

(1) 吸声试验

试验装置如图 2所示，斜坡长100 cm，顶端高60 cm，倾角为30°，通过声级计分别在近轮距离(距离声源1 m)、半车道宽(距离声源1.9 m)和一车道宽(距离声源3.75 m)3个位置采集噪声数据，试验温度为25 ℃。测试轮胎是气压为0.2 N/mm²的标准小型汽车轮胎，轮毂尺寸15英寸，重量约为28 kg。

图 2 轮胎加速下落法噪声试验示意图 Fig. 2 Schematic diagram of tire noise test by accelerated drop method

图选项

同时，在2020年12月分别对盐靖高速K84+300处加铺排水沥青路面前后的噪声进行测定。将HT-8352声级计固定在三脚架上，使其位于路表面上方1.5 m左右，测量不同水平位移上的噪声水平。具体为，选择3处开阔无遮挡路段为测点，以路肩为起点，测量不同距离(距离路肩0，40，80，160，200 m)处的噪声值，选取测试期间噪声最大值作为噪声测试结果，并以3处不同测点的平均值作为最终结果。

(2) 降温试验

对盐靖高速K84+300选取了2019-06-01至2020-06-01的数据，将一年内测温时间分为低温月份(12月至次年3月)和高温月份(4—11月)两部分，低温月的测温时间为02:30—06:30，高温月的测温时间为12：30—16：30，对排水沥青路面与普通密级配沥青路面各面层高温月和低温月两个时间段温度进行了统计分析。

(3) 渗透系数

排水路面的排水能力往往以路面的渗透系数进行表征，PAC排水沥青混合料的竖向渗透系数与水平渗透系数相差不大。因此，在达西定律的基础上，利用常水头法对试件水平渗透系数进行了测试，并以测试结果作为试件的竖直渗透系数进行应用。

(4) 临界滑水速度

车辆行驶的临界滑水速度与路面排水能力相关。排水路面的排水能力往往以路面的渗透系数进行表征。PAC排水路面的空隙率会通过影响混合料的渗透系数来影响车辆临界滑水速度的大小。在动水压力作用下，接触区域内的积水会受挤压进入路面结构内部，再通过内部空隙向四周排出。因此，路面的临界滑水速度求解问题，可转化为单位时间内路面结构渗流问题的求解。根据水量平衡，即水平排出量=竖直入渗量可得。通过理论分析和公式推导最终可得单层路面排水的临界滑水速度v₁可表述为^[15-16]：

(1)

式中，T为透水层厚度；h为水头高度；ρ_w为水的密度；P₀为轮胎的内压；k为渗透系数；g为轮胎质量。

(5) 交通事故调查

交通事故调查数据来源为高速公路安全管理信息和道路营运管理系统调度指挥中心值班记录，时间是从2014年11月至2020年4月，共采集样本503个。同时，统计分析503个事故样本的发生时间，分析排水沥青路面交通事故率时间特征。考虑年度新建排水沥青路面通车时间，为方便本报告统计分析，规定以每年度11月份作为该年度新建排水沥青路面全面通车开始月份。由于2017-11-01—2018-04-30阶段排水沥青路面事故为不完全统计，因此不在分析范畴内。

图 3显示出4 cm和10 cm单层PAC-13C车辙板以及AC-13车辙板的A计权声比级水平结果，图 4给出了其相应的噪声频谱。如图所示，比传统密级配AC混合料，PAC混合料均具有更低的A计权声压级，且在PAC试件中观察到其A计权声压级随声源距离的增加逐渐降低。比如，4 cm PAC车辙板在相同测试位置的噪声水平比4 cm厚AC车辙板分别低了5.4 dB，3.7 dB以及2.8 dB。沥青混合料的空隙大小和空隙特征会直接影响其排水、降噪性能。PAC和AC车辙板的空隙率为20%和4.68%，PAC空隙率大约是AC车辙板的5倍，大孔隙结构与高的空隙率显示出排水沥青混合料出色的降噪能力。类似地，比较10 cm厚PAC试件和4 cm厚PAC试件噪声数据，可知在相应的测试位置处，车辙板越厚其噪声水平越低，平均噪声水平的大小也证实了这一点。具体来说，4 cm和10 cmPAC车辙板的噪声水平分别比普通密级配混合料低了4 dB和2.5 dB，大约降低了6.3%和4%。进一步，1/3倍频程频谱数据的分析结果表明，所有样品频谱曲线均表现出随着中心频率的增加，A计权声压级呈现出先增加后降低的趋势，且在某一频率下A计权声压级达到峰值。综合各试件噪声频谱峰值数据，其发展规律与相应的A计权声比级水平保持一致。此外，PAC试件的频谱曲线均位于相应厚度的密级配试件的下方，但是在峰值附近差值被削弱。与4 cm厚试件相比，相应的10 cm厚的试件总是位于其上方，这一趋势在中心频率较高时被逐渐削弱；10 cm厚的PAC试件变化最大。这是因为，试验轮胎速度远不及实际路面上的行车速度，其对试件产生的噪声主体为振动噪声而非来自对空气压缩释放产生的“泵吸效应”。

