第五章道路水设计及桥涵方案设计.docx
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第五章道路水设计及桥涵方案设计
5道路排水设计及桥涵方案设计
5.1道路排水设计
道路排水系统包括路基排水、路面排水和中央分隔带排水三部分。
路基排水系统包括边沟和排水沟。
设计中通过边沟、排水沟、桥涵等排水构造物将水排入天然河沟，以形成完整的排水系统。
因此道路排水系统设计包括路基排水设计、路面排水设计和中央分隔带排水设计。
5.1.1路基排水设计
路基排水主要通过两侧的边沟和集水沟及挡水土堤来进行。
边沟将汇集的路面水、路基边坡排入河沟或排入排水涵洞中，或用排水沟引离路基。
路线经过河塘地段时，设置填筑式边沟，或直接通过河塘排水，一般不应将水排入鱼塘。
路基路面排水的一般原则如下:
1）排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合处置、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系；
2）沟槽的顶面高度应高出设计水位0.1～0.2m。
边沟纵坡一般不小于0.5%，特殊情况下可减至0.3%。
边沟长度原则上不超过300m，最大不超过500m。
当边沟与沟渠、道路发生交叉时，一般将边沟水直接排入排水沟，遇灌溉沟渠时，则考虑将边沟水向两侧排除，当边沟必须穿越道路时，设置边沟过路涵穿越。
边沟（排水沟）出水口与较大河沟相接处，当可能发生冲刷时采用急流槽将水引入河沟中。
根据地势走向情况，以及周围天然河沟的分布情况，同时在排水沟设计中尽量减少填方量。
该路段排水沟设计如下，各段边沟起始桩号、沟底纵坡列表（5.1）。
5.1.2中央分隔带排水
中央分隔带采用锯齿型，并植草绿化防目眩。
为排除中央分隔带下渗水，采用纵向碎石盲沟结合横向塑料排水管排出中间带填土渗水。
盲沟采用矩形断面，宽60m，深20～38cm，纵坡不小于0.3%，其沟底及侧壁、中间带土基表面以及中央分隔带路面结构外侧采用2cm厚水泥砂浆抹面并涂沥青防渗层及铺设防渗土工布。
碎石盲沟顶面铺一层透水土工布，以防中间带填土污染碎石盲沟而降低透水功能，中央分隔带纵向碎石盲沟内贯穿埋设φ5cm中空耐压塑料管，每间隔50～70m设置较盲沟地面底20cm得集水槽，集水槽内埋设带孔塑料三通管并于横向φ8cm聚氯乙烯硬塑料排水管相接，将中央分隔带中下渗水排出路基以外。
5.1.3系统布置
按照《公路排水设计规范》（JTJ018-97）综合本路段道路平纵横设计，综合考虑沿线地形地貌及桥涵设置情况拟定排水系统表（5.1）。
表5.1边沟设计表
序号
起讫桩号
终点沟底设计高程（m）
边沟位置
边沟长度（m）
边沟纵坡（%）
原地面高程（m）
起点沟底设计高程（m）
1
K0+000～160
K0+000
右
160
+0.3
32.64
32.00
K0+160
32.60
32.48
2
K0+000～090
K0+000
左
90
+0.3
32.64
32.00
K0+090
32.60
32.27
3
K0+162～280
K0+162
右
118
+0.3
32.64
32.00
K0+280
32.60
32.35
4
K0+092～280
K0+092
左
188
+0.3
32.61
32.00
K0+280
32.60
32.56
5
K0+325～505
K0+325
右
180
-0.3
32.63
32.54
K0+505
32.43
32.00
6
K0+325～390
K0+325
左
65
-0.3
32.63
32.11
K0+390
32.62
31.91
7
K0+507～560
K0+507
右
53
-0.3
32.64
32.16
K0+560
32.41
32.00
8
K0+392～560
K0+000
左
168
-0.3
32.64
32.60
K0+160
32.60
32.10
9
K0+562～850
K0+0562
右
290
-0.4
32.41
32.69
K0+850
32.03
31.53
10
K0+562～872.7
K0+562
左
312.7
-0.4
32.41
32.91
K0+872.7
32.06
31.66
11
K0+850～K1+198
K0+850
右
348
-0.3
32.03
32.09
K1+198
32.05
31.05
12
K0+872.7～K1+208
K0+872.7
左
335.5
-0.3
32.06
33.14
K1+208
32.06
31.46
13
K1+230～382
K1+230
右
162
+0.3
32.05
31.55
K1+382
32.01
32.04
14
K1+208～333.5
K1+208
左
103.3
+0.3
32.06
31.56
K1+333.5
32.04
31.87
15
K1+382～K1+521
K1+382
右
161
+0.3
32.01
