陳柳云

縉云縣交通服務(wù)所

摘 要：在農(nóng)村公路改擴(kuò)建中，路基排水設(shè)計(jì)是確保道路基礎(chǔ)穩(wěn)定和排水暢通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章通過(guò)概述農(nóng)村公路改擴(kuò)建路基排水設(shè)計(jì)原則，分析農(nóng)村公路改擴(kuò)建中路基排水設(shè)計(jì)中地形和水文條件、路面坡度、排水系統(tǒng)、排水設(shè)施維護(hù)等路基排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期確保排水設(shè)施能有效引導(dǎo)和處理降雨水流，防止水分積聚對(duì)路基和路面造成的損害，為農(nóng)村公路改擴(kuò)建中的路基排水設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考，促進(jìn)農(nóng)村交通發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村公路;城鎮(zhèn)建設(shè);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

隨著農(nóng)村公路改擴(kuò)建的進(jìn)行，路基排水設(shè)計(jì)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(xiǎn)，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(jì)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(jì)原則，分析了農(nóng)村公路改擴(kuò)建中路基排水設(shè)計(jì)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(jì)、坡度與橫向排水的考慮，并整體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)了排水系統(tǒng)與其他道路元素之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)農(nóng)村公路合理而有效的路基排水進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)的重要原則。在進(jìn)行路基排水設(shè)計(jì)時(shí)，要全面了解所在地區(qū)的地形特征和水文條件，包括地勢(shì)高低、坡度陡緩、水系分布等。通過(guò)對(duì)地形進(jìn)行調(diào)查分析，充分了解道路所處區(qū)域的地勢(shì)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(shí)，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(jì)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(guò)程中，不會(huì)對(duì)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(guò)陡或過(guò)平，以便車輛行駛時(shí)能夠保持穩(wěn)定并減少滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)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(xiǎn)。同時(shí)，應(yīng)確保路基排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不會(huì)影響道路的視線和能見(jiàn)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)奈恢茫蛔璧K行車流線，確保車輛能夠安全通過(guò)。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(guò)。

1.3 后期維護(hù)便捷

在進(jìn)行排水設(shè)施的布置時(shí)，應(yīng)考慮后期的維護(hù)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(yīng)選擇簡(jiǎn)化的設(shè)施結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)和檢修，避免過(guò)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(jì)排水設(shè)施時(shí)，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(wèn)題，減少對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)的干擾。最后，制定合理的維護(hù)計(jì)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(shí)間表，確保排水設(shè)施的正常運(yùn)行。

2 路基排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 分析水文特征

2.1.1 評(píng)估降雨量和徑流量

在進(jìn)行路基排水設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)水文特征進(jìn)行分析，對(duì)降雨量和徑流量進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)對(duì)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(jì)提供依據(jù)，確保排水設(shè)施的合理尺寸和容量。同時(shí)，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(shí)間尺度上的最大降雨量、降雨頻率等。評(píng)估降雨量和徑流量后，可確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)降雨時(shí)間，作為排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。通過(guò)采用菲吉定律公式可有效評(píng)估降雨量。菲吉定律公式見(jiàn)式（1）。

式中，R——單位時(shí)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(jì)頻率對(duì)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(jì)頻率下的降雨量和徑流量，確保排水系統(tǒng)在不同設(shè)計(jì)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(jì)算不同設(shè)計(jì)頻率下的降雨強(qiáng)度。見(jiàn)式（2）。

式中，I——降雨強(qiáng)度（mm/h);C——LTC公式的系數(shù)；T——設(shè)計(jì)頻率對(duì)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(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行擬合得到的常數(shù)。設(shè)計(jì)頻率是根據(jù)工程需求和安全要求確定的，設(shè)計(jì)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(jì)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(cè)量，用于衡量某一時(shí)段內(nèi)通過(guò)一段河流或出水口的水量。計(jì)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(jù)計(jì)算出的徑流量，并對(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)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(shí)，還需要考慮下游的水體或其他設(shè)施對(duì)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(shí)，需要考慮降雨強(qiáng)度的不均勻性。對(duì)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(qiáng)度劃分為不同的區(qū)域，以獲得更準(zhǔn)確的排水設(shè)計(jì)。通過(guò)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(jì)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(jì)

2.2.1 路面坡度和橫坡設(shè)計(jì)

(1）路面坡度設(shè)計(jì)。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(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(jì)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(shè)計(jì)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(jì)縱坡為2%～5%，最大不超過(guò)8%。彎道和陡坡處的縱坡應(yīng)適當(dāng)加大，以減少車輛制動(dòng)距離，提高行車平穩(wěn)性。道路上下坡的連接處應(yīng)采用過(guò)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(jì)。設(shè)計(jì)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(jì)路面橫坡需要考慮道路類型、交通流量、地形條件和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等因素，橫坡計(jì)算可參照路面坡度計(jì)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(shí)的穩(wěn)定性[7]。橫坡的變化應(yīng)采用平緩的過(guò)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(duì)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(wèn)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(shí)，考慮高度差問(wèn)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(guò)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(guò)0.30 m。同時(shí)，應(yīng)采取過(guò)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(xiǎn)，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(jì)

2.3.1 雨水口設(shè)計(jì)

(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(jì)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(duì)行車產(chǎn)生危險(xiǎn)或不適感。

2.3.2 溝渠設(shè)計(jì)

(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(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(duì)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(jì)。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(jì)，以確保水流順暢，防止積水和泥沙淤堵。溝渠斜度設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 溝渠斜度設(shè)計(jì)參數(shù) 下載原圖

(3）尺寸和截面形狀。溝渠的尺寸和截面形狀根據(jù)設(shè)計(jì)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(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(duì)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(duì)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(jì)

(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(shí)，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(jì)算公式見(jiàn)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(shí)，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。基于以上公式，可選擇適當(dāng)?shù)墓艿莱叽邕M(jìn)行鋪設(shè)。

(3）設(shè)計(jì)管道坡度。根據(jù)管道流量、管道材料和地形條件等，設(shè)計(jì)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(duì)管道坡度進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)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(zhǎng)；S——管道的水力坡度（m/m），等于管道高程差除以管道長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)整管道坡度S可以控制管道內(nèi)的流速v。

(4）設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)。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(zhǎng)期可持續(xù)運(yùn)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(shè)施，監(jiān)測(cè)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(bào)告系統(tǒng)。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的損壞、破損或漏水問(wèn)題，及時(shí)對(duì)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(shí)，利用排水設(shè)施的維護(hù)記錄和報(bào)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(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(duì)排放水體進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，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(jì)在農(nóng)村公路改擴(kuò)建中具有重要的作用。通過(guò)合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)路基排水系統(tǒng)，可以有效解決降雨引起的排水問(wèn)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(shí)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?，選擇合適的路面結(jié)構(gòu)和材料，設(shè)計(jì)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。

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