多雨地区高速公路超高渐变段路面钢制排水槽排水技术施工工艺研究

陈一虎,卢汉文,张温庭

（1.广东省政府还贷高速公路管理中心,广东 广州 510030; 2.佛山科学技术学院交通与土木建筑学院,广东 佛山 528225;3.广州肖宁道路工程技术研究事务所有限公司,广东 广州 510641）

0 引言

我国高速公路在全球保持领先地位。截至2020 年底，中国公路总里程达到5 198 100 km，其中高速公路里程占161 000 km。2021 年，新增改建的高速公路里程达到9 028 km，巩固了其在全球高速公路规模上的地位。然而，这一成就背后也面临着一系列挑战，其中包括超高渐变段路面变坡点交通事故频发问题。

高速公路路面在设计时通常会设置超高来平衡横向离心力，而在雨天时，由于路面雨水排出缓慢，易形成水膜和临时积水层。这导致车辆高速行驶时易发生打滑漂移，增加了交通事故的风险，尤其在相邻车道有车辆经过时，更容易引发二次交通事故，造成更严重的伤亡[1-2]。

统计数据显示，同一处路面超高横向变坡点若不及时处理，每年约有4 起交通事故发生。考虑到我国庞大的高速公路网络，这类事故在全国范围内数量相当可观。因此，在高速公路路面设计时，合理设置排水装置是必要的措施，以防止类似交通事故的再次发生，从而提高高速公路的安全性，减少交通事故对生命和财产造成的损失，并改善整体交通安全水平。目前，国内常用的高速公路超高渐变段路面排水措施主要包括增铺排水式沥青罩面、路面刻槽引排和广东省近年来采用的混凝土Ω型排水槽。增铺排水式沥青罩面虽然效果较好，但其造价较高，而且孔隙容易被尘土堵塞，失去排水功能。路面刻槽引排是在高速公路路面开出一条2~4 cm 宽的排水槽，虽然处理简单，但对行车舒适度和安全性有一定影响，也会影响沥青路面的使用耐久性，且小槽一场雨后易被堵塞，需要频繁清理[3]。广东省采用的混凝土Ω 型排水槽是在沥青路面开槽后，安装预制的Ω 型横向排水槽，分节安装，并采用环氧树脂砂浆与路面连接[4]。然而，混凝土排水槽和沥青路面的材质差异导致长时间使用后易产生应力集中，可能对排水槽产生破坏或产生跳车现象，影响行车舒适度，同时其排水截面小，易堵塞。

针对上述问题，该文提出了新型的钢制排水槽排水方案。该方案旨在克服现有排水措施的局限性，提高排水效率，同时保持路面的平稳性和耐久性，为高速公路超高渐变段的排水问题提供一种更优解决方案。这将进一步提高高速公路的交通安全水平，减少交通事故的发生，并保障公众的行车舒适与安全。

1 新型钢制排水槽施工工艺

根据某高速公路路政部门2022 年的数据统计，雨天时超高渐变段的变坡点临时积水已导致61 起交通事故。这些事故主要原因是变坡点横向雨水流动较慢，形成积水或者厚水膜。

为解决这一问题，该文采用了无缝钢槽作为排水引流措施，并可选择两种工艺方案。一种是通过钢筋与路面固接，如图1 所示。另一种是采用结构胶与路面铰接，如图2 所示。这样可以使排水槽与路面形成整体，以实现良好的排水引流效果，并确保车辆行驶时的舒适性。无缝钢槽可以根据需要采用不同大小的截面，进一步提高排水效果。此外，钢材与路面的泥土摩擦力相比混凝土Ω 型排水槽较小，因此在引排过程中不易堵塞，并且断面的形式和大小更易于进行调整。采用这两种新型钢制排水槽工艺，有望有效解决雨天超高渐变段临时积水问题，从而提高公路行车的安全性和稳定性。

