路基排水沟边沟水力计算书Word文件下载.docx
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2)汇水面积和径流系数
当出水口间距为l时,两个出水口之间的汇水面积为
F=l×
19.75×
10-6km2
取径流系数Ψ=0.95。
3)设计重现期
根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定,高速公路路面和路肩表面排水设计重现期为5年。
4)降雨强度
按公路所在地区,查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.8mm/min,5年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.0,60min降雨强度转换系数为c60=0.5,3min降雨历时转换系数为c5=1.40。
于是,暴雨强度为
q=1.0×
1.40×
2.8=3.92mm/min
5)设计径流量
根据《公路排水设计规范》JTJ018-97,设计径流量为
Q=16.67ΨqF=16.67×
0.95×
3.92×
l×
10-6m3/s
6)拦水缘石最大排水距离的计算
当路线纵坡为5‰时,浅三角型过水断面的泄水能力为
Qc=0.377×
h8/3×
I1/2/(ih×
n)=0.377×
0.058/3×
0.0050.5/(0.02×
0.013)=0.035 m3/s
浅三角型过水断面的泄水能力必须大于其设计径流量,即Qc>
Q
0.035>
16.67×
0.95×
19.75×
10-6
那么,当路线纵坡为5‰时,拦水路缘石最长排水距离l(出水口最大间距)为
l=0.035/(16.67×
0.95×
3.92×
19.75×
10-6)=28.55m
7)检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为m1=0.013,路面横坡为is=0.02,坡面流长度为Ls=19.75m,可计算得到坡面汇流历时
=
=1.909min
按式v=20ig0.6得v=20×
0.0050.6=0.83m/s,
再按式t2=li /(60×
v)=28.55/(60×
0.83)=0.57min
由此,可得到汇流历时为
t=t1+t2=1.909+0.57=2.48min<
3min
当路线纵坡为其它数值时,按照上述计算过程对拦水路缘石最大排水距离进行计算,并对汇流历时进行检验,结果列于表1。
表1不同路线纵坡拦水路缘石最大排水距离
路线纵坡(%)
泄水能力(m3/s)
出水口间距(m)
汇流历时(min)
0.5%
0.035
28
2.48
0.7%
0.041
34
2.46
1.0%
0.049
40
2.44
1.5%
0.060
49
2.42
2.0%
0.070
57
2.40
2.5%
0.078
63
2.39
3.0%
0.085
70
2.38
3.5%
0.092
75
2.38
4.0%
0.098
80
2.37
由表1可知,拦水路缘石的最大排水距离随着路线纵坡的加大而增大,汇流历时均小于3min。
因此,现拟定:
当路线纵坡为0.5%~0.7%时,出水口间距设为30m;
当路线纵坡为0.7%~1.0%时,出水口间距设为35m;
当路线纵坡为1.0%~1.5%时,出水口间距设为40m;
当路线纵坡为1.5%~2.0%时,出水口间距设为50m;
当路线纵坡为大于2.0%时,出水口间距设为60m。
2.急流槽水力计算
拦水缘石汇集路面水后,通过设置一定间隔的急流槽将水排到路堤边坡底部的排水沟。
由急流槽槽底纵坡(即路堤边坡坡度ig =1:
1.5)ig=66.7%,可计算得到矩形(b=0.4,h=0.2)沟平均流速
现拟采用的矩形急流槽宽0.40m,高0.2m。
若矩形急流槽的过水能力按水深达到16cm计算(留20%安全高度),则过水断面面积A为0.064m2,过水断面湿周ρ为0.72m,水力半径,
R=bh/(b+2h)=0.089
v=n-1R2/3I1/2=0.015-10.0892/30.6671/2=10.85m/s
设路基填土为7米高,则急流槽长度l为10.5m,可得到急流槽的沟管汇流历时
t3=l/(60×
v)=10.5/(60×
10.85)=0.016min
由于急流槽内平均流速较快,所以急流槽内的沟管汇流历时较小,对暴雨强度的影响可忽略不计。
因此,降雨历时仍为3min时,暴雨强度为3.92mm/min。
因此,根据《公路排水设计规范》JTJ018-97,设计径流量仍为
Q=16.67ΨqF=16.67×
0.85×
3.92×
10-6m3/s
当急流槽沟底纵坡为66.7%时,矩形急流槽的泄水能力为
Qc=Av=0.064×
10.85=0.694m3/s
根据拦水缘石的水力计算得出,不同出水口间距的设计径流量,结果列于表2。
表2不同出水口间距的设计径流量
