1面临问题随着城市发展，建设用地日益紧张，既有高速公路周边发展迅速，道路通行能力下降时需要对原高速进行扩建，扩建后高速由于车道数增加以及城镇化发展导致的天然外排点减少，导致道路排水压力增大。2处理措施高速公路的排水主要有路面排水、路基排水和涵洞排水三部分，路面排水主要实现清除路表水、防止雨水下渗的功能；路基排水主要有收集路面和边坡汇水、防止雨水下渗并将水流导入固定排水点的功能；涵洞主要实现引导水流穿越路基的功能。根据排水方向划分，公路排水主要分为竖向排水、横向排水和纵向排水。横向排水方式主要包括设置路拱、涵洞、急流槽、超高横向排水管等排水设施以及路基边坡自流；竖向排水方式主要包括设置集水井和路面排水层；纵向排水方式主要包括设置拦水带、排水沟、边沟、截水沟等。排水设施的最终目的都是为了尽可能将水排至路基工作区以外，保障路基土强度。位于郊外时，高速公路的排水设施与自然地表结合紧密，针对偶然性的极端降雨条件，水溢出排水设施后可通过天然土壤逐渐消解，造成的经济影响也有限。高速公路位于城镇密集区时，由于水在人造地表下渗困难，雨水漫流会对周边城镇居民和设施造成一定影响。针对周边城镇密集区高速公路的排水应注重外排点的选择，边沟长距离汇水后无天然外排点时，应及时寻找合适位置接入市政排水系统，防止边沟下游汇水量超过其可泄水量，造成水流漫出地表，冲毁道路及沿线其他设施。研究表明，边沟的排水距离主要与断面尺寸和水力坡度有关，当沿线外排点明确后即可通过验算不同断面尺寸边沟在已知水力坡度和排水距离情况下的适用情况，对公路排水设计质量进行把控，提高设计效率[1-2]。3计算实例惠盐高速深圳段开展立体改扩建，原地面层为双向八车道，路基宽度41 m，现在原高速公路两侧紧邻扩建立体层，规模为双向八车道，路基宽度41 m，处于初步设计阶段。项目由于周围高度城镇化以及路面改建宽度增加一倍，路面汇水面积大幅度增加，既有边沟已无法满足使用要求，需要进行改造。计算方案采用拆除地面层原边沟，并在原位新建尺寸100 cm×100 cm的边沟。3.1汇水面积和径流系数以地面层（8车道）路面和新建立体层路面为计算对象，取汇水段落长度为400 m，计算汇水面积范围内的汇水面积。（1）地面层路面汇水面积：A1=24.5×400=9 700 m2；（2）立体层路面汇水面积：A2=20×400=8 000 m2；（3）立体层与地面层中间部分汇水面积：A3=15.75×400=6 300 m2；（4）总汇水面积：F=A1+A2+A3=0.024 km2。根据《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012），沥青混凝土路面径流系数ψ1=0.95。本项目边沟基本位于左右幅立体层与地面层之间，计算时不考虑路外排水，汇水区的径流系数为：ψ=ψ1=0.95。3.2汇流历时计算（1）路面汇流历时计算：t=1.445s×Lp/ip1/20.467 （1）式中：s——地表粗度系数，取0.013；Lp——坡面汇流长度，根据半幅路面汇流长度，Lp=60 m；ip——坡面流的坡度，路面横坡ip=0.02。根据以上参数，得路面汇流历时t1=3.21 min。（2）计算路面表面排水时，单向三车道以上的路面汇流历时可不计沟管内汇流历时t2。一般情况下，最大平均降雨强度与降雨历时呈负相关，该排水规范中称最大平均降雨强度也为降雨强度。降雨历时转化系数越大，降雨强度越大。降雨历时一般按设计控制点的汇流历时确定，取消t2即减小汇流历时/降雨历时、增大降雨强度，同时增大了设计径流量。同一外部条件，与单向三车道以上的单位时间内汇水量大于单向三车道的单位时间内汇水量的结论基本吻合[3-4]。本项目边沟为地面层与立体层共用，地面层半幅路面是单向四车道，立体层半幅路面是单向四车道，整体按照单向八车道计算，总汇流历时t由汇水区内最远点（按水流时间计）流达排水设施处所需要的时间，由坡面汇流（或地/路面汇流）历时t1以及沟渠或管内由入口到控制点的沟管汇流历时t2组成[5-6]。3.3降雨强度及设计径流量计算对于一般公路，路界范围内多少会存在挖方边坡与填方边坡，本项目由于两侧立体层均为桥梁，固路界范围内原坡面的汇水已由桥面取代，该部分已在路面汇水中考虑，因此不计路界内坡面排水。根据《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012），取高速公路路面和路肩表面排水设计降雨的重现期为P=5年，降雨历时一般按设计控制点的汇流历时确定，即降雨历时=汇流历时。（1）10 min降雨历时的降雨强度：q5，10=3 mm/min；（2）重现期转换系数：Cp=1；（3）60 min降雨强度转换系数：C60=0.45；（4）降雨历时t=3.21 min的转换系数：Ct=1.42；（5）降雨历时t=3.21 min的降雨强度为4.26 mm/min。（6）设计径流量：Q==1.619 m3/s。3.4边沟的泄水能力计算（1）新建边沟尺寸为100 cm×100 cm的矩形边沟，根据《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012），沟顶应高出沟内设计水面0.2 m以上，取h=0.8 m；（2）n=0.012（水泥混凝土明沟预制）；（3）R=bh/(b+2h)=1×0.8/(1+2×0.8)=0.308 m；（4）I=0.003；（5）v=(1/n)×R2/3×I1/2=2.08 m/s；（6）QC=v×A=2.08×1×0.8=1.664 m3/s。3.5结果校核由于QC=1.664 m3/s＞QS=1.619 m3/s，且边沟流速满足规范要求，即允许最大流速4 m/s＞v=2.08 m/s＞允许最小流速0.4 m/s，所以边沟断面尺寸及最小排水纵坡满足排水要求。根据本项目实际情况，出水口间距可以满足要求。可计算不同排水尺寸边沟大致的极限排水距离，超过该距离后，边沟的泄水能力将小于设计径流量，即在该处需要设置外排点将水引出边沟。不同尺寸边沟极限排水距离如表1所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.12.008.F001分析表1可知：（1）边沟的极限排水距离与边沟尺寸和沟底纵坡呈正相关，边沟尺寸越大或沟底纵坡越大，极限排水距离越长[7]。（2）对比100 cm×80 cm的边沟和80 cm×100 cm的边沟可知，相同工程量下，增大边沟排水能力，需要从高度上考虑增加尺寸，边沟的排水能力会更大[8]。（3）针对同一尺寸的边沟，虽然纵坡抬高后极限排水距离会增加，但是增长效率会逐渐下降，即通过改变沟底纵坡增加边沟排水能力存在一个合适的区间[9]。4结语随着国家公路网的逐渐密集和城市区域发展的不断扩张，发达地区的公路不断复杂化设计，导致相应的公路排水需求也越来越高，尤其是外排点的选择非常困难。因此，公路的排水系统需要在城镇密集地区进行改进，以适应城市发展需要，未来城市如何快速吸收公路所产生的雨污水还需要进一步研究。