第七章 路基路面排水設(shè)計

第七章路基路面排水設(shè)計第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計5、排水設(shè)計的任務(wù)是設(shè)置排水設(shè)施，把影響路基強度和穩(wěn)定性的水排到路基范圍以外，確保路基的強度和穩(wěn)定性。6、地表排水可分為路面表面排水、中央分隔帶排水和坡面排水三部分。二、路基路面排水設(shè)計的一般原則（1）因地制宜、全面規(guī)劃、因勢而導(dǎo)、綜合整治、講究實效、注意經(jīng)濟，充分利用有利地形和自然水系；（2）各種路基排水溝渠的設(shè)置，應(yīng)注意與農(nóng)田水利相配合，必要時可適當(dāng)增設(shè)涵管或加大涵管孔徑，以防農(nóng)業(yè)用水影響路基的穩(wěn)定性；（3）設(shè)計前必須進行調(diào)查研究，查明水源與地質(zhì)條件，第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計重點路段要進行排水系統(tǒng)的全面規(guī)劃，考慮路基排水與橋涵布置相配合，排水困難和地質(zhì)不良路段，應(yīng)與路基加固相配合；（4）路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，盡量不破壞天然水系；（5）路基排水要結(jié)合當(dāng)?shù)厮臈l件和道路等級等具體情況，就地取材，以防為主，講究經(jīng)濟效益；（6）迅速排除路面積水。第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計第二節(jié)路基排水設(shè)備的構(gòu)造與布置一、地面排水設(shè)備包括：邊溝、截水溝、排水溝、跌水、急流槽及渡槽與倒虹吸及積水池等。（1）邊溝設(shè)置在挖方路基的路肩外側(cè)或低路堤坡腳外側(cè)，走向與路中線平行，用以匯集和排除路基范圍內(nèi)和流向路基的少量地面水。邊溝的排水量不大，一般不需進行水文水力計算，邊溝緊靠路基，不允許其他排水溝渠的水流引入，也不能與其他人工溝渠合并使用；邊溝不宜過長，邊溝的縱坡一般與路線縱坡一致，平坡路段，邊溝仍應(yīng)保持0.3%~0.5%第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計的最小縱坡；邊溝的橫斷面形式有：梯形、矩形、三角形及流線形。（2）截水溝又稱天溝，一般設(shè)置在挖方路基邊坡坡頂以外，或山坡路堤上方的適當(dāng)?shù)攸c，用以攔截并排除路基上方流向路基的地面徑流，減輕邊溝的水流負擔(dān)，保證挖方邊坡和填方坡腳不受水流沖刷。截水溝的橫斷面形式一般為梯形，溝深不小于0.5米，截水溝的位置，盡量與絕大多數(shù)地面水流方向垂直，溝底應(yīng)具有不小于0.3%以上的縱坡，截水溝長度一般以200~500米為宜。（3）排水溝第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計主要用途在于引水，將路基范圍內(nèi)各種水源的水流引至橋涵或路基范圍以外的指定地點。排水溝的橫斷面形式一般為梯形，尺寸經(jīng)水力水文計算確定，排水溝的位置可根據(jù)需要并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螚l件而定，離路基盡可能遠些，距離路基坡腳不宜小于2米，連續(xù)長度宜短，一般不超過500米。排水溝應(yīng)具有合適的縱坡，以保證水流暢通。（4）跌水與急流槽跌水與急流槽是路基地面排水溝渠的特殊形式，用于陡坡地段排水，溝底縱坡可達45度。由于流速快，一般宜采用漿砌塊石或混凝土預(yù)制塊砌筑，并且有相應(yīng)的防護與加固措施。跌水的構(gòu)造有單級和多級之分，溝底亦有等寬和變寬兩種。第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計跌水由進水口、跌水槽和出水口三部分組成；跌水槽部分由跌水墻、平臺和消能設(shè)備組成。跌水兩端的土質(zhì)溝渠應(yīng)注意加固，保持水流暢通，不致產(chǎn)生水流沖刷和淤積，以充分發(fā)揮跌水的排水效能。急流槽的縱坡比跌水的平均縱坡更陡，結(jié)構(gòu)的堅固穩(wěn)定性要求更高，是山區(qū)公路回頭曲線溝通上、下線路基排水及溝渠出水口的一種常見排水設(shè)施。急流槽的構(gòu)造由進水口、急流槽和出水口三部分組成。急流槽多用漿砌片石、塊石或混凝土砌筑。（5）倒虹吸與渡水槽當(dāng)水流需要橫跨路基，同時受到設(shè)計標(biāo)高限制的情況下，可以采用管道或溝槽，從路基底部或上部架空跨越，前者稱倒虹吸，后者稱為渡水槽。