陈柳云

（缙云县交通服务所,浙江 丽水 321400）

0 引言

随着农村公路改扩建的进行，路基排水设计成为确保道路安全和可持续发展的重要环节。良好的排水系统能有效引导和处理雨水，保持道路基础的稳定性，减少洪涝灾害风险，提升道路的使用寿命和交通效能。在农村地区，由于地形复杂、土壤类型多样以及降水量较大等特点，路基排水设计显得尤为重要[1]。该文基于农村公路改扩建路基排水设计原则，分析了农村公路改扩建中路基排水设计的要点，涵盖了路面横坡与纵坡的规划、路基高度与宽度的确定、雨水口与沟渠的设计、坡度与横向排水的考虑，并整体协调设计了排水系统与其他道路元素之间的关系。通过对农村公路合理而有效的路基排水进行设计，以期促使农村公路耐久可靠，为农村交通发展和人民出行提供保障。

1 农村公路改扩建路基排水设计原则

1.1 考虑地形和水文条件

考虑地形和水文条件是农村公路改扩建路基排水设计的重要原则。在进行路基排水设计时，要全面了解所在地区的地形特征和水文条件，包括地势高低、坡度陡缓、水系分布等。通过对地形进行调查分析，充分了解道路所处区域的地势起伏、坡度、沟谷等情况，可确定路基的高程和走向，以及排水设施的布置[2]。同时，要考虑地下水位、地下水流、山洪、泥石流等自然灾害的影响，并采取相应的防护措施，便于确定路基排水系统的设计流量和排水设施尺寸。此外，还要兼顾环境保护和生态恢复，确保在进行道路建设和运行过程中，不会对水源和生态环境造成污染和破坏，保障改扩建道路在各种天气条件下均能够正常使用。

1.2 保障行车安全

在农村公路改扩建工程中，应确保路面坡度合理，不过陡或过平，以便车辆行驶时能够保持稳定并减少滑动风险。通过合理设置横坡，确保雨水能够快速排除，避免雨水在路面上积聚，减少行车风险。同时，应确保路基排水系统的设计不会影响道路的视线和能见度[3]。沟渠和排水设施的设置应当不妨碍驾驶员的视线，以保证交通安全。此外，将沟渠、排水管道等设施设置在适当的位置，不阻碍行车流线，确保车辆能够安全通过。设施的设置要遵循相应的规范和标准，以确保安全通过。

1.3 后期维护便捷

在进行排水设施的布置时，应考虑后期的维护工作。通过合理安排雨水口、沟渠和排水管道的位置和间距，以方便清理、检查和维修。同时，应选择简化的设施结构，便于维护和检修，避免过于复杂和繁琐的排水系统，减少维护工作的难度和成本。在设计排水设施时，需提供检修孔，方便后期的检查和维护工作，用以快速定位和解决问题，减少对整个排水系统的干扰。最后，制定合理的维护计划，并确定维护的频率。根据当地的条件和使用情况，制定定期检查、清理和维护的时间表，确保排水设施的正常运行。

2 路基排水设计要点分析

2.1 分析水文特征

2.1.1 评估降雨量和径流量

在进行路基排水设计时，需要对水文特征进行分析，对降雨量和径流量进行评估。通过对水文特征的分析，可以获得准确的降雨量和径流量数据，为路基排水系统的设计提供依据，确保排水设施的合理尺寸和容量。同时，收集并分析历史降雨数据，可以了解农村地区降雨情况，包括年平均降雨量、不同时间尺度上的最大降雨量、降雨频率等。评估降雨量和径流量后，可确定设计标准降雨时间，作为排水系统设计的依据。通过采用菲吉定律公式可有效评估降雨量。菲吉定律公式见式（1）。

式中，R——单位时间内的降雨量（mm）；C——菲吉定律系数（根据地区和降雨类型确定）；P——设计频率对应的降雨强度（mm/h）。

根据施工进程与降雨频率，如20 年、50 年等，可以确定不同设计频率下的降雨量和径流量，确保排水系统在不同设计频率下的可靠性和安全性。此外，通过采用李希斯（LTC）公式，可计算不同设计频率下的降雨强度。见式（2）。