图 3 PAC试件噪声水平 Fig. 3 Noise level of PAC specimen

图选项

图 4 PAC试件噪声频谱 Fig. 4 Noise spectrum of PAC specimen

图选项

为了进一步准确评估高速公路排水沥青路面实际降噪效果，通过现场采集盐靖高速公路加铺排水沥青路面前后的噪声数据，计算出不同桩号的噪声测试结果如图 5所示。在旧路加铺排水沥青路面之后，土路肩位置昼间可降低5 dB，夜间可降低3.7 dB；并且随着距离增加，降噪效果整体呈现下降的趋势；最后在距离土路肩200 m处昼间和夜间噪声分别降低了3.8 dB和2.8 dB，这或许由于声源在传输过程中的逐渐损耗。总的来看，盐靖高速公路在路面加铺排水沥青层之后，昼间大约可降低交通噪声约6 dB，夜间可以降低交通噪声约5 dB，大约降低了8%和7%。这些发现为排水沥青路面出色的降噪能力提供了实际工程支撑。解金龙等^[10]也发现排水沥青路面具有出色的降噪能力。

图 5 盐靖高速公路加铺排水沥青路面前后不同测点的昼夜噪声测试结果 Fig. 5 Day and night noise test results at different measuring points before and after drainage asphalt paving on Yancheng-Jingjiang expressway

图选项

分别将一年内(2019-06-01—2020-06-01)测温时间为低温月(12月至次年3月)和高温月(4月至11月)，测温时间分别为02:30—06:30和12:30—16:30，统计了排水沥青路面和密级配沥青路面面层不同层位的温度变化情况，如图 6所示。在高温月，排水沥青路面排水层的温度要高于密集配沥青路面原上面层的温度，造成这一现象是由于排水沥青混合料的热扩散系数会随空隙率的增大而减小，在无风状态时空隙间空气流动较少，造成了热量的积累^[17-18]。此外，在低温月，排水沥青路面原上面层的温度与密集配沥青路面原上面层的温度大体相同；在原上面层加铺排水路面以后会将路表面热量向下传递，热量在夜间逐层积累，造成路面温度的逐层升高^[19]。因此，尽管加铺排水沥青路面后的原路面上面层温度依然高于普通密级配路面下面层，但是原路面下面层的温度始终低于普通密级配路面下面层，说明排水沥青路面会延缓热量的向下传递，造成热量逐渐消散，这或许从侧面证明排水沥青路面的降温性能。同时，在沥青路面中，车辙的发生位置主要在中下面层，排水路面的应用在降低路面中下面层温度的同时，降低了极端条件下路面出现车辙的概率。

图 6 排水沥青路面和密级配沥青路面各结构层月平均温度 Fig. 6 Monthly average temperatures of structural layers of drainage asphalt pavements and densely graded asphalt pavements

图选项

Chu等^[12]、Peng等^[13]、以及Akihiro等^[20]研究发现排水沥青路面排水能力的大小主要取决于其空隙结构，因此，为了验证高速公路排水沥青路面排水能力，测试不同空隙率PAC-13的渗透系数，并对结果进行了线性拟合，结果如图 7所示。由图 7可知，随着排水沥青混合料空隙率的增大，其渗透系数几乎呈现一个线性增长趋势。这表示排水沥青路面在具有排水能力的同时，其排水能力会随其空隙率的增大而增大。雨水从路表进入结构内部，主要经历面层表面浸润，表面空隙填充，排水层的蓄积和渗流3个过程，最后当蓄积高度达到其联通空隙最小高度时，开始在内部横向流动，最终排出路面。因此，高速公路排水沥青路面在实际过程中可以很快地将积水排出，很好地解决路面积水问题。此外，渗透系数与空隙之间都存在良好的线性正相关关系，拟合R²大约为0.93；因此，PAC排水路面的空隙率会通过影响混合料的渗透系数来影响车辆临界滑水速度的大小。

图 7 PAC-13排水沥青混合料渗透系数 Fig. 7 Permeability coefficients of PAC-13 drainage asphalt mixture

图选项

密集配路面的临界滑水速度以及不同空隙率的PAC-13路面对应的临界滑水速度如图 8所示。由图可知，当路面结构为非排水路面时，车辆的临界滑水速度为94.03 km/h。当路面材料为PAC排水沥青混合料时，临界滑水速度显著大于密集配路面；与密级配路面相比，PAC-13的临界滑水速度分别增加了9%，17%，26%，30%，40%。这些现象证实排水沥青路面具有更好的抗滑性能。但随着空隙率的降低，PAC临界滑水速度与密集配路面的差距将逐渐减小。该现象说明PAC路面的空隙率衰减程度越高，路面排水性能越差，路面雨天行车的安全性能越差。

