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1、.,第七章 路基路面排水设计,.,主要内容,第七章 路基路面排水设计,第一节 概述 第二节 路基排水设备的构造与布置 第三节 路面排水设计,.,.,1、水的来源,第一节 概述,表面渗入： 是路面水的主要来源 地下水 毛细水作用 渗流作用 水的汽化,.,地面水 包括大气降水以及河、海、湖、水渠、水库水等 地下水包括土层滞留水、潜水及层间水等,2、影响路基路面的水的类型,.,沥青路面表面水的渗入,.,.,水泥路面表面水的渗入,.,.,3、水对路基路面的影响,对路基的影响,1）地面水对路基产生冲刷和渗透； 2）地下水使路基湿软、膨胀、冻胀、翻浆、边坡滑坍、山坡滑坡等。,1）降低路面材料强度； 2）加
2、快路面材料损坏； 3）唧浆、冲刷； 4）使路面因支撑不足而出现疲劳损坏。,对路面的影响,路面结构层变弱; 路面材料性能下降; (沥青层的剥离, 材料腐蚀, 水泥混凝土路面的D型开裂) 层间粘结性能下降。,与水有关的路面损害可以划分为三类:,.,Pumping AC over CTB水泥稳定粒料层的唧泥,.,.,High-severity pothole严重的坑洞,.,Pumping水泥混凝土路面的唧泥,.,Pumping水泥混凝土路面的唧泥,.,.,.,1）把降落在路界范围内的表面水有效的汇集并迅速排除出路界 2）把路界外可能流向路基的地表水拦截在路界范围以外以减小对路基路面的危害 3）隔断、
3、疏干和降低影响路基稳定性的地下水，并将其引导到路基范围以外,4、排水的目的,.,路面表面排水 中央分隔带排水 坡面排水,5、路面地表排水的内容,.,下封层及路肩部的排水盲沟 排水基层 排水面层,6、路面内部排水的内容,排水性路面,排水基层,.,排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系； 路基排水沟渠的设置，应与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径； 设计前必须进行调查研究，重点路段要进行排水系统的全面规划，做到路基路面综合设计和分期修建； 路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，尽量选择有利地质条件布设
4、人工沟渠； 路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主； 为减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。,7、路基路面排水的一般原则,.,1、地面排水设备,第二节 路基排水设备的构造与布置,边沟 截水沟 排水沟 跌水 急流槽 倒虹吸、渡水槽等,.,边沟的横断面形式示意图：a)、b)梯形；c)、d)流线形；e)三角形；f)矩形,边沟,挖方路基的路肩外侧，或者低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水,.,挖方段截水沟:1-截水沟
5、；2-土台；3-边沟,边沟泄水流入涵前窨井剖面图（单级跌水）,截水沟,又称天沟。设置在挖方路基边坡坡顶以外，或者山坡路堤上方的适当地点。用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，并避免挖方边坡和填方坡脚受流水冲刷,.,挖方路段弃土堆与截水沟关系图,填方路段上的截水沟示意图,截水沟的横断面图例:a)土沟；b)石沟,.,排水沟与水道衔接示意图 1-排水沟；2-其它渠道；3-路基中心线；4-桥涵,排水沟,其主要作用是引水：将路基范围内各种水源的水流，引至桥涵或者路基范围以外的指定地点,.,边沟与涵洞单级跌水连接图 1-边沟；2-路基；3-跌水井；4-涵洞,多级跌水纵剖面图（单位：
6、m） 1-沟顶线；2-沟底线,跌水与急流槽,跌水构造示意图:1-护墙；2-消力槛,用于纵坡大于10%，水头高差大于1.0m的陡坡地段,.,倒虹吸,倒虹吸管上游进口构造图,水流需要横跨路基，同时 受到设计高程的限制，采用沟 槽的型式，从路基底部穿越,.,渡水槽,渡水槽图例,渡水槽进出口布置图,水流需要横跨路基，同时受到设计高程的限制，采用沟槽的型式，从路基上部穿越,.,1、地下排水设备,暗沟（盲沟） 渗沟 渗井,特点：排水量不大，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。,.,暗沟（盲沟）,一侧边沟下设盲沟 1-盲沟；2-层间水；3-毛细水；4-可能滑坡线,二侧边沟下设盲沟 1-原地下水位
7、；2-降低后地下水位；3-盲沟,沟内填以大小不同的颗粒材料 利用渗水材料的透水性，将地下水汇集于沟内,.,渗沟,用渗透的方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点。 作用是降低地下水位或拦截地下水,渗井,立式地下排水设备 地下存在多层含水层,见教材P193图7-24,见教材P192图7-21、7-22、7-23,.,1、设计内容,第三节 路面排水设计,1）路面表面排水设计 2）中央分隔带排水设计 3）路面内部排水系统设计 4）路面边缘排水设计 5）排水基层或面层排水设计,.,基本原则： 1）降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排流，避免行车道路路面范围内出现积水。 2）在路
8、线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水。 3）在路堤较高，边坡坡面在未做防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽已采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。 4）设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线。,2、路面表面排水,.,(5) 拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，或者由水泥混凝土预制块铺砌 而成。 (6) 采用水泥混凝土预制块拦水带时，应避免预制块影响路
9、面内部水 的排泄。拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水面高（水深）， 按设计流量公式（7-1）计算确定。,教材P194公式（7-1）,.,.,2、中央分隔带排水,是高等级公路地表排水的重要内容。分三种类型： 1）宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水，降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同； 在超高路段上，可在分隔带上侧边缘处设置缘石或泄水口，或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口（教材P197图7-31），以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。 缘石过水断面的泄水口可采用开口式，格栅式或组合式；碟形混凝土浅沟的泄水口采用格栅式。 （2）宽度大于
