公路排水設(shè)施水力計(jì)算書

1、Word文檔 公路排水設(shè)施水力計(jì)算書 一、雙向八車道 大慶至廣州高速大路粵境連平至從化段 D1合同段,選用瀝青砼路面,路面 和路肩(半幅)橫向排水的寬度為 19.75m (雙向八車道) ,路面和硬路肩橫坡為 2%,土路肩為 4%,路線最小縱坡為 5 。本項(xiàng)目擬設(shè)置排水溝、急流槽、邊溝、 平臺(tái)截水溝和截水溝等排水設(shè)施來排解和攔截路界范圍內(nèi)外的雨水。 現(xiàn)根據(jù) 公 路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ 018-97的規(guī)定,通過計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量反算各種排水設(shè)施各 型號(hào)的最大排水距離 (即出水口距離 ) 和面積,為確定各路段各種排水設(shè)施型號(hào)的 選取供應(yīng)參考。 1.攔水路緣石最大排水距離的計(jì)算 1)降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)

2、計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 3min 。 攔水路緣石與路肩鋪面構(gòu)成的淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α繛? Qc =0.377h 8/3I 1/2/(i h n )=0.3770.058/3I 0.5/(0.020.013) 注:水力坡度 I 取路線縱坡;水深 h =2500.02=5cm (即水深小于 5cm 時(shí), 淺三角型過水?dāng)嗝娴乃嫒肭钟猜芳缧∮?2.5m ,保證行車平安。 ) 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 當(dāng)出水口間距為 l 時(shí),兩個(gè)出水口之間的匯水面積為 F=l 19.7510-6km 2 取徑流系數(shù)

3、=0.95。 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定,高速大路路面和路肩表面排 水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為 5年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.0,60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 3min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.40。 于是,暴雨強(qiáng)度為 q=1.01.402.8=3.92mm/min 5)設(shè)計(jì)徑流量 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67q

4、F=16.670.953.92l 19.7510-6m 3/s 6)攔水緣石最大排水距離的計(jì)算 大慶至廣州高速大路粵境連平至從化段 D1合同段 2 當(dāng)路線縱坡為 5 時(shí),淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α繛?Qc =0.377h 8/3I 1/2/(i h n ) =0.3770.058/30.0050.5/(0.020.013) =0.035 m3/s 淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α勘匦璐笥谄湓O(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.03516.670.953.92l 19.7510-6 那么,當(dāng)路線縱坡為 5 時(shí),攔水路緣石最長排水距離 l (出水口最大間距) 為 l =0.035/(16.670.953.9219

5、.7510-6)=28.55m 7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 由表查得地表粗度系數(shù)為 m 1=0.013,路面橫坡為 i s =0.02,坡面流長度為 Ls=19.75m,可計(jì)算得到坡面匯流歷時(shí) =s s t L m 1445. 1467. 01= 0.0219.750.0130.4671.445=1.909min 按式 v=20ig 0.6得 v =200.0050.6=0.83m/s, 再按式 t 2= li /(60v)=28.55/(600.83)=0.57min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=1.909+0.57=2.48min3min 當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過

6、程對(duì)攔水路緣石最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 1。 由表 1可知, 攔水路緣石的最大排水距離隨著路線縱坡的加大而增大, 匯流 歷時(shí)均小于 3min 。因此,現(xiàn)擬定 : 當(dāng)路線縱坡為 0.5%0.7%時(shí),出水口間距設(shè)為 30m ; 當(dāng)路線縱坡為 0.7%1.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 35m ; 當(dāng)路線縱坡為 1.0%1.5%時(shí),出水口間距設(shè)為 40m ; 當(dāng)路線縱坡為 1.5%2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 50m ; 當(dāng)路線縱坡為大于 2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 60m 。 2.急流槽水力計(jì)算 攔水緣石匯合路面水后, 通過設(shè)置肯定間隔的急流槽將水排到路堤邊坡底部 的排水溝。

7、由急流槽槽底縱坡(即路堤邊坡坡度 i g =1:1.5) i g =66.7%,可計(jì)算得 到矩形 (b=0.4, h=0.2)溝平均流速 現(xiàn)擬采納的矩形急流槽寬 0.40m , 高 0.2m 。 若矩形急流槽的過水力量按水深 達(dá)到 16cm 計(jì)算(留 20%平安高度) ,則過水?dāng)嗝婷娣e A 為 0.064m 2,過水?dāng)嗝?濕周 為 0.72m ,水力半徑, R=bh/(b+2h)=0.089 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s 設(shè)路基填土為 7米高,則急流槽長度 l 為 10.5m ,可得到急流槽的溝管匯流 歷時(shí) t 3=l /(