31.71
K1+521
32.50
32.19
16
K0+872.7～K1+208
K0+872.7
左
202
+0.3
32.04
31.64
K1+208
32.52
32.25
17
K1+572.5～670
K1+572.5
右
129
-0.3
32.56
32.41
K1+670
32.52
32.02
18
K1+515～659.8
K1+515
左
144.8
-0.3
32.52
32.44
K1+659.8
32.56
32.06
19
K1+671.5～744.8
K1+671.5
右
73.3
-0.3
32.52
32.38
K1+744.8
32.45
32.05
20
K1+660.8～721
K1+660.8
左
60.2
-0.3
32.56
32.23
K1+721
32.40
32.00
21
K2+090～305
K2+090
右
215
+0.3
31.04
30.74
K2+305
31.52
31.39
22
K2+078～305
K2+078
左
227
+0.3
31.05
30.75
K2+305
31.50
31.43
23
K2+306.5～450
K2+306.5
右
143.5
+0.4
31.52
31.20
K2+450
31.33
31.77
24
K2+306.5～450
K2+306.5
左
143.5
+0.4
31.52
31.20
K2+450
31.30
31.77
25
K2+454～686
K2+454
右
252
-0.4
31.34
31.60
K2+686
31.47
31.09
26
K2+454～666
K2+454
左
212
-0.4
31.36
31.98
K2+666
31.42
31.05
27
K2+726～851.5
K2+726
右
125.5
-0.3
31.25
31.38
K2+851.5
31.21
31.00
28
K2+686～851.5
K2+686
左
165.5
-0.3
31.30
31.50
K2+851.5
31.21
31.00
29
K2+853～K3+112
K2+853
右
259
-0.4
31.28
31.99
K3+112
31.23
30.95
30
K2+853～K3+120
K2+853
左
267
-0.4
31.28
31.97
K3+120
31.25
30.90
31
K3+112～177.008
K3+112
右
65.008
+0.3
31.23
31.00
K3+177.008
31.22
31.20
32
K3+120～177.008
K3+120
左
57.008
+0.3
31.25
31.00
K3+177.008
31.22
31.17
图5-1边沟示意图
（1）边沟的尺寸见图5―1。
（2）路面水大部分沿路线纵坡和路面横坡漫流经路基边坡进入路基边沟，排至路基之外，另一部分路面下渗水通过设置在水泥稳定碎石顶面的沥青封层表面和路肩下的碎石透水层以及每隔10～15m设置一道横向塑料排水管排至防护的边坡，流入边沟。
边沟沟内采用浆砌块石铺砌。
5.1.4路基排水结构物设计
路基排水采用浆砌片石明沟排水，排水横断面为梯形，底宽0.5米，沟深0.5米，内侧边坡坡度1：
1，汇水长度取348米，沟底纵坡为0.5%，路基最大填土高度为8米，边坡坡度取为1：
1.5，坡面流长计算汇水面积时
1）路界内各项排水设施所需排泄的设计径流量按式5―1计算。
（5―1）
式中
—设计径流量，m3/s；
—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min；
—径流系数；
—汇水面积，km2。
计算路界内各项排水设施的汇水面积。
路面汇水面积：
＝12.5×348=4375m2
边坡汇水面积：
＝1.5×8.0×348=4176m2
护坡道汇水面积
＝2.0×350=700m2
总汇水面积：
＝
m2
查《公路排水设计规范》（JTJ018－97）表3.0.8沥青混凝土路面径流系数取ψ=0.95，坡面采用植草及拱形骨架护坡，径流系数ψ=0.65，护坡道的径流系数ψ=0.4，所以汇水区的径流系数为:
2）汇流历时
假设汇流历时10min,路届内坡面排水设计降雨的重现期为15年。
路面和路肩表面的排水设计降雨的重现期为5年
降雨强度以式（5―2）计算。
（5―2）
式中 q5,10—5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度,mm/min；
—重现期转换系数，为设计重现期降雨强度qP同标准重现期降雨强度q5的比值qP/q5；
—降雨历时转换系数，为降雨历时t的降雨强度qt同10min降雨历时的降雨强度q10的比值qt/q10。
