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1、 第五章 路基路面排水5.1 说明5.1.1设计依据1 公路路基设计规范（JTG D302004）2 公路排水设计规范（JTJ 01897）3 姚祖康.公路排水设计手册.人民交通出版社5.1.2设计内容水在路基路面的病害中起主要的作用，路基路面的各种病害都离不开水，并且水是最主要的因素，为了保证路基路面的稳定和行车安全，设计过程中必须进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，地下排水与路面排水相配合，各种沟渠的平面布局与竖向布局相配合，重视路基路面排水工程。本设计路段的排水设计分为坡面排水、路面排水以及地下排水三大部分。排水设计的任务是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保
2、持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。坡面排水的目的是把路界范围内的表面水有效地汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。路面排水包括路面表面排水、中央分隔带排水以及边缘排水系统。在深路堑边沟下部设置盲沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内，形成水分积聚造成冻胀和翻浆，或土基过湿而强度降低，在路基挖方和填方交界处设置横向和纵向采用PVC-U管管式盲沟，用以拦截和排除路堑下面的层间水，保证路堤填土不受水的侵害。坡面排水设施由边沟、排水沟、坡顶截水沟、平台截水沟、急流槽组成。边沟设
3、置在挖方地段，与土路肩直接相连，其纵坡与路线纵坡一致。路堤坡脚2m以外设置排水沟，起引导作用，将路基范围内各种水流引至桥涵或路界范围以外。通过设计计算，边沟和排水沟均可采用底宽0.6m，沟深0.6m，内外坡度均为1:1的等腰梯形截面沟，全线采用C20混凝土预制块加固。切方地段一级边坡的平台截水沟采用底宽0.4m，沟深0.4m,内外坡度均为1:0.5的等腰梯形截面沟设，采用C20混凝土预制块加固,坡顶截水沟设置在挖方边坡坡顶5m以外，尽量与等高线平行，截水沟采用梯形截面，截面尺寸为底宽、沟深均为0.5m，内外坡度为1:1，采用8cm厚的C20混凝土预制块进行加固。急流槽槽身采用矩形，并采用M7.
4、5浆砌片石填筑。5.2坡面排水5.2.1边沟设计经过路面结构比选最终采用沥青混凝土路面，排水设施按照沥青混凝土路面进行设计。边沟沟长最长且切深最大（5.77米）处（K16+000K16+300）路段的沟长300m,汇水面积F=1200,以此路段作为边沟设计的控制地段，路线纵坡为1.6923%，路面及路肩总宽为12m，此路段采用拱形浆砌片石骨架护坡，骨架内铺草皮，并设有流水槽形式。水沟采用8cm厚的C20混凝土预制块加固。边坡坡脚和路肩边缘间设置梯形边沟，初拟尺寸见下图：1 汇水面积F及径流系数 图5-1 梯形边沟示意图（单位:mm） 汇水区域在路堑坡面一侧的汇水面积=1200，由表3.0.8查
5、得径流系数=0.5。汇水区域在路面一侧的汇水面 积=30012=3600m2，由表3.0.8。沥青混凝土路面的径流系数=0.90，因此，总的汇水面积为F=+=1200+3600=4800m2，通过加权平均计算汇水区域内的径流系数=（+）/（+）=（12000.5+36000.90）/（1200+3600）=0.8002 汇流历时t假设汇流历时为10min。3 降雨强度根据公路等级和排水类型，查表3.0.2，取设计重现期为15年,查图3.0.7-1，湖南地区5年重现期10min降雨历时的降雨强度为=2.2mm/min。由表3.0.7-1，可知该地区15年重现期的重现期转换系数为=1.27。查图3
6、.0.7-2，得该地区60min降雨强度转换系数为=0.43。依据表3.0.7-2，得10min降雨历时的转换系数为=1.0。按式（3.0.7），计算15年重现期10min降雨历时的降雨强度 （3.0.7）=1.271.02.2=2.794mm/ min。4 设计径流量由式（3.0.1）计算15年重现期10min降雨历时所对应的设计径流量=16.67F （3.0.1）=16.670.8002.7944800106=0.179m3/s。5 检验汇流历时t坡面流的汇流历时由表3.0.4查得路堑边坡防护的粗度系数=0.40，沥青混凝土路面的粗度系数=0.013，由式(3.0.4)计算路堑坡面（坡度为
7、1：1，坡面流长度为5.77m）的汇流历时=1.445 (3.0.4)=1.445=2.14min由式（3.0.4），计算沥青混凝土路面（横坡为2%，坡面流长为12m）的汇流历时=1.445=1.445=1.51min故坡面汇流历时=Max,=2.14min,1.51min=2.14min。沟内的汇流历时设边沟的底宽为0.60m，水深为0.30m，=1.00,因此，依据附录B计算梯形边沟的过水断面面积A=0.5(+)=0.5（1.20+0.60）0.30=0.27，以及边沟的水力半径R=0.19m边沟采用C20水泥混凝土预制块加固，由表8.1.3得水泥混凝土明沟（预制）的粗糙系数=0.012，