8、60v)=10.5/(6010.85)=0.016min 由于急流槽內(nèi)平均流速較快, 所以急流槽內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)較小, 對(duì)暴雨強(qiáng) 度的影響可忽視不計(jì)。因此,降雨歷時(shí)仍為 3min 時(shí),暴雨強(qiáng)度為 3.92mm/min。 因此,依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量仍為 Q=16.67qF=16.670.853.92l 19.7510-6m 3/s 當(dāng)急流槽溝底縱坡為 66.7%時(shí),矩形急流槽的泄水力量為 Qc =Av=0.06410.85=0.694m3/s 依據(jù)攔水緣石的水力計(jì)算得出, 不同出水口間距的設(shè)計(jì)徑流量, 結(jié)果列于表 2。 由表 2可知,急流槽泄水力量遠(yuǎn)大于按各種間距

9、設(shè)置出水口時(shí)的設(shè)計(jì)徑流 量,即 QcQ。因此,按攔水緣石出水口間距來設(shè)置急流槽是滿意要求的。 4 3.排水溝最大排水距離的計(jì)算 1)降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 10min 。 PSG -1型的過水力量按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算 (留 20%平安高度) , 過水?dāng)嗝?面積 A 為 0.288m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?為 1.56m ,水力半徑 R =A/=0.185m,當(dāng)排 水溝縱坡為 0.3%時(shí),那么 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1

10、.18m/s 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積 (設(shè)路基填土高度為 7m) 由兩 部分組成:一部分為路面范圍的匯水面積 F 1=19.75l ,徑流系數(shù)取 1=0.95; 另外一部分為路堤坡面的匯水面積 F 2=(71.5+1)l =11.5l (7為邊坡高度, 1.5為 邊坡坡率, 1為護(hù)坡道寬度, ) ,徑流系數(shù)取 2=0.65;那么,總的匯水面積 F= 31.25l 10-6km 2 取徑流系數(shù) =(0.95F 1+0.65F 2)/(31.25l )=0.84 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定,高速大路路界內(nèi)坡面排

11、水設(shè) 計(jì)重現(xiàn)期為 15年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27,60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 10min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.0。 于是,暴雨強(qiáng)度為 q=1.271.02.8=3.556mm/min 5) PSG -1型排水溝最大排水距離計(jì)算 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.843.55631.25l 10-6m 3/s

12、當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),排水溝的泄水力量為 Qc =Av=0.2881.18=0.341m3/s 排水溝泄水力量必需大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.34116.670.843.556l 31.2510-6 5 那么,當(dāng)溝底縱坡為 3 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距) 為 l =0.341/(16.670.843.55631.2510-6)=219m 7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 由于路面水是通過攔水緣石匯合, 經(jīng)過急流槽而排入排水溝, 而路堤坡面水 則直接通過坡面徑流匯入排水溝, 因此, 坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。 由前面 攔水緣石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路堤

13、邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =0.667,坡面流長度為 Ls=13.62m(填土高度 7m ,護(hù)坡道 1m ) ,可計(jì)算得到路堤邊坡坡面匯流歷時(shí) =s s t L m p 1445. 1467. 0= 667. 62. 1340. 0467. 0445. 1=3.51min2.48 因此,取 t 1=3.51min 按式 v=n-1R 2/3I 1/2得 v = 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s 再按式 t 2= l /(60v)=219/(601.18)=3.09min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=3.51+3.09

14、=6.6min10min 再假設(shè)降雨歷時(shí)為 7min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.15,暴雨強(qiáng) 度為 q=1.271.152.8=4.089mm/min,通過以上過程的計(jì)算得到,當(dāng)溝底縱坡為 3 時(shí),矩形排水溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 191m ,且匯流歷時(shí) t=6.19min7min,因此,取降雨歷時(shí)為 7min 。 當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過程對(duì) PSG -1型最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 3。 同樣,對(duì) PSG -2、 PSG -3進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下的最大排水距離, 結(jié)果列于表 4、 5 綜上, 各型號(hào)的排

