[摘 要]：结合杭金衢高速公路金华段八车道拓宽路段排水综合治理的工程实例，通过改造方案对路表和路面内部排水系统进行优化，提高排水效率，有效解决八车道高速公路超高缓和段的路面雨水滞留问题，提升高速公路的雨天行车安全。
[关键词]：超高缓和段；地下排水系统；排水沥青路面；三维排水通道；水膜厚度
0 引言
随着我国经济迅速发展，公路等级的提高，公路也变得越来越宽，尤其是八车道的高速公路，在超高路段及其缓和段，极其容易出现路面滞水现象。
1 工程概况
杭金衢高速公路金华以东段已拓宽为双向八车道，由于建设期受工期、保通等众多因素的影响，拓宽施工时，超高路段地下排水系统改造存在一定的不足，比如部分路段横向排水管间距过大，部分缝隙式排水沟未同步改造。
超高路段路面排水受缝隙式排水沟过水断面偏小、横向排水管设置间距较大等因素导致排水系统泄水能力不足，在暴雨时节易出现雨水滞留现象，存在行车安全隐患。
2 超高路段路面积水原因分析
2.1 超高路段雨水渗流路径分析
高速公路完整的超高路段由超高缓和段和全超高路段组成，由于超高横坡度的连续变化及缓和段平面线形的不规则性，决定了超高缓和段是道路几何线形中最复杂、变化最多的路段[1]。因此超高缓和段的水膜行为也极为复杂，纵坡度、横坡度、路面宽度、缓和曲线长及超高横坡度等因素变化皆会对水膜行为产生影响。
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图1 超高缓和路段等高线
基于路面等高线对其进行分析。路径D 以2%的横坡从路基中间流向路基边缘。路径A、B 为超高完成后的单向路拱时的排水路径。路径C 则为水膜厚度检验时应重点关注的，路径C 中水流从道路中线汇集到路侧位置，由于超高的变化，水流又从路侧流往同向路中线。这种情况下道路中线位置就会形成较长的排水路径，因此在此段路径末端处水膜厚度会显著高于其他部分。
2.2 积水路面水膜分析
传统路面的路面结构相对密实，路表降水很难通过面层结构排出，只能通过路表径流的形式排向路面两侧的边沟，随着降雨量的增大雨水逐渐积聚在路面上，便会在沥青路面上形成一层水膜。雨天路面上行驶的车辆，如果不能完全排除路面积水水膜，则受水膜作用轮胎会升起离开路面，出现滑水现象
当轮胎在有水膜路面上行驶时，水通过胎面接地压力和胎面花纹沟向侧方和后方排出，行车速度提高则楔形水膜会逐渐侵入轮胎与路面之间。此时轮胎的接触长度内存在四个特征区域。
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图2 轮胎面接触分区示意图
冲突区I、厚水膜区II、薄水膜区III和接地区IV。如果行车速度进一步提高或水膜厚度加大，则I、II 区域逐渐扩大，III、IV 区域逐渐缩小。当水膜压力超过轮胎的接地压力时，IV 区消失，轮胎无法完全排除水膜而产生滑水现象。此外，即使没有达到完全滑水状态，由于水膜的存在也使得轮胎与路面接触面减小，摩擦系数降低，制动、驱动及转向摩擦力都有所下降，汽车也容易出现部分滑水而产生湿滑。滑水和湿滑都容易使车辆处于比较危险的失控状态。
3 改造方案设计
3.1 加铺排水沥青路面
排水沥青路面粗集料较多，表面构造相对较为粗糙，摩擦力系数高。雨天能够通过空隙迅速排走路面积水，从而提高雨天驾驶安全性。本次采用单层PAC-16罩面，局部设置5m双层PAC-16结构。
3.2 地下排水系统改造
缝隙式排水沟内雨水汇入集水井后通过横向排水管排出路基，当集水井之间的水沟长度大于缝隙排水沟计算汇水长度时，即便横向管排水能力满足要求，排水沟内雨水也可能在汇入集水井前溢至路面，造成路面滞水现象。
3.3 增设三维排水通道
所谓三维排水通道是指路面横向、纵向排水以及竖向泄水。本路段排水综合治理主要通过改造缝隙式排水沟、增设路面横截沟、涵洞钻孔和桥头引排等措施设置三维排水通道。
4 超高路段水力计算
4.1 透水系数
排水沥青路面的渗透系数一般通过常水压透水试验进行测定，即在试件两端水头差保持不变的条件下，测试排水沥青混合料在水流连续通过时的透水效率。由于排水沥青路面的积水较浅，渗入路面的压力梯度接近一致。因此对于饱和多孔路面，透水系数k等于水力传导率K[2]。本次水力计算中，透水系数K选定为6.5cm/s。
4.2 径流系数
于排水沥青路面，其径流比例随着暴雨强度变化而变化。当雨量较小时，大部分雨水会渗入路表面。当暴雨强度较大时，更多的雨水会产生表面径流。根据相关研究，对于新建排水沥青路面，其径流系数一般在0.12至0.40之间，经过三至四年使用后，其径流系数一般高于0.30[3]。
4.3 暴雨强度
按照杭金衢高速公路正常路段情况，取坡面流长度为18.75m，坡面流的坡度为2%，计算得到降雨历时为1.86min，暴雨强度选定4.96 mm/min作为最大暴雨强度，以保证极端天气下的排水效果。
4.4 临界水膜计算
当降雨强度大于路面表层饱和渗入强度时，会产生饱和径流，如路面产生饱和径流，应按车道后侧轮迹带进行轮迹带水膜厚度估算，轮迹水膜厚度大于临界水膜厚度时，车辆在高速行驶可能会产生“水漂”现象影响行车安全，在多车道、陡坡等情况下影响更为严重。
临界水膜厚度的计算公式如下所示[4]：
以典型1类小型客车和3类货车为例，临界水膜厚度的计算结果如表1所示。
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结果表明由于车身重量小、轮胎宽度窄、车速快等原因，小型车的临界水膜厚度最小，也最容易出现水漂现象。综上所述，本次排水沥青路面的目标排水效果为降低水膜厚度至5.0 mm以下，以保证安全效果。
5 结 语
结合杭金衢高速公路金华段八车道拓宽路段排水综合治理的工程实例，提出了加铺排水沥青路面、地下排水系统改造、增设三维排水通道等改造措施，养护目标为降低水膜厚度至5.0 mm以下，提升路段雨天行车安全，意在为其他高速公路管养单位提供借鉴。
参考文献：
[1] 唐国利, 郑晓光. 排水性沥青路面的渗流理论分析[J]. 城市道桥与防洪, 2011, 02:78-80.
[2] 马翔, 倪富健, 李强. 排水面层渗流模型及参数[J]. 东南大学学报:自然科学版, 2014, 02：381-385.
[3] 汪宽平, 陈先华, 唐国奇, 李海涛. 盐城至南通高速公路排水性沥青路面长期性能观测与评价[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2013, 12: 153-156.
[4] 文旭卿, 唐国奇, 郭燕, 董元帅. 永武高速公路排水降噪沥青混合料的配合比设计及应用[J]. 公路与汽运, 2013, 03: 90-93.