陳柳云

縉云縣交通服務(wù)所

摘 要：在農村公路改擴建中，路基排水設計是確保道路基礎穩定和排水暢通的關(guān)鍵環(huán)節。文章通過(guò)概述農村公路改擴建路基排水設計原則，分析農村公路改擴建中路基排水設計中地形和水文條件、路面坡度、排水系統、排水設施維護等路基排水設計要點(diǎn)，以期確保排水設施能有效引導和處理降雨水流，防止水分積聚對路基和路面造成的損害，為農村公路改擴建中的路基排水設計提供有價(jià)值的參考，促進(jìn)農村交通發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農村公路;城鎮建設;路基排水;

作者簡(jiǎn)介：陳柳云（1983—）,女,本科,工程師,研究方向：公路工程。;

0 引言

隨著(zhù)農村公路改擴建的進(jìn)行，路基排水設計成為確保道路安全和可持續發(fā)展的重要環(huán)節。良好的排水系統能有效引導和處理雨水，保持道路基礎的穩定性，減少洪澇災害風(fēng)險，提升道路的使用壽命和交通效能。在農村地區，由于地形復雜、土壤類(lèi)型多樣以及降水量較大等特點(diǎn)，路基排水設計顯得尤為重要[1]。該文基于農村公路改擴建路基排水設計原則，分析了農村公路改擴建中路基排水設計的要點(diǎn)，涵蓋了路面橫坡與縱坡的規劃、路基高度與寬度的確定、雨水口與溝渠的設計、坡度與橫向排水的考慮，并整體協(xié)調設計了排水系統與其他道路元素之間的關(guān)系。通過(guò)對農村公路合理而有效的路基排水進(jìn)行設計，以期促使農村公路耐久可靠，為農村交通發(fā)展和人民出行提供保障。

1 農村公路改擴建路基排水設計原則

1.1 考慮地形和水文條件

考慮地形和水文條件是農村公路改擴建路基排水設計的重要原則。在進(jìn)行路基排水設計時(shí)，要全面了解所在地區的地形特征和水文條件，包括地勢高低、坡度陡緩、水系分布等。通過(guò)對地形進(jìn)行調查分析，充分了解道路所處區域的地勢起伏、坡度、溝谷等情況，可確定路基的高程和走向，以及排水設施的布置[2]。同時(shí)，要考慮地下水位、地下水流、山洪、泥石流等自然災害的影響，并采取相應的防護措施，便于確定路基排水系統的設計流量和排水設施尺寸。此外，還要兼顧環(huán)境保護和生態(tài)恢復，確保在進(jìn)行道路建設和運行過(guò)程中，不會(huì )對水源和生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞，保障改擴建道路在各種天氣條件下均能夠正常使用。

1.2 保障行車(chē)安全

在農村公路改擴建工程中，應確保路面坡度合理，不過(guò)陡或過(guò)平，以便車(chē)輛行駛時(shí)能夠保持穩定并減少滑動(dòng)風(fēng)險。通過(guò)合理設置橫坡，確保雨水能夠快速排除，避免雨水在路面上積聚，減少行車(chē)風(fēng)險。同時(shí)，應確保路基排水系統的設計不會(huì )影響道路的視線(xiàn)和能見(jiàn)度[3]。溝渠和排水設施的設置應當不妨礙駕駛員的視線(xiàn)，以保證交通安全。此外，將溝渠、排水管道等設施設置在適當的位置，不阻礙行車(chē)流線(xiàn)，確保車(chē)輛能夠安全通過(guò)。設施的設置要遵循相應的規范和標準，以確保安全通過(guò)。

1.3 后期維護便捷

在進(jìn)行排水設施的布置時(shí)，應考慮后期的維護工作。通過(guò)合理安排雨水口、溝渠和排水管道的位置和間距，以方便清理、檢查和維修。同時(shí)，應選擇簡(jiǎn)化的設施結構，便于維護和檢修，避免過(guò)于復雜和繁瑣的排水系統，減少維護工作的難度和成本。在設計排水設施時(shí)，需提供檢修孔，方便后期的檢查和維護工作，用以快速定位和解決問(wèn)題，減少對整個(gè)排水系統的干擾。最后，制定合理的維護計劃，并確定維護的頻率。根據當地的條件和使用情況，制定定期檢查、清理和維護的時(shí)間表，確保排水設施的正常運行。