15、水溝隨著溝底縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在 設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)依據(jù)溝底縱坡和出水口間的間距來選定,在滿意排水的前提下, 應(yīng)優(yōu)先選用小尺寸的型號(hào),詳細(xì)詳見下表。大路排水設(shè)施水力計(jì)算書_7 7 4.邊溝最大排水距離的計(jì)算 1) 降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。 BG -A 型邊溝的過水力量按淺三角形過水?dāng)嗝嬗?jì)算, 面積 A =0.50.322.08=0.333m 2,水力半徑 R =225. 35. 308 . 25. 0+=0.143m,當(dāng)邊溝縱坡為 0.3%時(shí), 那

16、么 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.05-10.1432/30.0031/2=0.30m/s 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 設(shè)出水口間距為 l , 兩個(gè)出水口之間的匯水面積由兩部分組成:一部分為路面 范圍的匯水面積 F 1=19.75l ,徑流系數(shù)取 1=0.95;另外一部分為路塹坡面的 匯水面積 F 2=(81.0+2.6+1.5)l =12.1l (8為第一級(jí)邊坡高度, 1.0為第一級(jí)邊坡 坡率, 2.6為碎落臺(tái)和邊溝的寬度, 1.5為平臺(tái)截水溝范圍外平臺(tái)寬度 ) ,徑流系 數(shù)取 2=0.65;那么,總的匯水面積 F= 31.85l 10-6km 2 擬定坡面為細(xì)粒土坡面,取徑流系數(shù) =

17、(0.95F 1+0.65F 2)/(31.85l )=0.836 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù) 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定, 高速大路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 重現(xiàn)期為 15年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27, 60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。于是,暴雨強(qiáng)度為 q=1.271.252.8=4.445mm/min 5) BG -A 型邊

18、溝最大排水距離計(jì)算 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.8364.44531.85l 10-6m 3/s 8 當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),邊溝的泄水力量為 Qc =Av=0.3330.3=0.1m3/s 矩形邊溝泄水力量必需大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.116.670.8364.44531.85l 10-6 那么,當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),邊溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 l =0.1/(16.670.8364.44531.8510-6)=51m 7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 由于坡面匯流有兩部分, 一部分是路面水匯流, 另外一部分是路塹坡面水

19、匯 流,兩部分各自同時(shí)發(fā)生,因此,坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。由前面攔水緣 石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路塹邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =1.0,坡高 8m ,坡面流長度為 Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3為第 一級(jí)邊坡坡面長度, 2.6為碎落臺(tái)和邊溝的寬度, 1.5為平臺(tái)截水溝范圍外平臺(tái)寬 度 ) ,可計(jì)算得到路塹邊坡坡面匯流歷時(shí) =s s t L m p 1445. 1467. 0= 0. 4. 1540. 0467. 0445. 1=3.38min2.48 因此,取 t 1=3.38min 按式 v=n-1R 2/

20、3I 1/2,得 v =0.05-10.1432/30.0031/2=0.3m/s 再按式 t 2= l /(60v)=51/(600.3)=2.83min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=3.38+2.83=6.21min5min 再假設(shè)降雨歷時(shí)為 7min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.15,通過以 上過程的計(jì)算得到,當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),邊溝最長排水距離 l (出水口最大間 距)為 55m ,且匯流歷時(shí) t=6.44min7min,因此,取降雨歷時(shí)為 7min 。 當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí),根據(jù)上述計(jì)算過程對(duì) BG -A 型最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)

21、行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 7。 同樣, 對(duì) BG -B1、 BG -B2進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下的最大排水距離, 結(jié)果列于表 8、 9、 10 綜上, 各型號(hào)的邊溝隨著路線縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在設(shè) 計(jì)選型時(shí), 應(yīng)依據(jù)路線縱坡和出水口間的間距來選定, 在滿意排水的前提下, 應(yīng) 優(yōu)先選用小尺寸的型號(hào),詳細(xì)詳見下表。 5.暗埋式邊溝最大排水距離的計(jì)算 淺碟型邊溝上的路面水通過設(shè)置肯定間隔的沉砂井流入究竟部的排水管。 由 排水管底縱坡 (假設(shè)邊溝縱坡為 0.3%) , 可計(jì)算得到圓管 (直徑 d=0.5)的平均流速。 圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =3.14*d2/4=0.196m 2