由《公路排水设计规范》（JTJ018－97）表3.0.7-1查得该地区15年重现期转换系数Cp=1.27，由《公路排水设计规范》（JTJ018－97）图3.0.7-1，查得该地区5年重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.5mm/min，由《公路排水设计规范》（JTJ018－97）图3.0.7-2查得该地区的60min降雨强度转换系数C60=40，再由《公路排水设计规范》（JTJ018－97）表3.0.7-2查得10min降雨历时转换系数C10=1.25。
则：
降雨强度：
（mm/min）
设计径流：
3）检验汇流历时
（1）水力半径计算
（5―3）
式中R—水力半径，m；
A—沟渠的过水断面面积，（m2）；
ρ—湿周，按式5―1―7计算。
（5―4）
式中b－沟底宽（m）；
h－沟渠过水深度（m）；
K－系数，按式5―8计算。
（5―5）
式中m－沟渠边坡坡度。
沟渠的过水断面面积：
（m2）
湿周：
所以：
m
（2）平均流速
按公式5—6计算排水沟的平均流速：
（5—6）
式中：
—排水沟平均流速没m/s；
—沟壁的粗糙系数；
—水力半径m；
—水力坡度。
查规范《公路排水设计规范》（JTJ018-97）表8.1.3浆砌片石粗糙系数n=0.025
所以：
m/s
查《公路排水设计规范》（JTJ018-97）8.1.4浆砌片石边沟最大允许流速为2.0m/s，明沟的最小允许流速为0.4m/s,所以1.07m/s可以满足要求。
3）检验汇流历时
边坡坡面的汇流历时按公式5—7计算：
（5—7）
式中：
—坡面汇流历时，min；
—坡面流长度，m；
—地表粗度系数；
—坡面流的坡度取为0.013；
沥青路面的汇流历时横坡为2%，坡面长度为12.5m,
路基坡面（坡度为1：
1.5，坡面流长12m）
护坡道的汇流历时（坡面流长为2m，坡度为4%）
根据沟内平均流速
＜15min
（4）流量检验
沟渠内的泄水能力按下式（5－8）计算：
（5－8）
式中：
—沟渠泄水能力,m3/s；
—平均流速,m/s；
—过水断面,m2。
（m2/s）＞Q计
=0.38（m2/s）
所以边沟泄水能力大于设计径流量。
5）流速的比较
由《公路排水设计规范》（JTJ018－97）8.1.4查得明沟的最小允许流速为0.4m/s。
最大允许流速为2.0m/s，边沟的设计流速0.4m/s≤v=1.07m/s≤2.0m/s，所以边沟设计流量速满足最小、最大允许流速的规定。
综合泄水能力与流速的验算，边沟截面尺寸符合排水要求。
5.1.6路面排水设计
1）路面排水设计应遵循以下原则：
（1）降落在路面上的雨水，通过路面横向坡度向两侧排流，避免行车道范围内出现积水。
（2）在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，采用在路堤边坡上横向漫流的方式排除路面水。
（3）在路堤较高，边坡坡面未做防护而易遭受路面表面水冲刷，或者坡面已采取措施但仍有可能受到冲刷时，沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集表面水，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，在高速公路上不得漫过右侧车道外边缘
2）一般路段路面排水
一般路段，路面水由路拱向两侧经土路肩自然排除，为防止水流对土路肩和路堤边坡的冲刷，土路肩设置浆砌片石护肩结合铺朝草皮防护。
路面排水采用分散排水方式。
3）路面面层下封层结合土路肩排水
大气降水在路面上径流，绝大部分已分散排走，为防止少量下渗水浸湿路面面层和土基而造成了路面基层或土基强度降低，在水泥稳定碎石层顶面铺设乳化沥青下封层。
在土路肩种植土下设置纵向碎石盲沟，然后每隔2.5m间距在石砌护肩或骨架护坡的石砌镶边中埋设横向φ5cm硬塑料管，以排除一般路段路面渗水。
5.2桥涵方案设计
5.2.1桥涵设计原则
1）根据公路的使用任务、性质和将来的发展需要，按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计；
2）桥型的选择该符合因帝制宜、就地取材和便于施工、养护的原则；
3）公路桥涵适当考虑农田排灌的需要；
4）新建桥梁尽量采用标准化装配式结构；
6）桥涵的跨径均在60m以下，采用标准路径。
5.2.2桥涵方案设计
1）大、中桥设计
大、中桥桥位均符合路线总体走向，路桥综合考虑，并适应地方的各种规划（城镇、路网、水利等）。
在选定桥位时，首先结合路线布设进行综合比较，取得合理的桥位和理想的线路线位，桥孔布设除满足设计流量水位和通航要求外，一般不压缩河床，对有防洪和通航要求的河堤，留有人、车通行道。
2）小桥涵设计
凡路线跨越人工河流时，小桥涵的布设以河渠为基础，以不打乱现有排灌系统为原则，排灌渠尽量分别设置桥涵，对于渠道过于密集位置相距不远，且具有合并条件的沟渠，应予以适当合并和改移，并铺以线外改建水渠相连接，以保证水渠的排灌功能，并使涵洞设置不至于因距离太近而带来施工困难。
5.2.3涵洞设计
根据道路沿线车辆，行人的通行要求和沟渠排水要求，结合当地地形设计桥梁、通道的设计方案如表（5.2）。
表5.2桥涵方案设计表
桥涵位置