10、3m且表面未采用铺面封闭的中央分隔带排水，降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带中央的低洼处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。 （3）表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带，降落在分隔带上的表面水下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。,.,.,3、路面内部排水,（1）浸湿各结构层材料和路基土，易造成无粘结粒状材料和地基土 的强度降低； （2）使水泥混凝土路面产生唧泥，随之出现错台、开裂和整个路肩 破坏； （3）进入空隙的自由水在行车荷载的作用下，会形成高孔隙水压力 和高流速的水流，引起路面基层的细颗粒产生唧泥，失去支承 （4）在冰冻深度大于路面厚度的地方，高地下水位会造成冻胀，并
11、在冻融期间降低承载能力； （5）水使冻胀土产生不均匀冻胀； （6）与水经常接触将使沥青混合料剥落，影响沥青混凝土耐久性和 产生龟裂。,路面结构内部水的危害,水可以通过路面接缝、裂缝、路表、路肩渗入路面；或者由高水位地下水、截断 含水层和当地泉水进入路面结构,.,设置条件,（1）年降水量为600mm以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土（渗透系数不大于10-5cm/s）组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路。 （2）路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内。 （3）严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。 （4）现有路面改建或改善工程，需排除积滞在路面结构内的水份。,.,设置要求,（
12、1）路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力均应大于渗入路面结构内的水量，且下游排水设施的泄水能力应超过上游排水设施的泄水能力。 （2）渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其它地区不应超过2小时（重交通）4小时（轻交通）。渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45m60m。 （3）各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩中带来的细料堵塞，以保证系统的排水能力不随时间推移而很快丧失。,.,排水结构,.,.,.,4、边缘排水系统,由沿路面边缘设置的透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过滤织物组成 将渗入路面结构内的自由水，先沿路面结构层间空隙或者某一透水结构层横向
13、流入纵向集水沟和排水管，再由横向出水管引出路基； 常用于基层透水性小的水泥路面，特别是用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面,.,Installed edgedrain设置边缘排水设施,Installed edgedrain设置边缘排水设施,.,Placing OGBC backfill边缘排水设施的施工,.,Recommended Detail of Edge drain/Outlet Joint 边缘排水设施设计示意图,.,5、排水基层的排水系统,直接在面层下设置透水性排水基层；并在其边缘设置纵向集水沟和排水管，以及横向出水管等，组成排水基层排水系统； 采用透水性材料做基层 渗入路面结构内
14、的水分，先通过竖向渗流到排水层，然后横向渗流进入纵向集水管和排水管，再由横向出水管排出路基。 透水性材料可用经过水泥或者沥青处治，或者未经过处治的开级配碎石集料。 透水性试验确定材料的透水性,.,普通沥青（AC）路面的排水基层,.,水泥混凝土路面的排水基层,.,1、设计流量,第四节 明渠的水力水文计算,流量是路基路面排水设计的基本依据； 其大小与汇水面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素相关 设计流量的计算公式：,Q：设计流量； q：设计重现期(见教材P204表7-6)和降雨历时内的平均降雨强度 ：径流系数,教材P204表7-7 ； F:汇水面积,.,坡面汇流历时：,m1：地表粗度
15、系数，与地表情况相关，见教材P204表7-8； Ls，is：分别为坡面长度和坡度,沟管内汇流历时：,Li，第i段的长度； vs，第i段的平均流速 ig:该段排水沟管的平均坡度,汇流是指产流水量在某一范围内的集中过程,.,降雨强度：,t：降雨历时 a，b：地区性参数,当地气象站有10年以上自记雨量资料时，可以由这些资料按下式整理分析得到设计重现期的降雨强度：,也可以利用标准降雨强度等值线和有关转换系数获得：,q5,10：5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度，具有区域性，见教材P206-207图7-38 cp:重现期转换系数。设计重现期降雨强度与标准重现期降雨强度的比值，见教材P205表7
16、-9 ct:降雨历时转换系数。降雨历时t的降雨强度与10min降雨历时的降雨强度的比值，按公路所在地区的60min转换系数c60，由表7-10查取,自学教材P208例7-2,降雨历时：是指连续降雨的时段。可以是整个降雨经历的时间，也可以 指降雨过程中的某个连续时段,.,2、水力计算,对具有规则形状的沟渠断面，且沟底纵坡较缓，流量与流速按等速流的关系式：,Q：设计流量； v：水流的断面流速； ：水流断面的面积； R:水力影响半径； i:水力坡降，等于沟底纵坡 C:流速系数，与水流条件（沟、渠、管道、地表）及其粗燥程度相关,n:水流断面的粗燥系数，见P210表7-11 R:水力影响半径； y:指数,见上式或者图7-40或表7-12确定,.,为了避免沟渠内产生泥沙淤泥，设计时应保证沟渠内的水流具有一定的流速： 为了使沟渠不致于被冲刷损害，沟渠内的最大流速应被限制：Vmax来源于实验数值，见教材P212表7-14.,：与水中所含土粒的类别相关的系数，见教材P212的表7-13 R：水力半径,注意：表7-14中只适合水流深度h0.
