二级公路工程的排水系统的设计.docx
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二级公路工程的排水系统的设计
陕西交通职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：
二级公路工程的排水系统的设计
系部：
公路工程系
专业：
城市轨道交通工程技术
学号:
02号
班级：
地铁0903班
姓名：
指导老师：
2012年5月31日
二级公路工程的排水系统的设计
摘要
随着国民经济持续高速增长，我国公路交通状况又产生了明显变化，交通量增长很快，重载卡车数量显著增加，超载车辆比较普遍。
新交通状况对路基提出了更高的技术要求。
在日后运营过程中对路基损害最严重也是最普遍的便是排水问题，尤其是在南方多雨地区，道路积水以及路面水损坏现象表现得非常的突出。
这已成为国内以致国外道路建设的一大难点。
所以这是我们在设计过程中就必须要考虑的问题，本文对此作了简单的研究。
关键词：
土质边沟设置矩形边沟设置涵洞设置
Abstract
Thecaptionwiththesustainedrapidgrowth,China'sroadtrafficconditionstoproduceasignificantchangeintrafficvolumehasgrownrapidly,asignificantincreaseinthenumberofheavytrucks,overloadedvehiclesgenerally.Highertechnicalrequirementsofthenewtrafficconditionsontheroadbed.Themostseriousandmostcommonisthedrainageproblemsontheroadbeddamage,especiallyinthesouthwetterareas,roads,waterandroadwaterdamagephenomenonisveryprominentinfutureoperatingprocess.Thishasbecomethedomesticforeignroadconstructionsothatamajordifficulty.Sothisiswemustbeconsideredinthedesignprocess,thispaperbrieflystudies.
Keywords:
Soilditches,rectangularditches,culverts,evaporationponds
绪论
随着我国经济及社会快速进步，基础设施建设也正以前所未有的速度发展，公路建设就是基础建设施建设的重点之一。
但是在建设成的公路中往往能够会出现坑槽、沉陷、龟裂等显现，随着雨水的冲刷这种现象也会随着越来越严重，雨水和地下水的冲蚀会导致整个路段的崩溃，排水不畅的沥青路面，其过早破坏通常是由于路面面层结构处于饱水状态下，又通行重载车辆引起的。
路面结构层中任何一层处于饱水或泡水状态，都会导致结构层强度降低，加速路面各种病害的产生和发展。
所以这些现象无一不说明排水现在对公路工程中的危害，这就只是我们对在公路建设中排水系统的严格要求与实施。
因此，杜绝水对公路工程的危害，做好路基的防水是公路工程设计、施工以至正常使用阶段的重要课题。
1本文研究内容以及设计的意义
本文研究的主要内容：
根据该项目所处的地形、地质和水文资料，充分将所学的基础理论和专业理论知识联系，针对当地排水设置条件，为该项目提出各种可能采用的排水方案，进行比较，择优推荐。
毕业设计是较为集中地培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识技能、分析和解决实际问题的能力，通过毕业设计要求学生在教师的指导下独立的、系统的完成一个工程设计，使学生基本掌握设置排水沟的过程和方法，学会考虑问题、分析问题和解决问题的方法，进一步巩固己学课程，并能查阅资料，熟悉和理解公路工程技术标准，正确地应用公路排水设计手册。
2排水设计的内容及步骤
设计公路排水设施的目的，是为迅速排除降落在公路路界内的地表水，将公路上侧方的地方水和地下水预排到公路的下侧方，以防止公路路基和路面结构遭受地表水和地下水的浸湿、冲刷等损害作用。
而这些排水设施在实现其功能时，不应造成不适当的壅水和阻水，不应产生冲刷流速，也不应当公路上的车辆安全运行。
排水设计的内容和步骤：
重要的排水设施的设计内容和步骤主要包括：
调查和采集数据；排水设施布设；水文分析；水力计算；结构设计；冲刷防护考虑等。
2.1调查和采集数据
查阅有关文献，实地调查公路沿线地区的自然生态环境及社会经济状况，必要时进行适当的测量、钻探和实验分析。
自然生态环境资料包括：