8、沟底坡度与路线纵坡一致，即I=1.6923%根据曼宁公式计算边沟内的平均流速V=3.59m/s沟内汇流历时=300/3.59=83.57s=1.39min汇流历时=+=2.14+1.39=4.53min10min综上所叙，可知沿线路堑边沟均可采用拟定尺寸的梯形断面，结构形式见S4-13。6泄水能力验算 根据曼宁公式进行水力计算，由附录B计算梯形截面边沟的过水面积A及水力半径R A=0.5(+) =0.5（1.20+0.60）0.40=0.27R=0.19m由表8.1.3得C20水泥混凝土预制块的粗度系数n=0.012,沟底纵坡I=1.6923%,依据曼宁公式（8.1.3）计算沟内的平均流速V=
9、 （8.1.3）=3.59m/s4.0m/s(冲刷流速)由式（8.1.2）计算所设计边沟的泄水能力=VA （8.1.2）=3.590.27=0.969m3/s设计径流量=0.179m3/s，因此，边沟的设计尺寸满足规范要求。参数说明：设计径流量设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度径流系数边坡的流径系数沥青混凝土路面的流径系数F 汇水面积(km)汇水区域在路堑一侧的汇水面积(km)汇水区域在路面一侧的汇水面积(km)坡面汇流历时(min)水泥混凝土路面的汇流历时(min)坡面流的长度或路面水流长度(m)坡面流的坡度或路面横坡地表粗糙度系数涵管内汇流历时(min)第段长度(m)该段排水沟或管的平均
10、坡度第段的平均流速(m/s)5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度重现期转换系数降雨历时转换系数沟或过水断面的泄水能力沟或过水断面的水力面积沟或过水断面的水力半径5.2.2排水沟设计经计算比较，以K16+000K16+050段的汇水面积最大，作为排水沟设计的控制地段，此段排水沟的设计流量包括三个方面：A.路堑范围内（K16+000K16+300）边坡与路面一侧的水汇入边沟，再由边沟汇入排水沟（，+）；B.路堑（K16+000K16+300）路段坡顶截水沟的水以及平台截水沟的水经急流漕汇入排水沟（，+）；C.路堤边坡及路面一侧的水直接汇入排水沟（,+）。初拟排水沟尺寸见下图： 1 汇水面积
11、和径流系数 图5-2 梯形排水沟示意图（单位:mm） A处：汇水区域在路堑坡面一侧的面积=1200，路面横坡的汇水面积=30012=3600m2。由表3.0.8，查得草皮护坡面的径流系数=0.5。沥青混凝土路面的径流数=0.90。由此，总汇水面积为F=+=1200+3600=4800m2，通过加权平均法计算汇水区域内的径流系数=（+）/（+）=（12000.5+36000.90）/（1200+3600）=0.800B处：路堑上一级边坡及以上汇水区 汇水面积=600 径流系数 =0.65C处：汇水区域在路堤边坡一侧的面积=100，汇水区域在路面一侧的面积=1250=600，由表3.0.8，草皮护
12、坡面的径流系数取=0.5。沥青混凝土路面的径流系数=0.90，总的汇水面积F=+=100+600=700，通过加权平均法计算汇水区域内的径流系数=（+）/（+）=（1000.5+6000.90）/（100+600）=0.8432 汇流历时t假设汇水历时为20min。3 降雨强度由表3.0.2，取设计重现期为15年。查图3.7-1，湖南地区5年重现期10min的降雨历时的降雨强度=2.20mm/min。由表3.0.7-1，该地区15年重现期转换系数为=1.27。查图3.0.7-2，得20min降雨历时的转换系数为=0.45。由表3.0.7-2，查得20min降雨历时的转换系数为=0.76。按式（
13、3.0.7），计算15年重现期20min降雨历时的降雨强度 （3.0.7）=1.270.762.20=2.12mm/min。4设计径流量由式（3.0.1）计算15年重现期10min降雨历时所对应的设计径流量=16.67F （3.0.1）计算结果见表5.1(叠加法)表5.1 排水沟设计流量表地段径流系数降雨强度(mm/min)汇水面积F（）设计流量(m3/s)A0.802.1248000.14B0.652.126000.014C0.8432.127000.0210.14+0.014+0.024=0.175m3/s附：采用径流系数加权平均法计算排水沟的设计流量通过加权平均法计算径流系数=（+）/（+）=0.79F=（+）=（4800+600+700）=6100由式（3.0.1）计算15年重现期10min降雨历时所对应的设计径流量=16.67F （3.0.1）=16.670.792.126100=0.17 m3/s以上两种方法计算出的结果很相近，取大值作为排水沟的设计径流量，即=0.22 m3/s。5 检验汇
