陳柳云

縉云縣交通服務所

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鍵環節。文章通過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，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值的參考，促進農村交通發展。

關鍵詞：農村公路;城鎮建設;路基排水;

作者簡介：陳柳云（1983—）,女,本科,工程師,研究方向：公路工程。;

0 引言

隨著農村公路改擴建的進行，路基排水設計成為確保道路安全和可持續發展的重要環節。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、土壤類型多樣以及降水量較大等特點，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，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，并整體協調設計了排水系統與其他道路元素之間的關系。通過對農村公路合理而有效的路基排水進行設計，以期促使農村公路耐久可靠，為農村交通發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。在進行路基排水設計時，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。通過對地形進行調查分析，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，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，還要兼顧環境保護和生態恢復，確保在進行道路建設和運行過程中，不會對水源和生態環境造成污染和破壞，保障改擴建道路在各種天氣條件下均能夠正常使用。

1.2 保障行車安全

在農村公路改擴建工程中，應確保路面坡度合理，不過陡或過平，以便車輛行駛時能夠保持穩定并減少滑動風險。通過合理設置橫坡，確保雨水能夠快速排除，避免雨水在路面上積聚，減少行車風險。同時，應確保路基排水系統的設計不會影響道路的視線和能見度[3]。溝渠和排水設施的設置應當不妨礙駕駛員的視線，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，不阻礙行車流線，確保車輛能夠安全通過。設施的設置要遵循相應的規范和標準，以確保安全通過。

1.3 后期維護便捷

在進行排水設施的布置時，應考慮后期的維護工作。通過合理安排雨水口、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，應選擇簡化的設施結構，便于維護和檢修，避免過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，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題，減少對整個排水系統的干擾。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、清理和維護的時間表，確保排水設施的正常運行。

2 路基排水設計要點分析

2.1 分析水文特征

2.1.1 評估降雨量和徑流量

在進行路基排水設計時，需要對水文特征進行分析，對降雨量和徑流量進行評估。通過對水文特征的分析，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，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間，作為排水系統設計的依據。通過采用菲吉定律公式可有效評估降雨量。菲吉定律公式見式（1）。

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

根據施工進程與降雨頻率，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，通過采用李希斯（LTC）公式，可計算不同設計頻率下的降雨強度。見式（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驗公式進行擬合得到的常數。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）是一種水文學測量，用于衡量某一時段內通過一段河流或出水口的水量。計算公式見式（3）。

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

2.1.2 劃分排水區域

根據農村道路周圍的地形起伏、山脈和河流等特征，將道路周圍的區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，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，保持整體的排水協調性。在劃分排水區域時，需要考慮降雨強度的不均勻性。對于大面積的道路或多個降雨站點的情況，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。通過劃分排水區域，可以更好地理解道路周圍的水文特征，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，能夠說明路肩和路面在垂直方向上的關系。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，路面是指車輛行駛的路面層。根據圖1，可得出路面坡度的計算方法，見式（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安全。農村公路的縱向坡度主線道路設計縱坡為2%～5%，最大不超過8%。彎道和陡坡處的縱坡應適當加大，以減少車輛制動距離，提高行車平穩性。道路上下坡的連接處應采用過渡段，使縱坡更平緩，以減少車輛的顛簸和不適感。

(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輛行駛的穩定性[6]。設計路面橫坡需要考慮道路類型、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，保證車輛在彎道行駛時的穩定性[7]。橫坡的變化應采用平緩的過渡段，以減少車輛的沖擊和顛簸感，避免突然發生的坡度變化對行駛車輛產生不利影響。

2.2.2 路基高度和寬度確定

考慮地表水排泄問題，路基應高于周圍地面，以便將地表水有效排泄到路肩或排水系統中。同時，考慮高度差問題，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0.30 m。同時，應采取過渡段減少車輛的顛簸和不適感。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，減少水分侵入的風險，避免發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]。在路段低點或沿線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，避免對行車產生危險或不適感。

2.3.2 溝渠設計

(1）溝渠類型。根據地形、水流量和排水需求，選擇溝渠類型，包括開放式溝渠、封閉式排水管道、V形溝渠。開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型進行設計，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。考慮施工和維護的便利性，溝渠的凈寬和凈深應滿足規范的要求，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，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，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行設計，見式（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；S——管道的水力坡度（m/m），等于管道高程差除以管道長度。通過調整管道坡度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，根據排水管道的布置情況，可確定井的位置、形狀及尺寸。

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

2.4 排水設施維護

為確保排水設施的長期可持續運行，需要定期進行巡視和清理工作，及時檢修和維修損壞設施，監測水質，預防冰凍和結冰現象，并建立維護記錄和報告系統。對于發現的損壞、破損或漏水問題，及時對排水管道、雨水口、溝渠等設施進行維修，以保持其正常運行[9]。同時，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發現問題。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行水質監測，確保排放的水質符合環境保護要求，防止污染水環境。

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題，保持道路基礎的穩定性和安全性。根據土壤類型和含水量進行識別，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，可以確保排水系統與道路元素的協調一致，提高道路的使用壽命和交通安全。

參考文獻

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