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1、第四章 排水设计4.1 气候与地质条件介绍项目工程位于湖南省中南部属亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，热量充足，雨水充沛，春湿多雨，夏秋多旱，严寒期短，暑热期长。降雨多集中于38月，约占全年降雨量的67%，年均降雨量1395.1，年均蒸发量1478.1，年均气温17.7，极端最高气温40.5，极端最低气温-7.9，年平均风速1.9m/s，最大风速25m/s。气候对本路段施工有影响的主要是雨季。暴雨常造成洪水灾害，并诱使崩塌、滑坡等地质灾害发生。 同时该路段路线途径的主要为剥蚀丘陵地貌，沿线地表溶蚀现象较发育。沿线覆盖层主要为残坡积、冲洪积成因。在岗丘斜坡或坡脚附近一般分布有残坡积层。残坡
2、积层的特征与基岩岩性关系密切。在碳酸盐分布区为红粘土，厚度变化很大，一般小于5m，局部岩石裸露。因此在这种地质条件与气候下有必要对排水沟渠进行水文和水力计算。4.2 边沟设计验算 在K11+120至K11+200之间的右侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以 沥青混凝土路面为例。砂性土路堑（平均坡度为1：0.75,坡面流长度为19.5m），路基宽度26m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为12m,路拱横坡为2%在纵断面方面，此处属于竖曲线上，采用平均纵坡i=3.091%,边沟坡脚和路肩边缘间设置梯形边沟。计算简图如图4.1。4.2.1 计算汇水面积和径流系数由图4.1计算汇水区域在路堑一侧（由平
3、台沟到边坡平台）的面积A1=0.519.5（80+40）=1170m2。由于坡面上采用浆砌片石抹面防护，则由公路排水设计规范得坡面径流系数取C1=0.4。汇水区域在边沟平台上的面积A2=280=160m2,取坡面径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=8012=960m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=1170+160+960=2290m2，汇水区的径流系数为：C=。图 4.1 边沟计算示意图4.2.2 计算汇流历时由克毕公式计算坡面汇流历时，其中：L为坡面流长度； i为坡面流坡度； m地表粗糙系数；由表查得
4、浆砌片石护路堑边坡的粗度系数m=0.02，且路堑坡度为1:0.75，得路堑坡面汇流历时。由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m=0.02,横向坡度为2%，则。查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡2%，坡面流长度为12m，所以历时时间为。因此取坡面汇流历时t=1.513min(取最大值)。设边沟底宽为0.6m，高0.6m，两边坡度为1:1，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.5m。求得过水断面段面积为A=，水力半径为R=m。按曼宁公式,得沟内平均流速为：，因此沟内汇流历时为 。由上可得汇流历时为 。4.2.3 计算降雨强度 据设计手册，高速公路路界内坡面
5、排水设计降雨重现期为15年。求设计重现期和降雨历时内的降雨强度（mm/min）,由于公路在湖南省境内，据公路排水设计手册，可取公式。4.2.4 计算设计径流量可按降雨强度由推理公式确定：，式中Q-设计径流量；C-径流系数；F-汇水面积（Km）;所以。4.2.5 检验径流设定边沟的截面形式为梯形，顶宽1.8m,底宽0.6m,两斜边坡率为1:1，过水断面为底宽0.6m，水深0.5m，断面积为0.6m2,则泄水能力Qc=0.62.258=1.3548m/s。因为设计径流量Q=0.081023m/sQ=0.1246m3/s改水深ha=0.02m,按上述方法知：hb=ha-Bwia=0.02-0.50.
6、03=0.005m m3/s，Qa=0.1246-0.000124=0.124476m3/s m3/s总泄水量Qa+Qb=0.124476+0.000186=0.124662m3/s,接近于设计流量Q=0.1246m3/s，因而，拦水带边沟水深为2cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.02+0.03/0.02=1.52m。4.3.3 确定拦水带尺寸水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘）。根据拦水带边沟水深为2cm，以及水面宽度为1.52m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为沥青混凝土拦水带，拦水带堤高10cm,正面边坡1:0.5,背面边坡直立。具体尺寸见中间带设计图。本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。