22、,水力半徑, R=d/4=0.125 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 泄水力量為 Qc =Av=0.1961.053=0.206m3/s 5.1沉砂井間距計(jì)算 依據(jù)淺碟型邊溝的水力計(jì)算可知,當(dāng)溝底縱坡為 0.3%時(shí),淺碟型邊溝的最 大 排 水 距 離 為 55m , 此 時(shí) 的 設(shè) 計(jì) 徑 流 量 Q=16.67qF=16.670.8364.44531.85l 10-6m 3/s=0.1085 m3/s, 由此可知, 淺碟 型邊溝下的圓形排水管泄水力量 Qc=0.206m3/s大于該設(shè)計(jì)徑流量, 即 QcQ。 因 此,按淺碟型

23、邊溝的出水口間距來設(shè)置沉砂井是滿意要求的。 當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過程進(jìn)行計(jì)算, 驗(yàn)證按淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井是否滿意要求。結(jié)果列于下表。 由上表可知, 淺碟型邊溝下圓形排水管的泄水力量均大于按各種淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井時(shí)的設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ。因此,按淺碟型邊溝 的最大排水距離來設(shè)置沉砂井是滿意要求的。 5.2暗埋式邊溝最大排水距離的計(jì)算 1) 降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。 暗埋式邊溝下圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =

24、3.14*d2/4=0.196m 2,水力半 徑, R=d/4=0.125 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 設(shè)出水口間距為 l , 兩個(gè)出水口之間的匯水面積由兩部分組成:一部分為路面 范圍的匯水面積 F 1=19.75l ,徑流系數(shù)取 1=0.95;另外一部分為路塹坡面的 匯水面積 F 2=(81.0+2.6+1.5)l =12.1l (8為第一級(jí)邊坡高度, 1.0為第一級(jí)邊坡 坡率, 2.6為碎落臺(tái)和邊溝的寬度, 1.5為平臺(tái)截水溝范圍外平臺(tái)寬度 ) ,徑流系 數(shù)取 2=0.65;那么,總的匯水面積

25、 F= 31.85l 10-6km 2 擬定坡面為細(xì)粒土坡面,取徑流系數(shù) =(0.95F 1+0.65F 2)/(31.85l )=0.836 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù) 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定, 高速大路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 重現(xiàn)期為 15年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27, 60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。于是,暴雨強(qiáng)度為

26、 q=1.271.252.8=4.445mm/min 5)暗埋式邊溝最大排水距離計(jì)算 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.8364.44531.85l 10-6m 3/s 當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí), 暗埋式邊溝的泄水力量 (淺碟式邊溝與圓管的泄水力量 之和 ) 為 Qc =Av+Av=0.1961.053+0.3330.3=0.306m3/s 暗埋式邊溝泄水力量必需大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.30616.670.8364.44531.85l 10-6 那么,當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),暗埋式邊溝最長排水距離 l (出水口最大間距) 為 l =0

27、.306/(16.670.8364.44531.8510-6)=155m 7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 由于坡面匯流有兩部分, 一部分是路面水匯流, 另外一部分是路塹坡面水匯 流,兩部分各自同時(shí)發(fā)生,因此,坡面匯流歷時(shí)應(yīng)取二者的大者。由前面攔水緣 石的計(jì)算可得,路面匯流歷時(shí)為 2.48min ;路塹邊坡的地表粗度系數(shù)為 m 1=0.4,坡面橫坡為 i s =1.0,坡高 8m ,坡面流長度為 Ls=(11.3+2.6+1.5)=15.4m(11.3為第 一級(jí)邊坡坡面長度, 2.6為碎落臺(tái)和邊溝的寬度, 1.5為平臺(tái)截水溝范圍外平臺(tái)寬 度 ) ,可計(jì)算得到路塹邊坡坡面匯流歷時(shí) =s s t L m p

28、1445. 1467. 0= 0. 4. 1540. 0467. 0445. 1=3.38min2.48 因此,取 t 1=3.38min 按式 v=n-1R 2/3I 1/2,得 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.013-10.1252/30.0031/2=1.053m/s 再按式 t 2= l /(60v)=155/(601.053)=2.45min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=3.38+2.45=5.84min5min 再假設(shè)降雨歷時(shí)為 6min ,通過內(nèi)插得出降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù) c t =1.20,通過以 上過程的計(jì)算得到,當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),暗埋式邊溝最長排水距離

