關(guān)于公路排水系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

何維維

（杭州市城建設(shè)計研究院有限公司珠海分公司,廣東 珠海 519000）

0 引言

公路作為現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為人們的出行提供了便利。降雨時，公路的排水問題可能對交通安全和道路結(jié)構(gòu)可持續(xù)性造成嚴重影響，因此設(shè)計合適的公路排水系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 公路排水系統(tǒng)的設(shè)計要點

1.1 路基排水系統(tǒng)設(shè)計

1.1.1 排水溝的設(shè)計

排水溝用于收集和引導(dǎo)路堤上的雨水流動。

（1）流量計算和尺寸確定。根據(jù)設(shè)計流量、降雨頻率和排水溝的形狀，可以使用經(jīng)驗公式、理論模型或數(shù)值模擬等方法，計算所需的排水溝斷面積和尺寸。流量計算通常基于理論或經(jīng)驗公式，如曼寧公式或帕森斯公式，考慮了排水溝的橫截面形狀、坡度和粗糙度等因素，以估算流量和流速。根據(jù)計算得到的設(shè)計流量，結(jié)合排水溝的形狀和橫截面類型，確定適當?shù)某叽纾ㄅ潘疁系牡讓挕?cè)坡坡度、水深和水面寬度等。對于較大的排水溝，還需考慮應(yīng)力和穩(wěn)定性等方面[1]。

（2）材料選擇和抗腐蝕措施。常見的排水溝材料包括漿砌片石、混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)制混凝土塊和聚合物材料等，選擇適當?shù)牟牧先Q于多種因素，如水流速度、水質(zhì)特性和環(huán)境要求等。此外，還需要采取抗腐蝕措施，以延長排水溝的使用壽命，包括涂層、防腐處理、防滲透層和防腐涂料等。

（3）坡度和坡面處理。在排水溝的設(shè)計中，根據(jù)流量和排水要求，確定合適的坡度，較大的流量通常需要較大的坡度來確保水流順暢，坡度的選擇還要考慮土壤條件和排水溝的長度，以保持坡度的穩(wěn)定性。此外，坡面處理也是排水溝設(shè)計中的重要考慮因素。坡面處理旨在減少侵蝕和保持溝槽的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的處理方式，可以采用鋪石、草坪、植被覆蓋和防護措施等不同的方法。

1.1.2 截水溝的設(shè)計

截水溝是用于截取并引導(dǎo)道路外部坡體表面的雨水流向排水設(shè)施（截水溝設(shè)計圖見圖1）。

圖1 截水溝設(shè)計圖

（1）截水溝位置和長度確定。截水溝的位置應(yīng)根據(jù)道路縱橫斷面和地形條件來確定，以確保截流道路外部坡體表面的雨水并將其引導(dǎo)至排水設(shè)施。通過地形測量和地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)分析，可以確定適當?shù)慕厮疁衔恢茫紤]道路外部邊坡的等高線分布情況、邊坡高度、邊坡形式等因素，確保截水溝布置合理，并最大限度地截取坡體外部表面的雨水。截水溝的長度取決于坡體的外部等高線的分布以及坡體防護設(shè)置的長度需求，在坡體外圍，截水溝通常與邊坡防護的外邊線平行，并沿著道路方向延伸，以截取沿坡體外部流向坡體防護結(jié)構(gòu)的雨水[2]。

（2）斷面形狀和尺寸確定。合適的斷面形狀和尺寸可以確保截水溝具有足夠的容積和流量處理能力，常見的截水溝斷面形狀包括V形、U形和平底形狀。選擇合適的形狀取決于流量需求、土壤條件和維護要求等因素，一般而言，V形和U形截水溝具有較大的流量處理能力，平底截水溝則更易于維護。根據(jù)設(shè)計流量和截水溝的形狀，確定合適的斷面尺寸，包括截水溝的底寬、側(cè)坡坡度、水深和水面寬度等[3]。