1.公路沿线汇水区的特性、地形、地貌、河川水系；2.公路沿线汇水区的地址特性、土壤类型和性质；3.公路沿线汇水区的地表覆盖情况，植物生态分布；4.公路沿线汇水区的地下水类型和补给来源，地下水位、流向和泉水出露位置和流量；5.当地的气象资料（降水强度、时间分布和延时、温度等）；6.公路沿线汇水区水系的水位和流量、河道冲於情况等。
社会经济状况资料包括：
1.公路沿线汇水区内的土地利用情况；2.公路沿线汇水区和附近地区的水土保持措施及水利设施；3.公路沿线汇水区和附近地区的有关防洪排水、河道整治、土地开发后城市发展规划等。
2.2排水设施布设
选取各种排水设施，如沟渠、管道、涵洞、急流槽、跌水、拦水带、进（出）水口、集水井、渗沟、透水管等，以拦截、汇集、拦蓄、输送或排放地表水或地下水，并进行平面和纵断面布置，形成合适的排水系统。
2.3水文分析
依据汇水区内的气象、水文和地形地貌资料，或参考临近既有排水构造物的有关资料，分析水文特性，估算各项排水设施需排泄的设计径流量。
2.4水力计算
依据各项排水设施的设计径流量，进行水力计算，以确定各项排水设施所需的设计断面、并检验其流量是否在最大和最小的允许范围内。
2.5结构设计
根据水里条件和计算结果、地址和土壤情况、维护要求等，进行各项排水设施的材料选用和结构设计。
2.6冲刷防护
进行出水口的流速冲刷检查，考虑相应的冲刷防护措施。
3设计背景
3.1设计背景和当地的地质状况
3.1.1项目的地形地貌
在实习中所接触到《**县北二环道路工程》二级公路在县城境内，属洪积扇裙，这一地区的地貌形态及构造特征受外力的综合作用，在构造上处于新生代构造凹陷内，基本构造南深北浅，呈阶梯式块状断陷。
3.1.2区域地质构造及工程地质评价
路线所处大地构造单元位于祁吕贺山字型前弧东翼南段，在县境内表现出北东60度左右的褶皱，伴随着一些逆冲断层。
通常一、二级黄土台塬和各级洪积平原的地形陡坎及多与这些断层相对应，造成了由南向北的阶梯状抬高地貌。
北山山前（南侧）两条主要的张扭性断裂，走向均呈北东，向南微凸出，构成弧形，其北升南降，把奥陶系连同石炭系抬起成山。
3.1.3气象、水文与河流特征
路线所属区域属暖温带大陆性季风气候，四季分明。
冬季干燥寒冷，雨雪稀少。
夏季炎热湿润，雨水较多。
春秋两季，气候多变，夏秋易涝，冬春易旱。
由于地貌单元不同，地区气候差异明显。
年平均气温13.1℃,年最低气温一月份平均气温-1.4℃，年最高气温七月份平均气温26.6℃，极端最低气温-15.7℃，极端最高气温40.9℃。
年平均降雨量为533.3毫米，降水多集中在6～8月，以七月为最多，其次是八月，最大积雪深度为11厘米，绝大多数出现在冻土深度为18.8厘米，年平均相对湿度为64%。
区域气候总体条件良好，因此本项目全年均可组织施工。
本区地表水主要来源于大气降水，由于径流主要来源于降水，又受地形、地貌、下垫面土质及植被因素影响，故在地区分布上存在较大的差异。
3.1.4地震
根据《中国地震烈度区划图》路线所经地区地震基本为Ⅷ度区，沿线工程结构需要设防。
3.2主要技术指标以及设计资料
根据建设单位现场踏勘指导意见和**县路网总体规划。
该项目采用二级公路设计，设计速度为60km/h，路基宽度为14米。
路基：
路基宽14.0m，中间不设中央分隔带，采用0.5m双黄线，路幅划分为：
0.5米（双黄线）+2×0.5米（路缘带）+2×3.50米（行车道）+2×2.75米（硬路肩）；行车道宽2×3.50m，路肩宽2×2.75m，路面满铺。
3.3主要设计规范
◆《公路排水设计手册》
◆《公路路基设计规范》
◆《公路排水设计规范》
4设计原则与思路
4.1设计原则
沿线农田区排灌体系较完整，从保证路基稳定和减少水土流失以及尽量减少对沿线环境影响的角度出发，对路基路面综合排水进行系统设计。
尽量避免路面及路基范围污水直接排入农田而造成对当地水利资源的污染和危害，通过设置路侧边沟、排水沟等排水设施，确保沿线的排水、灌溉体系的正常运作。
（1）路界排水系统与农田灌溉系统均各自成体系。
公路修筑后，做到不干扰、不改变农田原有的排灌系统，以确保农业的正常生产。
（2）边沟通过排水沟引入路基外侧，以形成完整的排水系统。
（3）为使排水通畅，便于维修、养护，路侧边沟、排水沟等均采用浆砌进行全铺砌防护。
4.2设计思路
（1）土质边沟：
在矮路堤和浅挖方路段设置梯形土边沟；
（2）矩形边沟：
一般挖方和过村庄路段设置矩形浆砌边沟；
（3）涵洞：
为解决排水出路问题，而进行设置的排水设施。
5排水设施的布置
5.1土质边沟的设置
5.1.1土质边沟的形式与设计
土质边沟为就地开挖的边沟、截水沟或排水沟。
土质边沟可采用三角形、碟形或梯形断面：
三角形沟渠内测边坡坡度一般为1:
2～1:
3，外侧边坡坡度一般为1:
1～1:
2。
梯形边沟边坡一般为1:
1～1:
1.5。
路堑边沟的外侧边坡坡度可与路堑边坡坡度相同。
见表5-1
表5-1土质排水沟边坡系数
土质
排水沟开挖深度（m）
<1.5
1.5～3.0
3.0～4.0
>4.0～5.0
粘土、重壤土
1.0
1.25～1.5
1.5～2.0
>2.0
中壤土
1.5