第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計倒虹吸埋置不宜過深，以填土高度不超過3米為宜。渡水槽相當(dāng)于渡水橋，其作用是在路基上空將兩側(cè)溝渠連接起來，以保證水流暢通。其設(shè)計與受力與橋梁相似。6、蒸發(fā)池氣候干旱、排水困難地段，可利用沿線的集中取土坑或?qū)ｉT設(shè)置蒸發(fā)池排除地表水。蒸發(fā)池與路基邊溝間應(yīng)設(shè)排水溝連接。蒸發(fā)池邊緣與路基邊溝距離不應(yīng)小于5米，面積較大的蒸發(fā)池不得小于20米。池中水位應(yīng)低于排水溝的溝底。蒸發(fā)池的容量以一個月內(nèi)路基匯入池中的水能及時完成滲透與蒸發(fā)作用為依據(jù)。容量不宜超過200~300立方米，深度不大于1.5~2.0米。第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計二、地下排水設(shè)備公路上常用的地下排水結(jié)構(gòu)物有盲溝、滲溝和滲井等。其特點是排水量不大，主要以滲流方式匯集水流，并就近排出路基范圍以外。（1）暗溝相對于地面排水的明溝而言，暗溝又稱盲溝。根據(jù)溝內(nèi)分層填以大小不同的顆粒材料，利用滲水材料透水性將地下水匯集于溝內(nèi)，并沿溝排泄至指定地點，此種構(gòu)造相對于管道流水而言，稱之為盲溝。簡易盲溝的設(shè)置不易過長，溝底有1%~2%的縱坡。（2）滲溝采用滲透方式將地下水匯集于溝內(nèi)，并通過溝底通道將水排至指定地點，這種地下排水設(shè)施稱為滲溝。第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計滲溝有三種結(jié)構(gòu)形式。盲溝式滲溝與簡易盲溝相似，但構(gòu)造更完善，當(dāng)?shù)叵滤髁枯^大，要求埋置更深，可在溝底設(shè)洞或管，前者稱為洞式滲溝，后者稱為管式滲溝。（3）滲井其作用是匯集離地面不深處含水層中的地下水，使其滲入更深的含水層中，以降低上層的地下水位或全部予以排除，疏干路基。滲井一般直徑為1.0~1.5米圓柱形或1~1.5米的方形。井深視地層構(gòu)造情況而定，井內(nèi)由中心向四周按層次分別填入由粗至細的砂石材料。由于滲井施工難度較大，單位滲水面積的造價高于滲溝，一般盡量少用。第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計第三節(jié)路面排水設(shè)計一、路面表面排水路面表面排水的主要任務(wù)是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面積水而影響行車安全。路面表面排水應(yīng)遵循下列原則：1、降落在路面上的雨水，應(yīng)通過路面橫向坡度向兩側(cè)排走，避免行車道路面范圍內(nèi)出現(xiàn)積水；2、在路線縱坡平緩、匯水量不大，路堤較低且邊坡坡面不會受到?jīng)_刷的情況下，應(yīng)采用在路堤邊坡上橫向漫坡的方式排除路面表面水；3、在路堤較高，邊坡坡面未做防護而易受路面表面水沖刷，或者坡面雖已采取防護措施但仍有可能受到?jīng)_刷時，應(yīng)沿路肩外側(cè)邊緣設(shè)置攔水帶，匯集路面表面水，第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計然后，通過泄水口和急流槽排離路堤。（4）設(shè)置攔水帶匯集路面表面水時，攔水帶過水?dāng)嗝鎯?nèi)的水面，在高速公路及一級公路上不得漫過右側(cè)車道外邊緣，在二級和二級以下公路上不得漫過右側(cè)車道中心線。攔水帶可由瀝青混凝土現(xiàn)場澆筑，或者由水泥混凝土預(yù)制塊鋪砌而成。二、中央分隔帶排水是高速公路及一級公路地表排水的重要內(nèi)容，我國規(guī)范將中央分隔帶排水分為三種方式：1、寬度小于3米且表面采用鋪面封閉的中央分隔帶排水—表面水排向兩側(cè)車道。第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計2、寬度大于3米且表面未采用鋪面封閉的中央分隔帶排水——表面水匯集在分隔帶中央的低洼處，通過縱坡排流到泄水口。3、表面無鋪面且未采用表面排水措施的中央分隔帶——水分下滲，由分隔帶內(nèi)的地下排水設(shè)施排除。