（3）材料選擇和抗腐蝕措施。由于截水溝常接觸到水流和環(huán)境因素，應(yīng)選用耐久性強、抗腐蝕和抗侵蝕的材料，常見的截水溝材料包括漿砌片石、混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)制混凝土塊和聚合物材料等。此外，抗腐蝕措施也是截水溝設(shè)計要考慮的方面，使用涂層、防腐處理、防滲透層和防腐涂料等措施，可以提高截水溝的抗腐蝕性能，并延長其使用壽命。

1.1.3 邊溝的設(shè)計

邊溝用于匯集公路路塹坡體和導(dǎo)流截水溝流水。邊溝設(shè)計圖見圖2。

圖2 邊溝設(shè)計圖

（1）合理選擇形狀。邊溝可采用多種形狀，如三角形、梯形、矩形等，根據(jù)實際情況選擇合適的形狀，應(yīng)考慮水流的流速和排水能力。三角形邊溝適用于較小的流量和較小的截面面積，可以提供較高的流速和排水能力。梯形邊溝在流量較大的情況下具有較好的穩(wěn)定性和排水性能。矩形邊溝通常適用于較大的流量和較大的截面面積，提供較大的排水能力。應(yīng)根據(jù)具體的公路等級、地區(qū)降雨情況和排水量大小來選擇合適的邊溝形狀，流量計算和水流模擬可用于評估不同形狀下的排水性能和穩(wěn)定性。

（2）合理確定尺寸。邊溝的尺寸設(shè)計取決于具體的排水需求和流量計算，根據(jù)設(shè)計流量、水流速度和截面形狀等因素，確定合適的邊溝尺寸。在確定邊溝的底寬、側(cè)坡坡度、高度和截面面積時，要考慮排水能力和穩(wěn)定性，邊溝的底寬和高度應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量和水流速度來確定，以確保足夠的流通面積和排水能力；側(cè)坡坡度的選擇應(yīng)考慮土壤類型、穩(wěn)定性和維護要求等因素。同時，邊溝的長度應(yīng)根據(jù)實際情況確定，在長直路段，邊溝通常與道路平行延伸，以收集和引導(dǎo)道路兩側(cè)的雨水。在曲線和交叉口等特殊地段，邊溝的長度可能需要更長，以確保充分的排水效果。

1.1.4 急流槽的設(shè)計

為了將路面匯水或坡面匯水快速、順暢地排離路界范圍，在坡面設(shè)置坡面急流槽；對于地面平均坡度較陡時，設(shè)置急流槽將截水溝或邊溝與路堤排水溝相銜接；為了便于邊坡、橋梁、涵洞或通道等構(gòu)造物的檢查維修，應(yīng)設(shè)置檢查踏步，為了使檢查踏步與急流槽可兼用，常將兩者合并為踏步式急流槽。急流槽的設(shè)計需要考慮不同類型的急流槽，如路堤急流槽、邊溝排水急流槽等，根據(jù)具體情況選擇適合的急流槽類型，以滿足路基表面的排水需求。其中，路堤坡面急流槽是為了減小路面水對路堤邊坡的沖刷，采用隔一定間距設(shè)置雨水口收集路面水并采用橫向排水管連接路堤坡面急流槽，將路面匯水排離。路堤坡面急流槽設(shè)置在橫向排水管和路堤排水溝之間。邊溝排水急流槽則位于邊溝中，用于邊溝中匯水排離路界范圍，采用急流槽將邊溝與路堤排水溝相連接。根據(jù)不同的位置和功能，選擇適當?shù)募绷鞑垲愋汀?/p>

