摘 要： 通过分析目前高速公路边沟设计，结合高速公路建设的工程实际，初步探讨了目前高速公路边沟排水设计的基本原则，设计人员应对项目所在地的地理条件、降雨量、土质、边坡型式等设计因素进行综合考虑,进行认真计算和分析,选择相应类型和尺寸边沟，既减少工程量又满足边沟排水。
关键词：高速公路；边沟；排水
随着中国经济的飞速发展，基础设施建设项目越来越多 ,其中高速公路建设发展迅速。在高速公路里程不断增加的同时，不可以忽视质量的重要性。其中路基是高速公路的主要组成部分，路基质量的好坏直接影响到路面的使用质量。路面的损坏往往与路基排水不畅，边坡失稳等有直接关系，而且修复难度大、费用高。在实际工程设计中，有些设计人员未能充分考虑其功能的重要性，对一些设计因素缺乏认真的分析，使高速公路排水设计存在明显的不合理性，尤其在边沟设计上普遍存在以下问题：(1)没有考虑地区差异，缺乏对地理条件、降雨量、土质、边坡型式等设计因素综合分析和研究，缺乏对各地区最大降雨量及边沟排水能力的计算和分析，造成边沟设计千篇一律，型式单调；(2)出水口间距过长，不能及时排水；(3)边沟底表标高控制不当，中央分隔带雨水通过横向排水管排出困难。 (4)边沟设计偏于保守且尺寸偏大，线形较差。这些不合理性不仅加大了边坡防护工程量，而且影响了高速公路的整体美观性，增加了施工难度，给工程造成了很大的浪费。
1.边沟设计的问题分析
在平原地区高速公路上 ,有的出水口间距较长 ,如若在两个出水口之间边沟的沟底纵坡发生了变化 ,则存在一个沟渠泄水能力计算问题。
由曼宁公式:
(1)
式中: —沟或管的泄水能力 ；
— 沟或管的平均流速 ；
— 过水断面面积 ,各种沟管过水断面的面积计算式可参考附录B，《公路排水设计规范 》(JTJ 018 - 97)。
由谢才公式:
(2)
式中: —水力半径(m), ；
—过水断面湿周 ；
—水力坡度 ,无旁侧入流的明沟 ,水力坡度可采用沟的底坡；有旁侧入流的明沟 ,水力坡度可采用沟段的平均水面坡降；
—流速系数 () ,可按曼宁公式计算确定:
(3)
—沟壁或管壁的粗糙系数。
由以上各式 ,可得沟渠泄水能力为:
(4)
沟渠的泄水能力应大于其流量 (),为总汇水面积,()，为降雨重现期转换系数，降雨强度转换系数，为降雨强度 (mm/min)，可查《公路排水设计规范》。
目前，高速公路的边沟一般采用边坡为1:1 的梯形明沟，因此，可采用明渠的流量计算公式，计算梯形边沟的排水能力。按沟最小底坡i=0.3%计算，目前高速公路常用的底宽60cm、上口宽180cm的边沟，按照上述公式(4)计算分析，江浙沪地区最大能承受的路面排水能力长度可达400m。显然，这对于平原水网地区或丘陵山区都是不合理的。因为平原微丘区一般每200--400m 有一道涵洞，一般需要的边沟长度为100--200m，大于400m 的情况很少，因此，不能以全线最大边沟长度所需的排水断面作为全线边沟设计的标准断面。
2.常用的边沟型式
下面对较为常用的边沟的特点进行说明 。
(1)梯形断面边沟。在路基外侧开挖梯形土沟,其外侧可与护墙等构造物统一用片石等材料进行防护的断面型式。这种断面型式的边沟一般用于短路堑段,且不设盖板。优点是受力好,稳定性强且不易损坏,便于施工；缺点是明沟效应明显,基坑开挖大,对沿线生态破坏较大，且路容不美观。
(2)矩形断面边沟。在路基外侧开挖矩形土沟,采用浆砌片石和片石混凝土加固的断面型式。这种断面型式的边沟适用于降雨量较为充沛、纵坡大而冲刷严重的地区,要求公路沿线石料丰富。优点是施工简单方便,排水效果好；缺点是明沟效应严重,不易于维护清淤。
(3)碟形断面边沟。在路基外侧设弧形浅明沟,采用素混凝土铺面防护的断面型式。这种断面型式的边沟适用于干旱少雨、石料缺乏的地区边沟较短路段。优点是有效消除了明沟效应,有利于行车安全,路容美观,工程量小,对沿线生态破坏小；缺点是排水量小。
(4)盖板边沟。在矩形边沟上加设混凝土盖板或承载盖板的边沟型式。这种断面型式的边沟适用于长路堑路段。优点是有利于行车安全,避免了明沟效应,减少了路基边坡开挖，路容景观好,便于维护；缺点是工程费用大。
3.边沟选择地建议
(1)高速公路汇水面积较小、排水距离较短路段和停车区等边缘，可采用浅碟型生态边沟(土沟+隔渗层+草皮)或暗埋式边沟等。
(2)对于行车速度大于等于60km/h的高速公路，为避免“明沟效应”，建议采用盖板边沟或暗埋式边沟等。
(3)对于降雨量大的地区，边沟流量大，过水断面相应加大，可采用传统矩形、梯形边沟，也是目前江浙沪地区的高速最常用的形式。
(4)对当地的地理条件、降雨量、土质、边坡型式等设计因素进行综合考虑,进行认真计算和分析,选定边沟形式和确定相应边沟尺寸。
总之，高速公路边沟断面形式的选择，应在考虑各影响因素的基础上，合理选择，在满足排水的前提下，尽量做到施工方便、经济美观。
4.结语
要改善高速公路边沟排水设计存在的诸多不合理性，应注意：1)设计人员应提高责任心，在初步设计时，认真整理好沿线水系资料，为边沟设计提供相应依据。2)边沟总体设计应结合具体情况，因地制宜做好边沟纵坡、断面形式和几何尺寸设计。3)施工过程中对沿线地形、水系等破坏较大，应派有经验的设计代表到现场进行合理的设计调整。
参考文献
[1] JTJ 018-97,公路排水设计规范[S].
[2] JTJ 011-94,公路路线设计规范[S].
[3] 姚祖康.公路排水设计手册[M].北京:人民交通出版社,2002.
[4] 吴华金,陈加洪，赵志武.高速公路坡面排水意见和建议[J].云南交通科技,2002,19(2):37-40.
