摘要：车辆在高速公路上行驶时发生的轮胎滑水现象根据其发生机理主要分为粘滞滑水、动水压强滑水。粘滞滑水产生的直接原因是轮胎不能将路面与轮胎间的水膜穿透，影响轮胎与路面间摩擦阻力的发挥，在水膜较厚淹没道面微观凸起或水膜被油分、灰尘、油脂或橡胶所污染导致水膜粘度变大的情况下均可能发生。文中对高速公路改扩建的几何设计与路面排水进行了分析。
关键词：高速公路；改扩建；几何设计；路面排水
1 高速公路改扩建工程的必要性
近年来，随着我国经济社会的快速发展，部分高速公路或部分重要路段、特别是早期修建的四车道高速公路交通量饱和，服务水平下降、安全事故增多，其通行能力与其承担的交通运输任务和在路网中的地位作用不相匹配，已不能适应沿线社会经济和城乡建设的可持续发展需求。根据当前我国高速公路改扩建的具体情况，改建内容有几种情况：原路是高速公路，主要是增加车道数、提升通行能力的工程项目；原路不是高速公路改为高速公路的情况；部分仅对局部线形实施改造，或部分扩建和新增设施以提升通行能力、运行车速和服务水平的这类工程；在不扩建高速公路路基主体，而通过变化断面组成和新增港湾式停车带等附属设施以增加行车道的工程；在同一高速公路通道内建设复线的“扩容”工程。
2 高速公路改扩建排水常见问题
2.1 设计不合理
在高速公路改扩建路段施工之前，设计人员没有做好排水系统设计，施工单位也未进行必要的审核，这就使得施工人员在进行高速公路改扩建路段施工时，完全照搬设计图纸上的内容，使一些原本就存在的问题继续扩大。另外，在公路路基路面排水设计时没有充分考虑路面积水的问题，使得路面积水进入路基内部，影响了路基强度，对公路造成严重影响。
2.2 边沟排水存在的问题
高速公路路基底坡的尺寸决定了地沟的排水量。多数高速公路沿线的底坡宽度都是一样的，这样在山区等地方，就会出现边沟尺寸太大的情况，造成浪费。而在一些降水比较多的地方，会造成公路积水严重，影响到高速公路的使用寿命。
2.3 中央分隔带存在的问题
高速公路中央分隔带的位置容易出现积水，若排水管道不畅通，就会导致大量积水流到位置较低的中央分隔带。若中央分隔带位置的排水设施处理不好，还会造成沥青防渗层的破损，从而影响使用寿命。
2.4 设计人员和施工人员综合素质不高
随着科学技术的发展，高科技的产品越来越多，新型的排水设备也不断出现。但一些设计和施工人员思想具有一定的局限性，在设计的时候没有将其应于工程项目中，因此，设计人员和施工人员的综合素质还有待提高。
3 高速公路改扩建的几何设计
3.1 一般路段
一般路段是指路面宽度及合成坡度均不发生变化的路段，在几何线形上表现为不设超高或全超高的直坡路段。当横坡度一定时，水膜厚度随道路纵坡和路面宽度的增大而增大。因此，设计中应尽量避免使用较大的纵坡度，且在不考虑施工误差的条件下不能盲目地通过增加纵坡度以达到改善路面排水的效果。因为加大纵坡虽然增加了路面径流坡度，但会使径流长度增加，根据其贡献率的不同表现为水膜厚度增加。同时尽量减小单坡面的路幅宽度，特别是在横坡度较小的路段。如中分带开口应尽量避免设置在纵坡较大的路段、全超高路段及超高渐变段路段；辅助车道应尽量避免设置在超高渐变段路段。
3.2 超高渐变段
路面外倾，路面水自路面内侧流至路面外边缘排出；路面外倾，水流自路面内边缘向外边缘流动，至外边缘处恰好横坡为零，水流继续向前沿内倾路面重新流回路面内边缘；路面外倾，水流自路面内边缘向外边缘方向流动，流至横坡零点处远未至外边缘，重新回流至路面内边缘，水流路径末端的水膜厚度接近临界水膜厚度；路面内倾，水流自路面外边缘流动至路面内边缘排至中分带。
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3.3 超高渐变段路面排水改善措施
几何设计中减少水膜厚度的主要措施为增大合成坡度及缩短径流长度，其中增大合成坡度的措施包括增大纵坡及超高渐变率。对于高速公路改扩建项目，一般路段的纵断面拟合应遵循“宁填勿挖”的旧路改造原则，以最大程度实现对既有路面结构的利用。因此，在增大路线纵坡时需根据抬高的高度确定基层或面层的加铺，从而产生部分工程量。增大纵坡对水膜厚度的改善效果十分有限，特别是对于旧路改造项目，一旦调整路面纵坡，会对路面结构层造成浪费，不推荐采用。目前普遍采用的缩短回流路径的措施为增设路拱线。