三、路面內(nèi)部排水1、設(shè)置路面內(nèi)部排水系統(tǒng)的情況：A、年降水量為600毫米以上的濕潤和多雨地區(qū)，路基由透水性差的細粒土組成的高速公路和一級公路或重要的二級公路；B、路基兩側(cè)有滯水，可能滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)；C、嚴(yán)重冰凍地區(qū)，路基為由粉性土組成的潮濕、過濕路段；第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計D、現(xiàn)有路面改建或改善工程，需排除積滯在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分。2、路面內(nèi)部排水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合下列要求：A、泄水能力應(yīng)大于滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水量，且下游的排水設(shè)施的泄水能力應(yīng)超過上游；B、滲入水在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大滲流時間，冰凍區(qū)不超過1小時，其他地區(qū)不應(yīng)超過2到4小時；C、各項排水設(shè)施不應(yīng)被滲流從路面結(jié)構(gòu)、路基或路肩中帶來的細料堵塞。路面滲水量計算公式按（7-7）、（7-8）計算。第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計四、邊緣排水系統(tǒng)由沿路面邊緣設(shè)置的透水性填料集水溝、縱向排水溝、橫向出水管和過濾織物組成的邊緣排水系統(tǒng)。五、排水基層的排水系統(tǒng)直接在面層下設(shè)置透水性排水基層，在其邊緣設(shè)置縱向集水溝和排水管以及橫向出水管等，組成排水基層排水系統(tǒng)，采用透水性材料做基層，使?jié)B入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，先通過豎向滲流進入排水層，然后通過橫向滲流進入縱向集水和排水管，再由橫向出水管排引出路基。排水基層下必須設(shè)置不透水墊層或反濾層，以防止表面水向下滲入墊層，排水墊層按路基全寬設(shè)在其頂面。第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計第四節(jié)明渠水力水文計算一、設(shè)計流量流量計算公式為（7-12）二、水力計算1、基本關(guān)系對于具有規(guī)則形狀的溝渠斷面，以及溝底縱坡較緩，流量與流速按等速流的關(guān)系式為（7-18）；2、流速系數(shù)又稱徑流系數(shù)，取決于水流條件，采用公式（7-20）；3、容許的最小與最大流速按經(jīng)驗公式（7-22）及表7-13取定；第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計4、常用的溝渠斷面水力要素計算式（7-23）~（7-25）5、最佳水力斷面的水力要素計算又稱經(jīng)濟斷面，指在固定設(shè)計流量的條件下，按容許最大流速通過時，所得面積為最小的水流斷面。四、跌水跌水的水力計算，包括進水口、消力池和出水口，關(guān)鍵是確定消力池的長度和深度。1、進水口——矩形斷面的進口部分，寬度計算公式（7-33）；進口處的最大流速為（7-34）；2、消力池——計算公式（7-36）、（7-37）3、出水口第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計五、急流槽急流槽的縱坡比跌水的平均縱坡更陡，結(jié)構(gòu)的堅固穩(wěn)定性要求更高，是山區(qū)公路回頭曲線溝通上、下線路基排水及溝渠出水口的一種常見排水設(shè)施。急流槽的構(gòu)造由進水口、急流槽和出水口三部分組成。急流槽的水力計算，首先依地形先定槽身尺寸及縱坡。1、臨界縱坡——指槽中水流的正常水深等于臨界水深時的底坡。按式（7-42）計算。2、急流槽長度——（7-43）計算。3、水面曲線長度——按式（7-44）計算。4、判別水躍性質(zhì)——P219第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計六、倒虹吸管流速按式（7-46）計算；流量按式（7-47）計算。第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日第七章路基路面排水設(shè)計第五節(jié)暗溝的水力水文計算一、地下水流量及降落曲線方程1、滲流的流量與流速——按式（7-49）~（7-51）2、完整式滲溝——降落曲線方程為式（7-52）3、含水層無限的不完整式滲溝——按式（7-55）計算4、含水層有限不完整式滲溝——按式（7-57）計算5、滲井——水流降落曲線方程（7-58），流量為（7-59