图1 钢纤维混凝土钢制排水槽

图2 粘贴式钢制排水槽

1.1 钢纤维混凝土钢制排水工艺

1.1.1 原材料

在钢纤维混凝土钢制排水工艺，使用的主要原材料如下：

（1）钢制排水槽：根据排水量要求，选用不同规格的镀锌不锈方钢，经厂内分段加工后，将其运至施工现场进行安装。无缝钢管采用Q345B 及以上型号的钢管，形状为方形，规格为长×宽×厚=80 mm×80 mm×8 mm。钢管表面应无锈迹，无明显凹痕，四边及纵向笔直，表面光滑。每一段钢制排水槽长度不宜超过6 m。在开孔过程中，可选择激光切割或水切割，但需注意激光切割会导致热应力，在切割完成后的几个小时至几天内，钢管可能会向下方弯曲，约1 cm 左右，此时需在钢管完全冷却后进行调直工作。开孔结束后，应进行双面热镀锌处理。由于热应力原因，镀锌完成后可能产生二次弯曲，因此需再次检测弯曲程度，确保满足施工要求后，方可运输至施工点。

（2）快凝特种水泥：采用C40 快凝特种水泥。

（3）钢纤维：使用剪切型钢纤维。

（4）C40 钢纤维混凝土配合比如下：水泥∶水∶钢纤维∶碎石∶砂子=100 ∶10 ∶5 ∶120 ∶100。

1.1.2 施工步骤

钢纤维混凝土钢制排水工艺步骤如图3 所示。首先进行放线开槽，选定需要安装钢制排水槽的位置后进行定位，使用记号笔画出切割边线，并进行切割，切割深度不小于10 cm。接着，使用电镐将沥青面层及上基层凿除，并将基层顶面进行凿毛，以提高黏结力。在开槽完成后，清理块状破碎材料及基层松散材料，并使用鼓风机将槽底和侧面灰尘吹干净。如有灰尘附着在槽口壁，可使用钢丝刷清理干净。钢制排水槽安放至槽口内，确保中心线相重合并临时固定。钢制排水槽临时固定后，进行钻孔，深度为12 cm，使用环氧类结构植筋胶，将“7”字形钢筋植入孔内，并安装纵横向连接钢筋，然后对钢筋进行点焊和排水槽U 形筋进行满焊连接。对于排水槽位置的轻微变形，需进行二次微调，直至符合要求。在浇筑钢纤维混凝土之前，对槽口内杂物进行二次清理，并使用鼓风机将槽口灰尘吹干净。进行重点检查钢筋焊接、排水槽位置、标高、槽口清理情况、浇筑混凝土的防污染措施以及混凝土施工前的材料和设备准备情况等。钢纤维混凝土采用小型搅拌机现场拌和，然后将混凝土运至槽口内，进行振捣至无气泡，最后进行人工收面，确保混凝土面平整度符合要求。

图3 钢纤维混凝土钢制排水工艺步骤

1.2 粘贴式钢制排水槽工艺

粘贴式钢制排水槽工艺主要采用HM-120 型A 级结构粘钢胶作为主要原材料。以下是与之前钢纤维混凝土钢制排水槽工艺相同的步骤，仅描述与之不同的步骤：

1.2.1 粘钢胶的现场拌和及灌注

将粘钢胶的A、B罐按照说明书比例要求搅拌至一起，并进行充分拌和，确保胶体颜色均匀一致，没有杂色。将定位好的排水槽连同定位器取出后，将粘钢胶灌注至路槽内，灌注厚度应根据计算确定。对于开槽宽度为11 cm、排水槽尺寸为8 cm 的情况，粘钢胶灌注厚度应在3.1~3.5 cm 之间，如图4 所示。

图4 结构粘钢胶灌注及胶位复核

1.2.2 排水槽的二次定位及美化

灌注完成后，将排水槽重新放置于路槽内，缓慢下压至设计深度，并测量排水槽与路槽两侧的距离以及排水槽顶面与路面的距离是否符合设计要求。如不满足要求，应进行调整直至满足要求。调整完成后，使用注胶枪将胶水注入排水槽与路槽的缝隙，并稍微高于路面，然后使用小木棍抽插振捣胶水，确保密实。注意一旦振捣密实后不可再次移动排水槽，如需移动排水槽则必须再次振捣密实。振捣完成后，使用小刮板将表面刮平整，如图5 所示。

图5 美化及压重

1.2.3 后期养生

待排水槽表面美化完成后，撕去路面及钢槽的不干胶带，再次清理少量附着在路面及钢槽上的胶水。由于胶水在完全固化前可能有一定的流动性，为防止排水槽浮起，需在排水槽上压置重物，粘钢胶拌和后的12 h 内不得有扰动。在粘钢胶强度不达标时，严禁通车。