式中，I——降雨强度（mm/h）；C——LTC 公式的系数；T——设计频率对应的重现期（年）；B——LTC公式的指数。

LTC 公式的系数C和指数B是根据统计数据和经验公式进行拟合得到的常数。设计频率是根据工程需求和安全要求确定的，设计频率包括10 年、20 年、50 年等。选取相应的重现期T作为输入参数，将选定的重现期T代入李希斯公式中，结合确定的C和B值，即可计算出相应的降雨强度I，单位为mm/h。径流量（Runoff）是一种水文学测量，用于衡量某一时段内通过一段河流或出水口的水量。计算公式见式（3）。

式中，v——水流速度（m/s）；A——水流横截面积（m2）；Q——水流的速度与时间的乘积（m3/s）。根据计算出的径流量，并对其进行分析和评估，即可获取农村公路改扩建中路基排水方面的决策要点。

2.1.2 划分排水区域

根据农村道路周围的地形起伏、山脉和河流等特征，将道路周围的区域划分为不同的排水区域。排水区域应考虑水流的自然路径，以便有效引导降雨水流。在划分排水区域时，还需要考虑下游的水体或其他设施对道路排水的影响[4]，确保排水系统能够与下游的排水设施相连接，保持整体的排水协调性。在划分排水区域时，需要考虑降雨强度的不均匀性。对于大面积的道路或多个降雨站点的情况，可以将降雨强度划分为不同的区域，以获得更准确的排水设计。通过划分排水区域，可以更好地理解道路周围的水文特征，并为排水系统的设计提供准确的基础。此外，合理划分排水区域还有助于优化排水设施的布置和容量规划，确保道路排水的有效性和可靠性。

2.2 路面和路基设计

2.2.1 路面坡度和横坡设计

（1）路面坡度设计。路肩和路面之间的垂直距离表示路面坡度，如图1 所示。

图1 路面坡度示意图

图1为典型的路面剖面示意图，能够说明路肩和路面在垂直方向上的关系。路肩是指道路两侧的边缘部分，用于提供额外的支撑和边界，路面是指车辆行驶的路面层。根据图1，可得出路面坡度的计算方法，见式（4）。

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

设计路面坡度有助于排水和提高行车安全。农村公路的纵向坡度主线道路设计纵坡为2%~5%，最大不超过8%。弯道和陡坡处的纵坡应适当加大，以减少车辆制动距离，提高行车平稳性。道路上下坡的连接处应采用过渡段，使纵坡更平缓，以减少车辆的颠簸和不适感。

（2）路面横坡设计。设计路面横坡有助于排水和提供足够的侧向力以保证车辆行驶的稳定性[6]。设计路面横坡需要考虑道路类型、交通流量、地形条件和设计标准等因素，横坡计算可参照路面坡度计算方法。在农村公路改扩建中，主线道路的横坡为2%~4%。弯道处的横坡应适当加大，以提供足够的侧向力，保证车辆在弯道行驶时的稳定性[7]。横坡的变化应采用平缓的过渡段，以减少车辆的冲击和颠簸感，避免突然发生的坡度变化对行驶车辆产生不利影响。

2.2.2 路基高度和宽度确定

考虑地表水排泄问题，路基应高于周围地面，以便将地表水有效排泄到路肩或排水系统中。同时，考虑高度差问题，相邻路段之间的高度差应始终保持在适当位置，普通相邻路段之间的高度差不超过0.20 m，山区相邻路段之间的高度差保持在0.10~0.20 m 之间，最高不超过0.30 m。同时，应采取过渡段减少车辆的颠簸和不适感。在地下水位较高的区域，路基的高度需随之进行调整，使其高于地下水位，防止地下水直接接触到路基，减少水分侵入的风险，避免发生液体渗入路基导致路面沉降。

2.3 排水系统设计

2.3.1 雨水口设计

（1）位置选择。根据道路纵横坡和水流方向确定雨水口的位置[5]。在路段低点或沿线坡度变化处设置雨水口，以便收集并快速排除道路上的雨水。

（2）尺寸及形状。雨水口的尺寸和形状应适应道路的设计流量和排水需求。雨水口宽度为30~60 cm，形状可以为矩形、梯形、圆形等。雨水口的宽度应保证水流畅通，并提供足够的面积用于水流进入。