2 路基排水設計要點(diǎn)分析

2.1 分析水文特征

2.1.1 評估降雨量和徑流量

在進(jìn)行路基排水設計時(shí)，需要對水文特征進(jìn)行分析，對降雨量和徑流量進(jìn)行評估。通過(guò)對水文特征的分析，可以獲得準確的降雨量和徑流量數據，為路基排水系統的設計提供依據，確保排水設施的合理尺寸和容量。同時(shí)，收集并分析歷史降雨數據，可以了解農村地區降雨情況，包括年平均降雨量、不同時(shí)間尺度上的最大降雨量、降雨頻率等。評估降雨量和徑流量后，可確定設計標準降雨時(shí)間，作為排水系統設計的依據。通過(guò)采用菲吉定律公式可有效評估降雨量。菲吉定律公式見(jiàn)式（1）。

式中，R——單位時(shí)間內的降雨量（mm);C——菲吉定律系數（根據地區和降雨類(lèi)型確定）；P——設計頻率對應的降雨強度（mm/h）。

根據施工進(jìn)程與降雨頻率，如20年、50年等，可以確定不同設計頻率下的降雨量和徑流量，確保排水系統在不同設計頻率下的可靠性和安全性。此外，通過(guò)采用李希斯（LTC）公式，可計算不同設計頻率下的降雨強度。見(jiàn)式（2）。

式中，I——降雨強度（mm/h);C——LTC公式的系數；T——設計頻率對應的重現期（年）；B——LTC公式的指數。

LTC公式的系數C和指數B是根據統計數據和經(jīng)驗公式進(jìn)行擬合得到的常數。設計頻率是根據工程需求和安全要求確定的，設計頻率包括10年、20年、50年等。選取相應的重現期T作為輸入參數，將選定的重現期T代入李希斯公式中，結合確定的C和B值，即可計算出相應的降雨強度I，單位為mm/h。徑流量（Runoff）是一種水文學(xué)測量，用于衡量某一時(shí)段內通過(guò)一段河流或出水口的水量。計算公式見(jiàn)式（3）。

式中，v——水流速度（m/s);A——水流橫截面積（m2);Q——水流的速度與時(shí)間的乘積（m3/s）。根據計算出的徑流量，并對其進(jìn)行分析和評估，即可獲取農村公路改擴建中路基排水方面的決策要點(diǎn)。

2.1.2 劃分排水區域

根據農村道路周?chē)牡匦纹鸱?、山脈和河流等特征，將道路周?chē)膮^域劃分為不同的排水區域。排水區域應考慮水流的自然路徑，以便有效引導降雨水流。在劃分排水區域時(shí)，還需要考慮下游的水體或其他設施對道路排水的影響[4]，確保排水系統能夠與下游的排水設施相連接，保持整體的排水協(xié)調性。在劃分排水區域時(shí)，需要考慮降雨強度的不均勻性。對于大面積的道路或多個(gè)降雨站點(diǎn)的情況，可以將降雨強度劃分為不同的區域，以獲得更準確的排水設計。通過(guò)劃分排水區域，可以更好地理解道路周?chē)乃奶卣?，并為排水系統的設計提供準確的基礎。此外，合理劃分排水區域還有助于優(yōu)化排水設施的布置和容量規劃，確保道路排水的有效性和可靠性。

2.2 路面和路基設計

2.2.1 路面坡度和橫坡設計

(1）路面坡度設計。路肩和路面之間的垂直距離表示路面坡度，如圖1所示。

圖1 路面坡度示意圖 下載原圖

圖1為典型的路面剖面示意圖，能夠說(shuō)明路肩和路面在垂直方向上的關(guān)系。路肩是指道路兩側的邊緣部分，用于提供額外的支撐和邊界，路面是指車(chē)輛行駛的路面層。根據圖1，可得出路面坡度的計算方法，見(jiàn)式（4）。

式中，P——路面坡度（%）；H——路肩到路面的高度差（m);M——水平距離（m）。

設計路面坡度有助于排水和提高行車(chē)安全。農村公路的縱向坡度主線(xiàn)道路設計縱坡為2%～5%，最大不超過(guò)8%。彎道和陡坡處的縱坡應適當加大，以減少車(chē)輛制動(dòng)距離，提高行車(chē)平穩性。道路上下坡的連接處應采用過(guò)渡段，使縱坡更平緩，以減少車(chē)輛的顛簸和不適感。

