農(nóng)村公路改擴(kuò)建中路基排水設(shè)計要點(diǎn)分析

陳柳云

（縉云縣交通服務(wù)所,浙江 麗水 321400）

0 引言

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

1 農(nóng)村公路改擴(kuò)建路基排水設(shè)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(nóng)村公路改擴(kuò)建路基排水設(shè)計的重要原則。在進(jìn)行路基排水設(shè)計時，要全面了解所在地區(qū)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(jìn)行調(diào)查分析，充分了解道路所處區(qū)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(shè)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(zāi)害的影響，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，便于確定路基排水系統(tǒng)的設(shè)計流量和排水設(shè)施尺寸。此外，還要兼顧環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)，確保在進(jìn)行道路建設(shè)和運(yùn)行過程中，不會對水源和生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞，保障改擴(kuò)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(nóng)村公路改擴(kuò)建工程中，應(yīng)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(wěn)定并減少滑動風(fēng)險。通過合理設(shè)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(fēng)險。同時，應(yīng)確保路基排水系統(tǒng)的設(shè)計不會影響道路的視線和能見度[3]。溝渠和排水設(shè)施的設(shè)置應(yīng)當(dāng)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(shè)施設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢?，不阻礙行車流線，確保車輛能夠安全通過。設(shè)施的設(shè)置要遵循相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以確保安全通過。

1.3 后期維護(hù)便捷

在進(jìn)行排水設(shè)施的布置時，應(yīng)考慮后期的維護(hù)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(yīng)選擇簡化的設(shè)施結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)和檢修，避免過于復(fù)雜和繁瑣的排水系統(tǒng)，減少維護(hù)工作的難度和成本。在設(shè)計排水設(shè)施時，需提供檢修孔，方便后期的檢查和維護(hù)工作，用以快速定位和解決問題，減少對整個排水系統(tǒng)的干擾。最后，制定合理的維護(hù)計劃，并確定維護(hù)的頻率。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件和使用情況，制定定期檢查、清理和維護(hù)的時間表，確保排水設(shè)施的正常運(yùn)行。

2 路基排水設(shè)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(shè)計時，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。通過對水文特征的分析，可以獲得準(zhǔn)確的降雨量和徑流量數(shù)據(jù)，為路基排水系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)，確保排水設(shè)施的合理尺寸和容量。同時，收集并分析歷史降雨數(shù)據(jù)，可以了解農(nóng)村地區(qū)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)降雨時間，作為排水系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。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(nèi)的降雨量（mm）；C——菲吉定律系數(shù)（根據(jù)地區(qū)和降雨類型確定）；P——設(shè)計頻率對應(yīng)的降雨強(qiáng)度（mm/h）。

根據(jù)施工進(jìn)程與降雨頻率，如20 年、50 年等，可以確定不同設(shè)計頻率下的降雨量和徑流量，確保排水系統(tǒng)在不同設(shè)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(shè)計頻率下的降雨強(qiáng)度。見式（2）。

式中，I——降雨強(qiáng)度（mm/h）；C——LTC 公式的系數(shù)；T——設(shè)計頻率對應(yīng)的重現(xiàn)期（年）；B——LTC公式的指數(shù)。

LTC 公式的系數(shù)C和指數(shù)B是根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式進(jìn)行擬合得到的常數(shù)。設(shè)計頻率是根據(jù)工程需求和安全要求確定的，設(shè)計頻率包括10 年、20 年、50 年等。選取相應(yīng)的重現(xiàn)期T作為輸入?yún)?shù)，將選定的重現(xiàn)期T代入李希斯公式中，結(jié)合確定的C和B值，即可計算出相應(yīng)的降雨強(qiáng)度I，單位為mm/h。徑流量（Runoff）是一種水文學(xué)測量，用于衡量某一時段內(nèi)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(jù)計算出的徑流量，并對其進(jìn)行分析和評估，即可獲取農(nóng)村公路改擴(kuò)建中路基排水方面的決策要點(diǎn)。

2.1.2 劃分排水區(qū)域

根據(jù)農(nóng)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(qū)域劃分為不同的排水區(qū)域。排水區(qū)域應(yīng)考慮水流的自然路徑，以便有效引導(dǎo)降雨水流。在劃分排水區(qū)域時，還需要考慮下游的水體或其他設(shè)施對道路排水的影響[4]，確保排水系統(tǒng)能夠與下游的排水設(shè)施相連接，保持整體的排水協(xié)調(diào)性。在劃分排水區(qū)域時，需要考慮降雨強(qiáng)度的不均勻性。對于大面積的道路或多個降雨站點(diǎn)的情況，可以將降雨強(qiáng)度劃分為不同的區(qū)域，以獲得更準(zhǔn)確的排水設(shè)計。通過劃分排水區(qū)域，可以更好地理解道路周圍的水文特征，并為排水系統(tǒng)的設(shè)計提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。此外，合理劃分排水區(qū)域還有助于優(yōu)化排水設(shè)施的布置和容量規(guī)劃，確保道路排水的有效性和可靠性。