1.2.4 分车道施工点焊接

若进行分车道施工，2 次施工点钢制排水槽需满焊，焊条不得使用J422 焊条，宜使用J507 焊条。使用J507焊条前需经300~350 ℃烘焙1 h，随烘随用，并使用直流焊机反接。焊接完成后，清理焊渣，并使用防锈漆喷涂焊缝。

2 排水效果试验

为验证路面横向钢制排水槽排水效果及车辆荷载反复碾压破坏情况，对已安装的排水槽进行持续观察，并在高速公路K79+600 处模拟小、中、大雨的降雨试验（采用2 台水车对路面洒水），排水及截水效果较好，有效减少路面横向漫流面积及水膜厚度，排水槽及槽口混凝土（粘钢胶）暂无损坏痕迹，因试验段施工完成仅7 个月，槽口混凝土（粘钢胶）仍需进一步观察。施工所用特种快凝水泥强度，可根据车流量及车型数量选择C40或C60。

试验位置K79+600~K81+058，坡长1 458 m。其中K79+600~K80+288 纵坡为2%，横坡由2%渐变为0%，K80+288~K81+058 纵坡为0.95%，横坡为2%。该段路肩共有排水口及排水踏步33 处。汇水面积为16 767 m2（长1 458 m，宽11.5 m）。钢制排水槽尺寸为8 cm×8 cm，壁厚8 mm，槽内排水截面为6.4 cm×6.4 cm=40.96 cm2。10 m3水车2 台模拟降雨试验。

根据表1 的试验结果，结合纵横坡率、汇水面积、降雨量和降雨时间等因素，可以在雨天事故多发路段设置1~2 道横向钢制排水槽。根据实际需要，还可以选择更大断面尺寸的钢制排水槽，例如槽内排水截面为89.6 m2的型钢排水槽。这种技术工艺具有排水性能优良、强度高、抗冲击性好，同时体积小、制作方便、安装简单快速、对路面破坏小等优点，具有较大的推广价值。

表1 不同降雨量单道排水槽排水效果

在完工后的雨天观察中发现，无论是小雨还是大雨，排水槽都满足排水要求。然而，在暴雨以上的极端降雨情况下，仍然无法及时排除临时积水。经过分析，发现路面的纵横坡限制了水流的速度，导致无法及时排走大量水流。为验证排水槽施工后的实际效果，还通过监控中心数据查询，统计了该路段2022—2023 年雨季因积水导致的交通事故数量，结果显示增设排水槽后，事故数量为0，具体统计结果见表2。这表明，超高渐变段变坡点路面排水槽的施工有效地消除了因积水问题引发的交通事故。

表2 排水槽安装前后因积水导致的交通事故数量对比

3 不同排水槽处治方式对比

该文整理广东省内高速公路超高渐变段变坡点路面排水槽常用的几种处治方式，从不同角度分析其优缺点，总结处治效果经验，如表3 所示。

表3 省内常用路面横向排水槽对比

从排水槽进水口宽度来看，钢制排水槽的进水断面优于Ω 型排水槽，更能及时排出积水；从排水截面来说，钢制排水槽的排水截面大大高于Ω 型排水槽，排水效率更高；从经济性方面看，钢纤维混凝土排水槽<Ω 型混凝土排水槽＜粘贴式排水槽；从排水效果来看，钢纤维混凝土排水槽、粘贴式排水槽＞Ω 型混凝土排水槽。

4 结论

（1）钢纤维混凝土钢制排水槽在解决高速公路超高渐变段变坡点临时积水及水膜问题方面表现出良好的效果。通过采用这种排水槽，有效地杜绝了因雨天临时积水及水膜而导致的车辆打滑漂移交通事故的发生。

（2）对比粘贴式钢制排水槽和钢纤维混凝土排水槽，以及传统的Ω 型混凝土排水槽，前两者在排水效果上表现更优秀。尤其是粘贴式钢制排水槽，其施工工艺及造价均优于钢纤维混凝土排水槽和Ω 型混凝土排水槽，同时对沥青路面的损坏最小。因此，推广粘贴式钢制排水槽作为解决高速公路超高渐变段变坡点路面积水问题的最优选择。

（3）尽管采用结构粘钢胶将钢制排水槽与沥青路面连接，但对于粘钢胶的稳定性和耐久性还存在一些未知因素。目前在高速上使用的粘贴式钢制排水槽已经安装使用了7 个月，尚未出现损坏情况。为了全面评估其使用效果，后续还将继续进行观察和总结，以进一步评价这种排水槽的性能和耐久性。