此外，急流槽的尺寸和形狀的確定取決于設(shè)計流量、水流速度和路基表面的特點，根據(jù)具體的排水需求，選擇適當?shù)某叽绾托螤钜源_保急流槽的排水能力。尺寸的確定通常涉及急流槽的底寬、側(cè)坡坡度、高度和截面面積等，這些尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量和水流速度來確定，以保證足夠的流通面積和排水能力。側(cè)坡坡度的選擇應(yīng)考慮土壤類型、穩(wěn)定性和維護要求等因素。急流槽的形狀選擇取決于具體的排水需求和路基表面情況，根據(jù)水流特性和排水性能的要求，選擇適合的形狀。

1.2 路面排水系統(tǒng)設(shè)計

1.2.1 分散漫流式排水設(shè)計

分散漫流式路表排水利用路面結(jié)構(gòu)和形狀，使路面的積水能夠分散開，并迅速流出公路。

（1）路面橫坡和縱坡設(shè)計。路面橫坡的設(shè)計應(yīng)使得積水沿著路面橫向分散，避免水流在路面上形成匯集和積聚，一般情況下，道路的橫向坡度應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量和設(shè)計速度來確定。橫向坡度的選擇應(yīng)確保水流沿著路面表面坡度順利流動，而不會造成侵蝕和沖刷；縱向坡度的選擇應(yīng)確保水流在路面上能夠迅速流動，而不會形成積水區(qū)域，通過合理的縱向坡度設(shè)計，可以實現(xiàn)水流的快速排泄和分散。

（2）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適當?shù)呐潘芰Γ軌蜓杆賹⒎e水引導(dǎo)到路面邊緣或排水設(shè)施，常見的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計措施包括適當?shù)穆访鏅M向坡度和縱向坡度、透水性路面材料的選擇和使用、透水性基層材料的使用等，旨在提高路面的排水性能。透水性路面材料，如透水瀝青混凝土或透水性磚石鋪裝，可以促進水流的滲透和分散。透水性基層材料，如透水混凝土或碎石層，能夠接收和儲存水流，并迅速引導(dǎo)到路面邊緣或排水設(shè)施。

分散漫流式排水設(shè)計還涉及排水設(shè)施的選擇和設(shè)計，包括路緣石、排水溝、雨水篦、雨水井等，用于收集和引導(dǎo)路面積水。在排水設(shè)施的設(shè)計中，需要根據(jù)設(shè)計流量、路面寬度和路面形狀等因素，確定合適的設(shè)施尺寸和布置。比如，可以在路緣石和路面之間設(shè)置適當?shù)目p隙或通道，以便水流能夠順利滲透和流出。同時，合理設(shè)置排水溝和雨水篦，以收集和引導(dǎo)路面積水，并避免堵塞和積水的問題。

1.2.2 集中截流式排水設(shè)計

集中截流式路表排水的目的是在公路某一段設(shè)置部分攔水帶，將由各種原因造成的路面積水攔截在一定的范圍內(nèi)，并通過一定距離設(shè)置的泄水口和路堤邊坡急流槽排入邊溝。

（1）確定攔水帶的位置和長度。攔水帶應(yīng)位于積水問題較為嚴重的路段，例如坡度較大、曲線處或低洼區(qū)域等。通過分析地形數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)和實地勘測，確定攔水帶的位置和長度。攔水帶的長度應(yīng)足夠覆蓋積水區(qū)域，以確保路面積水能夠被有效截流并引導(dǎo)至排水設(shè)施。

（2）設(shè)置泄水口和急流槽。以將攔截的積水排入邊溝。泄水口是位于攔水帶末端或其他適當位置的出水口，通常與邊溝相連。在確定泄水口位置時，需考慮積水的流量、水流速度和排水要求，泄水口的位置應(yīng)使得積水能夠順利流出。急流槽是沿路堤邊坡設(shè)置的一種結(jié)構(gòu)，用于引導(dǎo)和加速積水流入泄水口。急流槽的設(shè)計應(yīng)考慮水流的流速和排水能力，以保證水流能夠快速流出不會對路堤邊坡造成侵蝕和沖刷。