(2）路面橫坡設計。設計路面橫坡有助于排水和提供足夠的側向力以保證車(chē)輛行駛的穩定性[6]。設計路面橫坡需要考慮道路類(lèi)型、交通流量、地形條件和設計標準等因素，橫坡計算可參照路面坡度計算方法。在農村公路改擴建中，主線(xiàn)道路的橫坡為2%～4%。彎道處的橫坡應適當加大，以提供足夠的側向力，保證車(chē)輛在彎道行駛時(shí)的穩定性[7]。橫坡的變化應采用平緩的過(guò)渡段，以減少車(chē)輛的沖擊和顛簸感，避免突然發(fā)生的坡度變化對行駛車(chē)輛產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 路基高度和寬度確定

考慮地表水排泄問(wèn)題，路基應高于周?chē)孛?，以便將地表水有效排泄到路肩或排水系統中。同時(shí)，考慮高度差問(wèn)題，相鄰路段之間的高度差應始終保持在適當位置，普通相鄰路段之間的高度差不超過(guò)0.20 m，山區相鄰路段之間的高度差保持在0.10～0.20 m之間，最高不超過(guò)0.30 m。同時(shí)，應采取過(guò)渡段減少車(chē)輛的顛簸和不適感。在地下水位較高的區域，路基的高度需隨之進(jìn)行調整，使其高于地下水位，防止地下水直接接觸到路基，減少水分侵入的風(fēng)險，避免發(fā)生液體滲入路基導致路面沉降。

2.3 排水系統設計

2.3.1 雨水口設計

(1）位置選擇。根據道路縱橫坡和水流方向確定雨水口的位置[5]。在路段低點(diǎn)或沿線(xiàn)坡度變化處設置雨水口，以便收集并快速排除道路上的雨水。

(2）尺寸及形狀。雨水口的尺寸和形狀應適應道路的設計流量和排水需求。雨水口寬度為30～60 cm，形狀可以為矩形、梯形、圓形等。雨水口的寬度應保證水流暢通，并提供足夠的面積用于水流進(jìn)入。

(3）材料選擇。雨水口應采用耐用、抗腐蝕的材料，如混凝土、鋼筋混凝土或塑料等。在鋪設雨水口期間，要確保雨水口平整、與道路表面相平齊，避免對行車(chē)產(chǎn)生危險或不適感。

2.3.2 溝渠設計

(1）溝渠類(lèi)型。根據地形、水流量和排水需求，選擇溝渠類(lèi)型，包括開(kāi)放式溝渠、封閉式排水管道、V形溝渠。開(kāi)放式溝渠適用于較小流量和相對平坦的地形，封閉式排水管道適用于大流量和陡峭地形，V形溝渠適用于較大流量和陡峭地形，且需要快速水流和減少側壁侵蝕。

(2）斜度設計。溝渠的斜度應根據水流速度和土壤類(lèi)型進(jìn)行設計，以確保水流順暢，防止積水和泥沙淤堵。溝渠斜度設計參數見(jiàn)表1。

表1 溝渠斜度設計參數 下載原圖

(3）尺寸和截面形狀。溝渠的尺寸和截面形狀根據設計流量和土壤條件確定，以確保溝渠能夠容納并有效排水。

(4）凈寬和凈深?？紤]施工和維護的便利性，溝渠的凈寬和凈深應滿(mǎn)足規范的要求，并具有足夠的容積。對于小型道路或低流量區域的溝渠凈寬保持在0.5～1.5 m，凈深保持在0.3～0.6 m；對于中型道路或中等流量區域的溝渠凈寬保持在1.5～3 m，凈深保持在0.6～1 m之間。

2.3.3 排水管道設計

(1）選擇管道材料。根據土壤類(lèi)型、交通荷載和排水要求等因素，可相應選擇混凝土管、聚乙烯管、鋼筋混凝土預應力管等材料。

(2）確定管道尺寸。根據最大流量和施工要求，確定排水管道的直徑或斷面形狀[8]。在確定管道尺寸時(shí)，需要考慮管道自清潔速度、懸沙能力和維護性等因素。管道的自清潔速度是指在正常流量下，管道內部能夠將積聚的污物、雜物和沙粒沖刷走的速度，采用Froude數可判定管道自清潔度，其計算公式見(jiàn)式（5）。