跨径（m）
建筑高度（m）
结构形式
K0+129～K131
2
—
钢筋混凝土管涵
K0+285～K0+325
2×20
0.5
预应力混凝土空心板梁桥
K0+469～K0+471
2
—
钢筋混凝土管涵
K0+558～K0+562
4
—
钢筋混凝土箱形通道
K0+619～K0+621
2
—
钢筋混凝土管涵
K0+868～K0+872
4
—
钢筋混凝土箱形通道
K1+198～K1+230
2×16
0.5
预应力混凝土空心板梁桥
K1+381～383
2
—
钢筋混凝土管涵
K1+559～K1+561
2
—
钢筋混凝土管涵
K1+669～K1+671
2
－
钢筋混凝土管涵
K1+757.5～K2+087.5
12×30
2
预应力混凝土箱形梁桥
K2+304～K2+306
2
—
钢筋混凝土管涵
K2+450～K2+454
4
—
钢筋混凝土箱形通道
K2+682～K2+730
3×16
0.5
预应力混凝土空心板梁桥
K2+852～K2+854
2
—
钢筋混凝土管涵
K3+115～K3+117
2
—
钢筋混凝土管涵
5.2.4通道设计
由于高速公路的全封闭性要求，决定了高速公路设计过程中每个一定距离设一条通道，以供高速公路两边行人、车辆、农机耕具通行。
通道的设计主要考虑其净空要求，同时应考绿到远景年限两边的通行要求。
依据规范通道净空要求列表（5.3）。
表5.3通道最小净空
通道类型
净空要求
汽车通道
≥3.2m
机耕通道
≥2.7m
人行通道
≥2.2m
6.道路工程量计算
6.1道路工程量计算
6.1.1土石方量计算
土石方量计算公式用平均断面法计算如式（6－1）
（6－1）
式中
—土方量，m3；
，
—填挖方面积，m2；
—距离，m。
表6.1徐州大吴地区就JK段高速公路土石方量
桩号
横断面面积（m2）
横断面平均面积（m2）
间距（m）
土石方（m3）
填方
挖方
填方
挖方
填方
挖方
K0+800
167.77
0.27
155.97
0.38
20
3119.3
7.5
K0+820
144.16
0.48
143.02
0.49
20
2860.4
9.8
K0+840
141.88
0.5
141.50
0.37
20
2830
7.4
K0+860
141.12
0.24
141.24
0.12
20
2824.8
2.4
K0+880
141.36
0
143.54
0.01
20
2870.8
0.2
K0+900
145.72
0.02
150.55
0.01
20
3011
0.2
K0+920
155.38
0
159.55
0.01
20
3191
0.1
K0+940
163.72
0.01
169.56
0.40
20
3391.1
8
K0+960
175.39
0.79
180.11
0.52
20
3602.2
10.3
K0+980
184.83
0.24
190.28
0.29
20
3805.6
5.7
K1+000
195.73
0.33
195.65
0.36
20
3913
7.1
K1+020
195.57
0.38
202.53
0.53
20
4050.6
10.5
K1+040
209.49
0.67
213.79
0.75
20
4275.7
15
K1+060
218.08
0.83
219.46
0.89
20
4389.2
17.7
K1+080
220.84
0.94
233.80
1.07
20
4675.9
21.3
K1+100
246.75
1.19
251.56
1.26
20
5031.1
25.1
K1+120
256.36
1.32
261.43
1.48
20
5228.6
29.6
K1+140
266.5
1.64
277.23
1.90
20
5544.5
38
K1+160
287.95
2.16
281.36
2.31
20
5627.1
46.1
K1+180
274.76
2.45
290.64
1.58
28
8137.92
44.1
K1+240
306.52
0.7
307.60
0.62
20
6152
12.4
K1+260
308.68
0.54
310.90
0.47
20
6217.9
9.3
K1+280
313.11
0.39
317.18
0.35
20
6343.5
6.9
K1+300
321.24
0.3
4938.41
16.11
101093.22
322.10
6.1.2道路工程材料消耗量
道路工程材料消耗量见表（6.2）。
表6.2 主线每延米工程量表
序号
材 料 名 称
单 位
数量
1
4cm AK－16B
m2/m
23.5
2
6cm AC－20I
m2/m
23.5
3
7cm AC－25I
m2/m
23.5
4
沥青封层
m2/m
24.4
5
30cm水泥稳定碎石
m2/m
24.4
6
20cm二灰土
m2/m
26.8
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