29、 l (出水口 最大間距)為 162m ,且匯流歷時(shí) t=5.94min6min,因此,取降雨歷時(shí)為 6min 。 當(dāng)溝底縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過程對(duì)暗埋式邊溝最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 13。 同樣,對(duì)暗埋式邊溝(d =60cm 、 d =70cm )進(jìn)行計(jì)算得出其在不同縱坡下 的最大排水距離,結(jié)果列于表 13、 14。 14 綜上, 各型號(hào)的暗埋式邊溝隨著路線縱坡的增大, 其最大排水距離也在增大。 在設(shè)計(jì)選型時(shí), 應(yīng)依據(jù)路線縱坡和出水口間的間距來選定, 在滿意排水的前提下, 應(yīng)優(yōu)先選用小尺寸的型號(hào),詳細(xì)詳見下表。 6.超高路段縱向集水溝最大排水距離的

30、計(jì)算 1) 降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 5min 。 集水溝過水力量按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算(留 10%平安高度) ,過水?dāng)嗝婷娣e A 為 0.192m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?為 1.36m ,水力半徑 R =A/=0.141m ,當(dāng)排水溝 縱坡為 0.3%時(shí),那么 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.012-10.1412/30.0031/2=1.24m/s 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積為路面范圍的匯水面積 F 1=18.75l ,徑流

31、系數(shù)取 1=0.95,匯水面積為 F= 18.75l 10-6km 2 徑流系數(shù) =0.95 15 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù) 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定, 高速大路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì) 重現(xiàn)期為 15年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 15年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c p =1.27,60min 降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 5min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.25。 于是,暴雨強(qiáng)度為 q=1.271.252.8=4.445mm

32、/min 5)集水溝最大排水距離計(jì)算 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.954.44518.75l 10-6m 3/s 當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),邊溝的泄水力量為 Qc =Av=0.1921.24=0.238m3/s 集水溝泄水力量必需大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.23816.670.954.44518.75l 10-6 那么,當(dāng)路線縱坡為 3 時(shí),集水溝最長排水距離 l (出水口最大間距)為 l =0.238/(16.670.954.44518.7510-6)=180m 6)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 因路面水匯流歷時(shí)為 2.48min ,因此,

33、取 t 1=2.43min 再按式 t 2= l /(60v)=180/(601.24)=2.42min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=2.43+2.42=4.85min5min 當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過程對(duì)縱向集水溝最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于下表。 集水井匯合路面水后, 通過橫向排水管將水排到路堤邊坡的急流槽。 由橫向 排水管管底縱坡 i g =2%,可計(jì)算得到圓管的 (直徑=0.3m) 平均流速。 圓形排水管的過水?dāng)嗝婷娣e A =3.14*d2/4=0.071m 2, 水力半徑, R=d/4=0.075 v=n-1R 2/3I 1/

34、2= 0.01-10.0752/30.021/2=2.515m/s 因此,橫向排水管的泄水力量為 Qc =Av=0.0712.515=0.179m3/s 縱向集水溝通過橫向排水管排出路面匯水, 但由于單根橫向排水管的泄水能 力小于縱向集水溝的泄水力量, 因此, 需要按單根橫向排水管的泄水力量來計(jì)算 縱向集水溝的最大排水距離。 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.954.44518.75l 10-6m 3/s 橫向排水管的泄水力量為 0.179m 3/s 橫向排水管的泄水力量必需大于其設(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 0.17916.670.954.4

35、4518.75l 10-6 那么,按橫向排水管的泄水力量來掌握集水溝最長排水距離 l (出水口最大 間距)為 l =0.179/(16.670.954.44518.7510-6)=135m 當(dāng)超高路段位于較長的挖方路段,挖方路段長度(縱向集水溝的排水長度) 大于上表的最大排水距離時(shí) (即單根橫向排水管的泄水力量小于該挖方路段的設(shè) 計(jì)徑流量) ,應(yīng)在填挖交界位置(較低一側(cè))加密設(shè)置橫向排水管。設(shè)置間距為 13.90m (與急流槽對(duì)應(yīng)) ,設(shè)置數(shù)量應(yīng)依據(jù)挖方路段長度(縱向集水溝的排水長 度)打算, 計(jì)算公式如下: L=l*n-13.9*(n-1) L 挖方路段長度(縱向集水溝的排水長度) l 按單