2.2 路面和路基設(shè)計

2.2.1 路面坡度和橫坡設(shè)計

（1）路面坡度設(shè)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

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(guān)系。路肩是指道路兩側(cè)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(jù)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(shè)計路面坡度有助于排水和提高行車安全。農(nóng)村公路的縱向坡度主線道路設(shè)計縱坡為2%~5%，最大不超過8%。彎道和陡坡處的縱坡應(yīng)適當(dāng)加大，以減少車輛制動距離，提高行車平穩(wěn)性。道路上下坡的連接處應(yīng)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(shè)計。設(shè)計路面橫坡有助于排水和提供足夠的側(cè)向力以保證車輛行駛的穩(wěn)定性[6]。設(shè)計路面橫坡需要考慮道路類型、交通流量、地形條件和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等因素，橫坡計算可參照路面坡度計算方法。在農(nóng)村公路改擴(kuò)建中，主線道路的橫坡為2%~4%。彎道處的橫坡應(yīng)適當(dāng)加大，以提供足夠的側(cè)向力，保證車輛在彎道行駛時的穩(wěn)定性[7]。橫坡的變化應(yīng)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(fā)生的坡度變化對行駛車輛產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 路基高度和寬度確定

考慮地表水排泄問題，路基應(yīng)高于周圍地面，以便將地表水有效排泄到路肩或排水系統(tǒng)中。同時，考慮高度差問題，相鄰路段之間的高度差應(yīng)始終保持在適當(dāng)位置，普通相鄰路段之間的高度差不超過0.20 m，山區(qū)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(yīng)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(qū)域，路基的高度需隨之進(jìn)行調(diào)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(dǎo)致路面沉降。

2.3 排水系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 雨水口設(shè)計

（1）位置選擇。根據(jù)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)或沿線坡度變化處設(shè)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(yīng)適應(yīng)道路的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(chǎn)生危險或不適感。

2.3.2 溝渠設(shè)計

（1）溝渠類型。根據(jù)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(cè)壁侵蝕。

（2）斜度設(shè)計。溝渠的斜度應(yīng)根據(jù)水流速度和土壤類型進(jìn)行設(shè)計，以確保水流順暢，防止積水和泥沙淤堵。溝渠斜度設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 溝渠斜度設(shè)計參數(shù)

（3）尺寸和截面形狀。溝渠的尺寸和截面形狀根據(jù)設(shè)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(hù)的便利性，溝渠的凈寬和凈深應(yīng)滿足規(guī)范的要求，并具有足夠的容積。對于小型道路或低流量區(qū)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(qū)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(shè)計

（1）選擇管道材料。根據(jù)土壤類型、交通荷載和排水要求等因素，可相應(yīng)選擇混凝土管、聚乙烯管、鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管等材料。

（2）確定管道尺寸。根據(jù)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(hù)性等因素。管道的自清潔速度是指在正常流量下，管道內(nèi)部能夠?qū)⒎e聚的污物、雜物和沙粒沖刷走的速度，采用Froude 數(shù)可判定管道自清潔度，其計算公式見式（5）。

式中，F(xiàn)r——Froude 數(shù)；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(dāng)Froude 數(shù)小于1 時，水流是遲緩的，有助于懸浮物和沉積物的搬運(yùn)，有利于管道自清潔?；谝陨瞎?，可選擇適當(dāng)?shù)墓艿莱叽邕M(jìn)行鋪設(shè)。

（3）設(shè)計管道坡度。根據(jù)管道流量、管道材料和地形條件等，設(shè)計管道坡度，確保管道內(nèi)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(shè)計，見式（6）。

式中，v——管道內(nèi)的平均流速（m/s）；n——曼寧摩阻系數(shù)，取決于管道材料和管道內(nèi)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(diào)整管道坡度S可以控制管道內(nèi)的流速v。

（4）設(shè)計排水井或檢查井。在排水管道系統(tǒng)中設(shè)置排水井或檢查井，方便管道的巡視、維修和清理。同時，根據(jù)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(shè)計。施工期間應(yīng)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(shè)施維護(hù)

為確保排水設(shè)施的長期可持續(xù)運(yùn)行，需要定期進(jìn)行巡視和清理工作，及時檢修和維修損壞設(shè)施，監(jiān)測水質(zhì)，預(yù)防冰凍和結(jié)冰現(xiàn)象，并建立維護(hù)記錄和報告系統(tǒng)。對于發(fā)現(xiàn)的損壞、破損或漏水問題，及時對排水管道、雨水口、溝渠等設(shè)施進(jìn)行維修，以保持其正常運(yùn)行[9]。同時，利用排水設(shè)施的維護(hù)記錄和報告系統(tǒng)，記錄維護(hù)的日期、內(nèi)容和結(jié)果，以便追蹤維護(hù)情況和及時發(fā)現(xiàn)問題。此外，在寒冷季節(jié)，應(yīng)采取加熱、覆蓋保溫層等預(yù)防措施，防止排水設(shè)施受到冰凍和結(jié)冰的影響，并定期對排放水體進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，確保排放的水質(zhì)符合環(huán)境保護(hù)要求，防止污染水環(huán)境。

3 結(jié)論

路基排水設(shè)計在農(nóng)村公路改擴(kuò)建中具有重要的作用。通過合理規(guī)劃和設(shè)計路基排水系統(tǒng)，可以有效解決降雨引起的排水問題，保持道路基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)土壤類型和含水量進(jìn)行識別，合理規(guī)劃路面橫坡和縱坡，確定適當(dāng)?shù)穆坊叨群蛯挾龋x擇合適的路面結(jié)構(gòu)和材料，設(shè)計合理的雨水口和溝渠，考慮適當(dāng)?shù)钠露群蜋M向排水等要點(diǎn)，可以確保排水系統(tǒng)與道路元素的協(xié)調(diào)一致，提高道路的使用壽命和交通安全。