3.4 设计实例
某平原区高速公路改扩建工程由原双向四车道扩建为双向八车道。在K281+700-K282+400路段，既有道路以0.3%的单坡段与超高渐变段重合设置。扩建为双向八车道后，路面宽度大幅增加。同时该路段的合成坡度小于0.5%，超高渐变段附近的排水条件需进一步改善。若通过增加道路纵坡的方法改善排水条件，一方面会造成工程量极大浪费，需增加纵坡路段的坡长为581m，纵坡度增加0.2%，则在“宁填勿挖”的原则下其抬高一侧需加铺近1m；另一方面，通过增大纵坡度来改善排水的效果十分有限。
4 高速公路改扩建路基排水设计要点
在对高速公路改扩建路段路基进行排水设计的时候，应该结合改扩建段公路的实际情况，进行合理的规划，确保路基排水设计的科学合理。高速公路的路基排水设计需要从两个方面考虑，一是地面排水设计，二是路基地下排水设计。
4.1 地面排水设计
4.1.1边沟的设计
边沟一般设置在挖方路基的路肩外侧，也可以设置在低路堤的坡脚外侧，边沟应该与公路的中线平行，其主要作用是汇集和排除路基范围内的少量地面水。边沟的排水量一般不大，在设计边沟断面时，可以根据周围的地形和地质条件及汇水面积等来确定适合的断面形式，总体来说，边沟断面不宜过大，而且其纵坡应该和路线纵坡一致。
4.1.2截水沟设计
截水沟又称为天沟，当路堤边坡上方的水流量较大的时候，应该设置相应的截水沟，来拦截上方的水流。并且，在设计的时候，设计人员应该进行必要的实地考察，对水文地质情况进行充分了解，确定截水沟合理的位置，并对排水口进行合理的布局。
4.1.3跌水与急流槽的设计
这是地面排水沟渠的一种特殊形式，这种排水设备主要适用于一些特殊路段，如一些陡坡路段，因为陡坡路段水流的速度较快，而且对路基的冲刷作用明显，设置跌水和急流槽能够降低其冲刷程度。需要注意的是，为了承受陡坡水流，跌水和急流槽的设计必须要考虑结构的稳固性和耐久性问题，可以采用浆砌块石对其进行防护加固。
4.1.4排水沟设计
排水沟的横断面一般采用梯形，对于横断面的位置需要根据现场的实际情况确定，尺寸需要根据设计的流量确定，排水沟的长度应该控制在500m以内，并且与其他类型的排水沟连接在一起，将雨水引入到桥涵或河道中。
4.1.5蒸发池设计
有些公路地处气候干燥地区，公路的排水往往比较困难。在路基排水设计时要考虑到公路所在地区的气候特点，例如针对干燥地区，可以设计蒸发池。可以在公路两侧每隔一定的距离就设置相应的蒸发池。
4.2 路基地下排水设计
路基地下排水设施主要有渗井、渗沟、盲沟、排水孔等，路基地下排水主要以渗流方式汇集水流，对于路基地下水流量较大的地区，应该设置暗沟或涵洞等，对于路基排水量较小的地方，可以设置纵向的渗沟等。
5 结束语
总之，路面滑水根据机理不同分为粘滞滑水、部分滑水和完全滑水，其中粘滞滑水和部分滑水在规范中均已考虑，八车道高速公路的路面宽度增加，对完全滑水情况应予以考虑。一般路段发生完全滑水的可能性较小，而在超高渐变段的零坡点附近由于回流路径的存在水膜厚度大幅增加，特别对于逆时针旋转路段，水膜厚度较大范围位于超车道附近，为最不利工况。对于改扩建项目的超高渐变段路段，增加纵坡度对水膜厚度几乎无影响，且造成工程量浪费，宜通过设置路拱线及加大超高渐变率的方式优化既有道路路面的排水条件。
参考文献
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[3]梁勇健.高速公路加宽改扩建关键技术之我见[J].建材与装饰，2016（45）：238-239.
论文作者:邵晓广
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/9/29
标签：路面论文; 高速公路论文; 路基论文; 路段论文; 坡度论文; 改扩建论文; 边沟论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;