图 8 排水路面临界滑水速度 Fig. 8 Critical slip velocity for drainage pavements

图选项

江苏靖盐高速公路于2014年开始进行排水沥青路面铺筑，至2020年共铺筑96.2 km，以该公司近5年统计排水沥青路面事故统计为样本，结合道路环境、气候等因素综合分析排水沥青路面高事故率的根本因素。首先，从表 2可以看出，虽然年度事故总起数逐年增多，这主要是因为盐靖高速公路2014年—2020年内的交通量呈现逐年增长趋势；随着年交通量增长，排水沥青路面交通事故总起数逐年升高。这说明交通量的逐年增长是造成年度交通事故数增加的重要原因之一。但随着排水沥青路面铺筑长度的不断增加，每公里年度事故率呈逐渐减小趋势。

为进一步分析排水沥青路面在道路安全性的服役效果，以月为单位进行排水沥青路面交通事故统计分析，统计结果如图 9所示。年平均事故率为8.33%，为方便分析交通事故发生集中月份，以各月事故占比减去平均事故率计算月交通事故占比。盐靖高速处于北亚热带湿润性季风气候区，夏天温高雨多，冬季寒冷干燥；春季冷暖变化大，多过程性天气；该地区降水丰沛，年平均降水量1 000 mm以上，每年6—7月份江南梅子成熟季节，常有一段阴雨天气。从图12可以看出，排水沥青路面交通事故主要发生在每年度的1月份、2月份、10月份，其中以10月份占比最大。雨水较多月份的交通事故率相对较少，低于月平均交通事故率，说明排水沥青路面能够显著降低雨天交通事故率。10月份、1月份、2月份恰值出行的高峰期，车流量较大，且1，2月份受大雾、降雪等不利天气的共同作用，造成了排水沥青路面交通事故数量的增多。

图 9 排水沥青路面月交通事故统计 Fig. 9 Monthly traffic accident statistics for drainage asphalt pavements

图选项

结合《管养路段高速公路交通事故特征研究报告》中对事故特异值的描述，事故数超过6定义为特异值，统计结果如表 3所示。事故数超过6的日期，均发生在特定环境下，比如假期、雨雪天气等。其中日事故数前3位分别是27，12，11，为国庆节期间；第4~6位是9，8，7，为阴天、雪天和春节日。因此，假日以及不良天气分别导致交通量增多和通行环境变差是在一天内交通事故居多的主要原因。最后，通过建立小时事故分布图，从图 10可知，事故发生在时间上分布存在集聚现象。但从图示结果可以看出事故在9:00—11:00时和14:00—18:00时时段明显偏高，而22:00—0:00时段明显偏低。这可能是由于这两个时间段均对应上下班高峰，车流量加大，且容易出现堵车情况，容易增加驾驶员的心理负荷，造成操作不当而引发事故。

图 10 排水路面小时交通事故分布 Fig. 10 Hourly traffic accident distribution on drainage pavements

图选项

对排水路面内各个桩号发生的交通事故进行统计，从事故发生的地点沿桩号的分布图(图 11)可以看出，交通事故存在相对明显的集聚现象，个别路段较为突出，最大值为盐靖路K74，事故频率为38起。本报告定义事故数大于等于20起的桩号为交通事故的特异桩号，故有K74，K77，K78，K85，K88和K89，6处均为特异桩号。K74，K77，K78，K85，K88和K89桩号内都含有桥梁，桥梁和填土路基路段不同，在雪天低温下，桥面更容易结冰。在低温、雪后表面潮湿时，桥面同样容易结冰，且因表面无积雪，易使驾驶人产生路况良好的错觉，更容易发生事故。综合表 4中特异点事故和地点等信息，发现事故特异点主要分布在桥梁、枢纽、站区等路段。

图 11 排水沥青路面交通事故桩号分布 Fig. 11 Traffic accident stake distribution on drainage asphalt pavement

图选项

(1) 盐靖高速公路在路面加铺排水沥青层之后，昼间大约可降低交通噪声约6 dB，夜间可以降低交通噪声约5 dB，说明排水沥青路面具有较为显著的降噪能力，对轮胎与路面之间产生的高、低频噪声均有较好的吸收效果。

(2) 加铺的排水路面温度最高约为44 ℃，比相应普通密级配路面高了1 ℃左右，这是由排水沥青路面的大孔隙结构造成热量无法消散导致的。就中下面层而言，排水路面会阻碍积热量的向下传递，导致原下面层温度比普通密级配路面低了2 ℃左右。

(3) 排水沥青混合料渗透系数显著大于密级配沥青混合料，空隙率每增加2%，其渗透系数大约增加17%，最后高达0.158 cm/s。排水沥青路面具有十分出色的排水能力，在实际过程中可以很快将积水排出。同时，与密级配路面相比，PAC-13的临界滑水速度分别增加了9%，17%，26%，30%，40%，即在路面积水条件下，排水沥青路面具有更高的车速上限，从而提高了路面的安全性能。

(4) 事故调研发现排水沥青路面能够显著降低雨季交通事故率，降雨量较大的3—8月份交通事故率明显低于其他月份。因大雾、降雪等不利天气造成的能见度小、路面抗滑性能降低，以及法定节假日等造成的交通拥堵所导致的交通事故占据排水沥青路面总事故次数的主导。出色的排水性能和抗滑性为沥青路面的安全性能提供保障。