36、根橫向排水管泄水力量掌握的縱向集水溝最大排水距離 n 橫向排水管設(shè)置數(shù)量 計(jì)算結(jié)果如下表所示。 7.邊溝型式的選擇 1) 對(duì)于路塹邊溝排水長度 L 250m 的路段, 采納淺碟式邊溝或暗埋式邊溝, 詳細(xì)型式選擇如下: 對(duì)于路塹邊溝排水長度 L 50m 的路段,采納邊溝 (一 ) ; 對(duì)于路塹邊溝排水長度 50m L 150m 的路段,前 50m 路段采納邊溝 (一 ) ,剩余路段采納邊溝 (二 ) ; 對(duì)于路塹邊溝排水長度 150m L 250m 的路段,前 50m 路段采納邊溝 (一 ) ,后 100m 路段采納邊溝 (二 ) ,剩余路段采納邊溝 (三 ) ; 備注:1、各類邊溝的排水長度應(yīng)

37、為其最大排水距離減去前面邊溝的排水長度。例如, 對(duì)于長度為 150m 的路塹路段,前面 50m 采納 BG-1,后面 100m 采納 BG-2(BG-2的排水 距離(100m )=其最大排水距離(約為 150m )-前面 BG-1的排水長度(50m ) ) 。 2、各 類邊溝之間通過沉砂井進(jìn)行連接。 2) 對(duì)于路塹邊溝排水長度 L 250m 的路段, 均采納矩形邊溝, 詳細(xì)型式選 擇應(yīng)依據(jù)排水長度和溝底縱坡進(jìn)行雙控選擇。 19 二、雙向六車道 大慶至廣州高速大路粵境連平至從化段 D1合同段,選用瀝青砼路面,路面 和路肩(半幅)橫向排水的寬度為 16.0m (雙向六車道) ,路面和硬路肩橫坡為

38、2%,土路肩為 4%,路線最小縱坡為 5 。本項(xiàng)目擬設(shè)置排水溝、急流槽、邊溝、 平臺(tái)截水溝和截水溝等排水設(shè)施來排解和攔截路界范圍內(nèi)外的雨水。 現(xiàn)根據(jù) 公 路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ 018-97的規(guī)定,通過計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量反算各種排水設(shè)施各 型號(hào)的最大排水距離 (即出水口距離 ) 和面積,為確定各路段各種排水設(shè)施型號(hào)的 選取供應(yīng)參考。 1.攔水路緣石最大排水距離的計(jì)算 1)降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 3min 。 攔水路緣石與路肩鋪面構(gòu)成的淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α繛? Qc =0.37

39、7h 8/3I 1/2/(i h n )=0.3770.058/3I 0.5/(0.020.013) 注:水力坡度 I 取路線縱坡;水深 h =2500.02=5cm (即水深小于 5cm 時(shí), 淺三角型過水?dāng)嗝娴乃嫒肭钟猜芳缧∮?2.5m ,保證行車平安。 ) 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 當(dāng)出水口間距為 l 時(shí),兩個(gè)出水口之間的匯水面積為 F=l 16.010-6km 2 取徑流系數(shù) =0.95。 3) 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97的規(guī)定,高速大路路面和路肩表面排 水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為 5年。 4)降雨強(qiáng)度 按大路所在地區(qū), 查 大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97得 5年

40、設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 10min 降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為 q 5,10=2.8mm/min, 5年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)為c p =1.0,60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 60=0.5, 3min 降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 c 5=1.40。 于是,暴雨強(qiáng)度為 q=1.01.402.8=3.92mm/min 5)設(shè)計(jì)徑流量 依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量為 Q=16.67qF=16.670.953.92l 16.010-6m 3/s 6)攔水緣石最大排水距離的計(jì)算 當(dāng)路線縱坡為 5 時(shí),淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α繛?Qc =0.377h 8/3I 1/2/(i h n ) =0.3

41、770.058/30.0050.5/(0.020.013) =0.035 m3/s 淺三角型過水?dāng)嗝娴男顾α勘匦璐笥谄湓O(shè)計(jì)徑流量,即 QcQ 20 0.03516.670.953.92l 16.010-6 那么,當(dāng)路線縱坡為 5 時(shí),攔水路緣石最長排水距離 l (出水口最大間距) 為 l =0.035/(16.670.953.9216.010-6)=35m 7)檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè) 由表查得地表粗度系數(shù)為 m 1=0.013,路面橫坡為 i s =0.02,坡面流長度為 Ls=16.0m,可計(jì)算得到坡面匯流歷時(shí) =s s t L m 1445. 1467. 01= 0.0216.00.0130.