式中，Fr——Froude數；v——水流速度（m/s),g——重力加速度（m/s2);d——水流中沉積物的自由落體速度（m/s）。當Froude數小于1時(shí)，水流是遲緩的，有助于懸浮物和沉積物的搬運，有利于管道自清潔?；谝陨瞎?，可選擇適當的管道尺寸進(jìn)行鋪設。

(3）設計管道坡度。根據管道流量、管道材料和地形條件等，設計管道坡度，確保管道內的流速，防止淤積和堵塞。使用曼寧公式可對管道坡度進(jìn)行設計，見(jiàn)式（6）。

式中，v——管道內的平均流速（m/s);n——曼寧摩阻系數，取決于管道材料和管道內壁的粗糙度；r——管道的液力半徑（m），等于管道橫截面積除以濕周長(cháng)；S——管道的水力坡度（m/m），等于管道高程差除以管道長(cháng)度。通過(guò)調整管道坡度S可以控制管道內的流速v。

(4）設計排水井或檢查井。在排水管道系統中設置排水井或檢查井，方便管道的巡視、維修和清理。同時(shí)，根據排水管道的布置情況，可確定井的位置、形狀及尺寸。

(5）排放點(diǎn)設計。施工期間應確定排水管道的最終排放點(diǎn)，如河流、溪流或排水池等，確保排放點(diǎn)的安全性和環(huán)保性。

2.4 排水設施維護

為確保排水設施的長(cháng)期可持續運行，需要定期進(jìn)行巡視和清理工作，及時(shí)檢修和維修損壞設施，監測水質(zhì)，預防冰凍和結冰現象，并建立維護記錄和報告系統。對于發(fā)現的損壞、破損或漏水問(wèn)題，及時(shí)對排水管道、雨水口、溝渠等設施進(jìn)行維修，以保持其正常運行[9]。同時(shí)，利用排水設施的維護記錄和報告系統，記錄維護的日期、內容和結果，以便追蹤維護情況和及時(shí)發(fā)現問(wèn)題。此外，在寒冷季節，應采取加熱、覆蓋保溫層等預防措施，防止排水設施受到冰凍和結冰的影響，并定期對排放水體進(jìn)行水質(zhì)監測，確保排放的水質(zhì)符合環(huán)境保護要求，防止污染水環(huán)境。

3 結論

路基排水設計在農村公路改擴建中具有重要的作用。通過(guò)合理規劃和設計路基排水系統，可以有效解決降雨引起的排水問(wèn)題，保持道路基礎的穩定性和安全性。根據土壤類(lèi)型和含水量進(jìn)行識別，合理規劃路面橫坡和縱坡，確定適當的路基高度和寬度，選擇合適的路面結構和材料，設計合理的雨水口和溝渠，考慮適當的坡度和橫向排水等要點(diǎn)，可以確保排水系統與道路元素的協(xié)調一致，提高道路的使用壽命和交通安全。

參考文獻

[1] 張波,任育昭.公路路基排水設計計算方法研究[J].北方交通, 2023(7):37-40.

[2] 彭宇.淺談改擴建路基路面設計優(yōu)化研究[J].交通科技與管理, 2023(11):110-112.

[3] 錢(qián)定柱.農村公路路基排水設計與施工技術(shù)要點(diǎn)[J].交通世界, 2022(14):86-88.

[4] 高博.公路路基設計中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決對策[J].交通世界, 2022(8):72-73.

[5] 柴海峰.改擴建公路路基路面設計要點(diǎn)[J].交通世界,2021(32):55-56.

[6] 張燕.填方路基中央分隔帶排水設計要點(diǎn)分析[J].交通世界, 2022(15):155-156.

[7] 劉建萍.瀝青公路路基路面排水設計研究[J].交通世界, 2021(34):37-39.

[8] 楊永輝.山區公路路基路面排水設計研究[J].四川建材, 2021(9):171-172.

[9] 董贏(yíng)聰.公路路基路面排水設計原則及要點(diǎn)分析[J].黑龍江交通科技, 2021(7):75+77