道路排水系统的设计与优化

摘要：本文围绕道路排水系统展开，深入分析其设计与优化的要点。通过对排水系统规划、排水设施设计、管材选用以及与周边环境协调四个主要方面的探讨，结合实际案例与相关数据，阐述了如何构建高效、可靠的道路排水系统，以应对不同的气候条件和地形特点，同时强调了优化设计在提升排水性能、减少内涝风险和延长系统使用寿命方面的重要意义。

关键词：道路排水系统；设计；优化；交通安全

一、引言

道路作为城市交通和基础设施的关键组成部分，其排水系统的合理性和有效性直接关系到道路的使用性能和寿命，以及城市的防洪排涝能力。随着城市化进程的加快和极端气候的频繁出现，对道路排水系统的设计与优化提出了更高的要求。科学合理的设计能够有效避免道路积水，保障交通安全和顺畅，同时减少对周边环境的负面影响。

二、道路排水系统设计的重要性

（一）保障交通安全

在日常的交通环境中，道路积水是引发交通事故的重要隐患之一。当路面有积水时，水会在车辆轮胎与路面之间形成一层水膜，这层水膜极大地降低了路面的摩擦力。摩擦力的降低直接导致车辆的制动距离显著增加，正常干燥路面上车辆的制动距离可能在数米到数十米，但在积水路面，制动距离可能会翻倍。这种情况对于车辆的操控性产生了严重影响，尤其是在高速行驶或紧急制动时。车辆容易出现打滑现象，驾驶员难以控制车辆的行驶方向，甚至可能导致车辆失控。据相关统计数据显示，在雨天，因道路积水造成的交通事故发生率比晴天高出约30%。这一数据清晰地表明了道路积水对交通安全的严重威胁。

良好的道路排水系统在这种情况下就显得至关重要。它能够迅速地将路面积水排走，使路面保持相对干燥的状态。排水系统通过合理设置雨水口、排水管道等设施，将雨水引导至合适的排放地点。当降雨发生时，雨水能够及时地从路面流走，避免在路面形成积水，从而维持路面的摩擦力在正常水平，保障车辆的制动性能和操控性能，有效减少因积水引发的交通事故，为行车安全提供有力的保障。

（二）保护道路结构

道路结构的稳定性对于道路的正常使用和寿命有着关键作用，而水是影响道路结构稳定性的重要因素之一。长期积水对道路基层和路基有着严重的侵蚀作用。当积水渗入道路基层和路基后，路基土会逐渐软化。路基土的软化会使其承载能力大幅下降，原本能够承受车辆荷载的路基，在强度降低后，无法有效地将荷载传递和分散。排水系统在保护道路结构方面发挥着不可或缺的作用。它通过拦截、引导和排放雨水，防止雨水长时间滞留在道路结构内部。

（三）城市防洪排涝的关键环节

在极端天气，特别是暴雨情况下，城市面临着巨大的防洪排涝压力，而道路排水系统是城市排水网络中至关重要的组成部分。城市的道路纵横交错，如同毛细血管一般遍布整个城市，道路排水系统也就成为了雨水排放的重要通道。如果道路排水不畅，雨水无法及时排出，就会在道路上积聚，进而导致城市内涝。内涝不仅会淹没道路，使交通瘫痪，还会蔓延至周边的建筑物、商业区、居民区等区域，影响城市的正常运转。高效的道路排水系统能够在暴雨期间迅速发挥作用，将大量的雨水快速排放到合适的受纳水体，如河流、湖泊、海洋等。通过合理的排水管道布局、管径设计以及排水设施的优化，可以确保雨水在短时间内有序地离开城市道路系统。这样可以有效地减轻城市的防洪压力，避免城市内涝的发生，保障城市在极端天气下的正常运行，维护城市居民的生活秩序和城市的经济发展。

三、道路排水系统的设计与优化要点

（一）排水系统规划

1. 流量计算

准确计算道路雨水径流量是排水系统规划的基础。通常采用暴雨强度公式结合汇水面积来计算。例如，根据不同城市的暴雨强度公式，如北京的暴雨强度公式（其中为暴雨强度，为重现期，为降雨历时），考虑道路的汇水面积、地形坡度等因素，计算出设计流量。一般重现期可根据道路等级和重要性选取，城市主干道重现期可取3 - 5年，重要区域可达10年。