42、4671.445=1.73min 按式 v=20ig 0.6得 v =200.0050.6=0.83m/s, 再按式 t 2= li /(60v)=35/(600.83)=0.70min 由此,可得到匯流歷時(shí)為 t= t1+ t2=1.73+0.70=2.43min3min 當(dāng)路線縱坡為其它數(shù)值時(shí), 根據(jù)上述計(jì)算過程對(duì)攔水路緣石最大排水距離進(jìn) 行計(jì)算,并對(duì)匯流歷時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果列于表 1。 由表 1可知, 攔水路緣石的最大排水距離隨著路線縱坡的加大而增大, 匯流 歷時(shí)均小于 3min 。因此,現(xiàn)擬定 : 當(dāng)路線縱坡為 0.5%0.7%時(shí),出水口間距設(shè)為 35m ; 當(dāng)路線縱坡為 0.7%1.0

43、%時(shí),出水口間距設(shè)為 40m ; 當(dāng)路線縱坡為 1.0%1.5%時(shí),出水口間距設(shè)為 50m ; 當(dāng)路線縱坡為 1.5%2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 60m ; 當(dāng)路線縱坡為大于 2.0%時(shí),出水口間距設(shè)為 70m 。 2.急流槽水力計(jì)算 攔水緣石匯合路面水后, 通過設(shè)置肯定間隔的急流槽將水排到路堤邊坡底部 的排水溝。由急流槽槽底縱坡(即路堤邊坡坡度 i g =1:1.5) i g =66.7%,可計(jì)算得 到矩形 (b=0.4, h=0.2)溝平均流速 現(xiàn)擬采納的矩形急流槽寬 0.40m , 高 0.2m 。 若矩形急流槽的過水力量按水深 達(dá)到 16cm 計(jì)算(留 20%平安高度) ,則過水?dāng)嗝婷?/p>

44、積 A 為 0.064m 2,過水?dāng)嗝?濕周 為 0.72m ,水力半徑, R=bh/(b+2h)=0.089 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s 設(shè)路基填土為 7米高,則急流槽長度 l 為 10.5m ,可得到急流槽的溝管匯流 歷時(shí) t 3=l /(60v)=10.5/(6010.85)=0.016min 由于急流槽內(nèi)平均流速較快, 所以急流槽內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)較小, 對(duì)暴雨強(qiáng) 度的影響可忽視不計(jì)。因此,降雨歷時(shí)仍為 3min 時(shí),暴雨強(qiáng)度為 3.92mm/min。 因此,依據(jù)大路排水設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ018-97,設(shè)計(jì)徑流量仍為

45、Q=16.67qF=16.670.853.92l 16.010-6m 3/s 當(dāng)急流槽溝底縱坡為 66.7%時(shí),矩形急流槽的泄水力量為 Qc =Av=0.06410.85=0.694m3/s 依據(jù)攔水緣石的水力計(jì)算得出, 不同出水口間距的設(shè)計(jì)徑流量, 結(jié)果列于表 2。 由表 2可知,急流槽泄水力量遠(yuǎn)大于按各種間距設(shè)置出水口時(shí)的設(shè)計(jì)徑流 量,即 QcQ。因此,按攔水緣石出水口間距來設(shè)置急流槽是滿意要求的。 3.排水溝最大排水距離的計(jì)算 1)降雨歷時(shí) 降雨歷時(shí)取設(shè)計(jì)掌握點(diǎn)的匯流歷時(shí), 其值為匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施 (出水 口)處的坡面匯流歷時(shí)與溝內(nèi)的溝管匯流歷時(shí)之和。設(shè)降雨歷時(shí)為 10min 。 PSG -1型的過水力量按水深達(dá)到 48cm 計(jì)算 (留 20%平安高度) , 過水?dāng)嗝?面積 A 為 0.288m 2,過水?dāng)嗝鏉裰?為 1.56m ,水力半徑 R =A/=0.185m,當(dāng)排 水溝縱坡為 0.3%時(shí),那么 v=n-1R 2/3I 1/2= 0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s 2) 匯水面積和徑流系數(shù) 設(shè)出水口間距為 l ,兩個(gè)出水口之間的匯水面積 (設(shè)路基填土高