（3）材料选择。雨水口应采用耐用、抗腐蚀的材料，如混凝土、钢筋混凝土或塑料等。在铺设雨水口期间，要确保雨水口平整、与道路表面相平齐，避免对行车产生危险或不适感。

2.3.2 沟渠设计

（1）沟渠类型。根据地形、水流量和排水需求，选择沟渠类型，包括开放式沟渠、封闭式排水管道、V 形沟渠。开放式沟渠适用于较小流量和相对平坦的地形，封闭式排水管道适用于大流量和陡峭地形，V 形沟渠适用于较大流量和陡峭地形，且需要快速水流和减少侧壁侵蚀。

（2）斜度设计。沟渠的斜度应根据水流速度和土壤类型进行设计，以确保水流顺畅，防止积水和泥沙淤堵。沟渠斜度设计参数见表1。

表1 沟渠斜度设计参数

（3）尺寸和截面形状。沟渠的尺寸和截面形状根据设计流量和土壤条件确定，以确保沟渠能够容纳并有效排水。

（4）净宽和净深。考虑施工和维护的便利性，沟渠的净宽和净深应满足规范的要求，并具有足够的容积。对于小型道路或低流量区域的沟渠净宽保持在0.5~1.5 m，净深保持在0.3~0.6 m；对于中型道路或中等流量区域的沟渠净宽保持在1.5~3 m，净深保持在0.6~1 m 之间。

2.3.3 排水管道设计

（1）选择管道材料。根据土壤类型、交通荷载和排水要求等因素，可相应选择混凝土管、聚乙烯管、钢筋混凝土预应力管等材料。

（2）确定管道尺寸。根据最大流量和施工要求，确定排水管道的直径或断面形状[8]。在确定管道尺寸时，需要考虑管道自清洁速度、悬沙能力和维护性等因素。管道的自清洁速度是指在正常流量下，管道内部能够将积聚的污物、杂物和沙粒冲刷走的速度，采用Froude 数可判定管道自清洁度，其计算公式见式（5）。

式中，Fr——Froude 数；v——水流速度（m/s），g——重力加速度（m/s²）；d——水流中沉积物的自由落体速度（m/s）。当Froude 数小于1 时，水流是迟缓的，有助于悬浮物和沉积物的搬运，有利于管道自清洁。基于以上公式，可选择适当的管道尺寸进行铺设。

（3）设计管道坡度。根据管道流量、管道材料和地形条件等，设计管道坡度，确保管道内的流速，防止淤积和堵塞。使用曼宁公式可对管道坡度进行设计，见式（6）。

式中，v——管道内的平均流速（m/s）；n——曼宁摩阻系数，取决于管道材料和管道内壁的粗糙度；r——管道的液力半径（m），等于管道横截面积除以湿周长；S——管道的水力坡度（m/m），等于管道高程差除以管道长度。通过调整管道坡度S可以控制管道内的流速v。

（4）设计排水井或检查井。在排水管道系统中设置排水井或检查井，方便管道的巡视、维修和清理。同时，根据排水管道的布置情况，可确定井的位置、形状及尺寸。

（5）排放点设计。施工期间应确定排水管道的最终排放点，如河流、溪流或排水池等，确保排放点的安全性和环保性。

2.4 排水设施维护

为确保排水设施的长期可持续运行，需要定期进行巡视和清理工作，及时检修和维修损坏设施，监测水质，预防冰冻和结冰现象，并建立维护记录和报告系统。对于发现的损坏、破损或漏水问题，及时对排水管道、雨水口、沟渠等设施进行维修，以保持其正常运行[9]。同时，利用排水设施的维护记录和报告系统，记录维护的日期、内容和结果，以便追踪维护情况和及时发现问题。此外，在寒冷季节，应采取加热、覆盖保温层等预防措施，防止排水设施受到冰冻和结冰的影响，并定期对排放水体进行水质监测，确保排放的水质符合环境保护要求，防止污染水环境。

3 结论

路基排水设计在农村公路改扩建中具有重要的作用。通过合理规划和设计路基排水系统，可以有效解决降雨引起的排水问题，保持道路基础的稳定性和安全性。根据土壤类型和含水量进行识别，合理规划路面横坡和纵坡，确定适当的路基高度和宽度，选择合适的路面结构和材料，设计合理的雨水口和沟渠，考虑适当的坡度和横向排水等要点，可以确保排水系统与道路元素的协调一致，提高道路的使用寿命和交通安全。