（3）做好邊溝的設(shè)計和維護。邊溝應(yīng)具備足夠的容積和流量處理能力，以接收并排放泄水口排出的水流，邊溝的設(shè)計包括邊溝斷面形狀、尺寸和材料選擇等。根據(jù)設(shè)計流量和水流速度，確定合適的邊溝斷面形狀和尺寸，以確保邊溝的排水能力。

例如，在一條公路的下坡區(qū)域經(jīng)常發(fā)生積水現(xiàn)象，可以在該區(qū)域設(shè)置一個攔水帶，將積水攔截在一定范圍內(nèi)。然后，在攔水帶末端設(shè)置泄水口，并沿路堤邊坡設(shè)置急流槽，以引導(dǎo)和加速積水流入泄水口。最后，將積水排入邊溝，確保積水能夠迅速排出。

2 公路排水系統(tǒng)的應(yīng)用維護

2.1 排水設(shè)施的運行監(jiān)測

為了確保公路排水系統(tǒng)的正常運行，要定期進行運行監(jiān)測，包括對排水設(shè)施的狀態(tài)進行檢查、水流情況進行觀察和記錄等。運行監(jiān)測的目的是及時發(fā)現(xiàn)排水設(shè)施的異常情況，如堵塞、破損、滲漏等，以便及時采取措施進行維修，通過定期巡檢、水流監(jiān)測和設(shè)備狀態(tài)記錄，可以有效監(jiān)測公路排水系統(tǒng)的運行情況。

比如，在某條高速公路上，需要每月對雨水篦和排水溝進行巡檢，檢查是否有雜物堆積、泥沙淤積或損壞情況。同時，使用流速計定期測量排水溝的水流速度，以確保排水溝的流量處理能力符合設(shè)計要求。

2.2 定期維護和清理

定期維護和清理包括對排水設(shè)施進行定期清理、維修和保養(yǎng)。定期清理工作主要包括清理排水溝、雨水篦和排水口等設(shè)施，清除堆積的泥沙、雜物和植物。維修工作應(yīng)及時修復(fù)損壞的排水設(shè)施，如破損的排水管道、漏水的井蓋等。定期保養(yǎng)工作主要包括對排水設(shè)施進行涂層修補、防腐處理和維護，如對混凝土排水溝進行涂層修復(fù)，以增強其抗腐蝕性能和使用壽命。

比如，在某市的省道上，每季度進行排水設(shè)施的定期維護和清理工作，要求清理人員使用專業(yè)工具和設(shè)備，清除排水溝中的泥沙、垃圾和樹葉。對于破損的雨水篦和排水口，應(yīng)及時更換和修復(fù)，以確保排水設(shè)施的正常運行。此外，對混凝土排水溝進行定期涂層修補，以提高其抗腐蝕性能和使用壽命。

2.3 故障修復(fù)和應(yīng)急響應(yīng)

當排水設(shè)施出現(xiàn)突發(fā)故障或緊急情況時，需要迅速采取措施進行修復(fù)和處理，故障修復(fù)包括對設(shè)施的緊急維修和更換，以恢復(fù)排水系統(tǒng)的正常運行，比如當排水管道破裂導(dǎo)致水流堵塞時，應(yīng)盡快進行修復(fù)，以恢復(fù)水流通暢。應(yīng)急響應(yīng)是在突發(fā)情況下迅速采取行動，以防止進一步的災(zāi)害和損失，比如在強降雨或洪水事件中，及時調(diào)度排水設(shè)施，采取緊急排水措施，以減輕道路積水和防止交通事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

綜上所述，公路排水系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用是一個復(fù)雜而重要的領(lǐng)域，只有通過科學(xué)合理地設(shè)計、定期維護和及時應(yīng)對突發(fā)情況，才能確保公路排水系統(tǒng)的高效運行，減少道路積水和交通事故的發(fā)生，提高公路的可靠性和舒適性，為人們提供更好的出行環(huán)境和道路體驗。