设计径流量(m3/s)
30
0.033
35
0.038
40
0.044
50
0.055
60
0.066
由表2可知,急流槽泄水能力远大于按各种间距设置出水口时的设计径流量,即Qc>
Q。
因此,按拦水缘石出水口间距来设置急流槽是满足要求的。
3.排水沟最大排水距离的计算
1)降雨历时
降雨历时取设计控制点的汇流历时,其值为汇水区最远点到排水设施(出水口)处的坡面汇流历时与沟内的沟管汇流历时之和。
设降雨历时为10min。
PSG-1型的过水能力按水深达到48cm计算(留20%安全高度),过水断面面积A为0.288m2,过水断面湿周ρ为1.56m,水力半径R=A/ρ=0.185m,当排水沟纵坡为0.3%时,那么
v=n-1R2/3I1/2=0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s
2)汇水面积和径流系数
设出水口间距为l,两个出水口之间的汇水面积(设路基填土高度为7m)由两部分组成:
一部分为路面范围的汇水面积F1=19.75×
l,径流系数取Ψ1=0.95;
另外一部分为路堤坡面的汇水面积F2=(7×
1.5+1)×
l=11.5×
l(7为边坡高度,1.5为边坡坡率,1为护坡道宽度,),径流系数取Ψ2=0.65;
那么,总的汇水面积
F=31.25×
10-6km2
取径流系数Ψ=(0.95×
F1+0.65×
F2)/(31.25×
l)=0.84
3)设计重现期
根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的规定,高速公路路界内坡面排水设计重现期为15年。
4)降雨强度
按公路所在地区,查《公路排水设计规范》JTJ018-97得5年设计重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.8mm/min,15年设计重现期时的重现期转换系数为cp=1.27,60min降雨强度转换系数为c60=0.5,10min降雨历时转换系数为c5=1.0。
于是,暴雨强度为
q=1.27×
1.0×
2.8=3.556mm/min
5)PSG-1型排水沟最大排水距离计算
根据《公路排水设计规范》JTJ018-97,设计径流量为
Q=16.67ΨqF=16.67×
0.84×
3.556×
31.25×
10-6m3/s
当路线纵坡为3‰时,排水沟的泄水能力为
Qc=Av=0.288×
1.18=0.341m3/s
排水沟泄水能力必须大于其设计径流量,即Qc>Q
0.341>
16.67×
0.84×
3.556×
那么,当沟底纵坡为3‰时,矩形排水沟最长排水距离l(出水口最大间距)为
l=0.341/(16.67×
0.84×
3.556×
31.25×
10-6)=219m
由于路面水是通过拦水缘石汇集,经过急流槽而排入排水沟,而路堤坡面水则直接通过坡面径流汇入排水沟,因此,坡面汇流历时应取二者的大者。
由前面拦水缘石的计算可得,路面汇流历时为2.48min;
路堤边坡的地表粗度系数为m1=0.4,坡面横坡为is=0.667,坡面流长度为Ls=13.62m(填土高度7m,护坡道1m),可计算得到路堤边坡坡面汇流历时
=3.51min>
2.48
因此,取t1=3.51min
按式v=n-1R2/3I1/2得v=0.015-10.1852/30.0031/2=1.18m/s
再按式t2=l/(60×
v)=219/(60×
1.18)=3.09min
t= t1+t2=3.51+3.09=6.6min<10min
再假设降雨历时为7min,通过内插得出降雨历时转换系数ct=1.15,暴雨强度为q=1.27×
1.15×
2.8=4.089mm/min,通过以上过程的计算得到,当沟底纵坡为3‰时,矩形排水沟最长排水距离l(出水口最大间距)为191m,且汇流历时t=6.19min<
7min,因此,取降雨历时为7min。
当沟底纵坡为其它数值时,按照上述计算过程对PSG-1型最大排水距离进行计算,并对汇流历时进行检验,结果列于表3。
表3不同沟底纵坡PSG-1最大排水距离(降雨历时为7min)
沟底纵坡(%)
泄水能力(m3/s)
汇流历时(min)
0.3%
0.341
191
6.19
0.5%
0.440
246
6.19
0.7%
0.521
291
6.19
1.0%
0.623
348
6.19
1.5%
0.762
426
6.19
2.0%
0.880
492
6.19
0.984
550
6.19
3.0%
1.078
603
6.19
3.5%
1.165
651
6.19
4.0%
1.245
696
同样,对PSG-2、PSG-3进行计算得出其在不同纵坡下的最大排水距离,结果列于表4、5
表4不同沟底纵坡PSG-2(80X60)最大排水距离(降雨历时为8min)
沟底纵坡(%)
泄水能力(m3/s)
0.3%
0.508
297
7.25
0.656
383
0.7%