2. 排水体制选择

合理选择排水体制，即分流制或合流制。新建城区一般优先采用雨污分流制，可有效避免污水对雨水管道的污染，提高污水处理效率。但在老城区改造中，由于地下管线复杂等原因，可能需要综合考虑采用截流式合流制，并逐步向分流制过渡。

（二）排水设施设计

1. 雨水口设计

雨水口的间距和形式要根据道路类型和降雨量确定。一般在城市道路中，雨水口间距在 20 - 50 米。对于低洼易积水地段，应适当加密。雨水口形式包括平篦式和立篦式，平篦式适用于路面较窄或汇水量较小的路段，立篦式排水能力较强，常用于车流量大、汇水量大的主干道。实践证明，合理设置雨水口可收集约 90%的路面雨水。

2. 检查井设计

检查井用于管道的连接、检查和维护。其间距不宜过大，一般直线管道上检查井间距不超过 50 米。在管径变化、管道交汇等位置也应设置检查井。检查井的尺寸要满足人员进入检查和维修的需求，内径一般不小于 700 毫米。同时，要做好检查井的防坠、防盗等安全设计。

3. 排水管道设计

排水管道的管径要根据计算流量确定，同时要考虑一定的余量。一般采用圆形管道，其水力计算可根据曼宁公式（其中为流速，为粗糙系数，为水力半径，为水力坡度）。在设计中，要保证管道内水流速度在自清流速（一般为 0.6 - 0.75 米/秒）以上，防止泥沙淤积。管道的埋深要考虑道路荷载、冻土深度等因素，一般管顶覆土厚度不小于 0.7 米。

（三）管材选用

1. 管材类型

常用的排水管材有钢筋混凝土管、塑料管（如 HDPE 管、PVC - U 管）等。钢筋混凝土管强度高、耐久性好，适用于承受较大外压的深埋管道，但其重量大、运输和安装不便。塑料管具有重量轻、耐腐蚀、内壁光滑等优点，在中小管径排水管道中应用广泛。例如，HDPE 管的粗糙系数＼（n＼）约为 0.009 - 0.011，比钢筋混凝土管的＼（n＼）值（约 0.013 - 0.014）小，相同水力条件下可采用较小管径。

2. 管材质量控制

在管材选用时，要严格控制管材质量。对管材的外观、尺寸、强度等指标进行检验。例如，对于钢筋混凝土管，要检查管身有无裂缝、蜂窝麻面等缺陷，管径偏差应控制在允许范围内。对于塑料管，要检查其环刚度是否符合设计要求，不合格管材严禁使用。据统计，因管材质量问题导致的排水系统故障约占总故障的 15%。

四、道路排水系统设计与优化面临的挑战与对策

（一）地下空间利用冲突

随着城市地下空间的开发，排水管道与其他地下管线（如电缆、燃气管道等）的冲突日益增多。在设计时要加强与各管线单位的沟通协调，采用综合管廊等方式统筹安排地下空间。对于已建成区域，可利用非开挖技术进行排水管道改造。

五、结论

道路排水系统的设计与优化是一个复杂而重要的工程，需要综合考虑排水系统规划、排水设施设计、管材选用以及与周边环境的协调。通过科学合理的设计和优化，可以提高道路排水能力，保障交通安全和道路使用寿命，同时减轻城市内涝风险，促进城市的可持续发展。在实践中，要不断克服面临的挑战，提高道路排水系统的质量和性能。

参考文献

[1]孔令伟，郭爱国，赵颖文等.膨胀土地区公路排水构造物的设计与施工[J].岩土工程学报，2004，26（06）：801 - 804.

[2]姚祖康.公路排水设计手册[M].人民交通出版社，2002.

作者简介：

李子毅 身份证号：130182200309143516；

张铠岩 本文通讯作者 身份证号：130104200405083016 邮箱：2670590504@qq.com