2.0～2.5
2.5～3.0
>3.0
轻壤土、沙壤土
2.0
2.5～3.0
3.0～4.0
>4.0
沙土
2.5
3.0～4.0
3.0～4.0
>5.0
边沟的纵坡坡度应结合路线纵坡、地形、土质、出水口位置等情况选定，尽可能与路线纵坡坡度保持一致。
当路线纵坡坡度小于沟底最小坡度时，应采用沟底最小纵坡坡
度，并缩短边沟出水口的间距。
高速及一级公路的土质边沟，均应采用坡面防护措施。
边沟出水口的间距，一般地区不宜超过500m，多雨地区不宜超过300m，三角形和碟形边沟不宜超过200m。
边沟出水口的排放应结合地形、地质条件一级桥涵水道位置，排引到路基范围外，使之不冲刷路堤坡脚。
土质边沟的沟壁，在流速较大而可能冲刷时，须按流速大小分别采用相应的加固防护措施:
（1）草皮加固——其允许最大流速为1.3～1.6m/s；
（2）稳定土加固——以10～25cm厚的水泥稳定碎石土加固壁厚，并用1cm厚水泥砂浆抹面；
（3）干砌片石加固——在10～25cm碎（砾）石垫层上铺砌10～25cm厚片石加固，其允许最大流速为1.7～2.0m/s；
（4）浆砌片石加固——在沟壁用M7.5（高速或一级公路）或M5（二级及二级公路）砂浆铺砌25～30cm浆砌片石，其允许最大流速为2.5～3.0m/s。
5.1.2在本项目中的应用
在本项目中，因为对造价和其在社会上的应用而设置梯形土质边沟，梯形土质边沟不仅对造价上的要求不高，而且其强度也能达到要求，在本项目中的底填方较多，根据地形与经济等条件限制，设置土质边沟，内侧坡率采用1:
1.5，外侧采用1:
1，沟底宽40cm，沟深40cm。
设置于低填和浅挖路段，见表5-3所示：
表5-2土质边沟工程数量表（表头朝上）
工程数量
挖基（m3）
86.4
21.6
12.6
32.4
151.2
151.2
86.4
406.8
12.6
长度（m）
240.0
60.0
35.0
90
420
420
240
1130
35
边沟形式
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
位置
左、右侧
左侧
右侧
左、右侧
左、右侧
左、右侧
左侧
左、右侧
左侧
工程名称
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
梯形土边沟
起讫桩号
K0+060～K0+180
K+270～K+330
K0+330～K0+365
K0+365～K0+410
K0+570～K0+780
K0+820～K1+030
K1+030～K1+270
K1+270～K1+835
K1+830～K1+870
在本项目中前段路段都属于浅挖和低填路段，所以在其所学要的路侧加边沟。
5.2矩形排水沟的设置
5.2.1矩形边沟的形式与设计
设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。
平坦地面填方路段的路旁取土坑，常与路基排水设计综合考虑，使之起到边沟的排水作用。
边沟的排水量不大，一般不需要进行水文和水利计算，依据沿线具体条件，选用标准横断面形式。
边沟紧靠路基，通常不允许其他人工沟渠合并使用。
边沟不宜过长，尽量使水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时设置涵洞，将边沟水横穿路基总另一侧排除。
边沟的纵坡（出水口附近除外）一般与路线纵坡一致。
平坡路段，边沟宜保持不小于0.5%的纵坡。
特殊情况容许采用0.3%，但边沟出口附近一级排水困难路段，如回头曲线和路基超高较大的平曲线等处，边沟应进行特殊设计。
在一般的二级公路中，边沟可采用三角形、碟形、U形、梯形或矩形横断面，按公路等级、所需排泄的设计流量和设计位置和土质或岩质选定。
高速及一级公路，宜采用三角形或碟形边沟；受条件限制而采用矩形横断面时，应在顶面加盖格栅或者带槽孔的混凝土盖板。
二级及二级以下公路，可采用梯形横断面（土质）或矩形横断面（岩质）。
5.2.2在本项目中的应用
在本项目中一般挖方和过村庄路段设置矩形浆砌边沟，沟底宽50cm，沟深H由边沟设置路段的汇水量确定。
沟身i采用7.5号浆砌片石砌筑加固，沟壁厚30cm，沟底厚30cm，在过村庄路段住户门前设置15cm厚的盖板，盖板采用C20钢筋砼预制。
在下列路段处设置盖板边沟，是因为该路段是在村落处走过，如表5-所示
表5-3矩形边沟工程数量表
起讫桩号
工程
名称
位置
边沟形式
长度（m）
盖板
7.5号浆砌片石（m3）
C20混凝土（m3）
钢筋（Kg）
K2+850～K3+045
矩形浆砌盖板边沟
左侧
Ⅱ、Ⅲ
195
130
124.85
11.7
1082.51
K3+160～K3+210
矩形浆砌盖板边沟
左侧
Ⅱ、Ⅲ
50
33
32.01
3.0
277.57
K3+370～K3+670
矩形浆砌盖板边沟
两侧
Ⅲ
600
400
381.52
36.0
3330.8
K4+220～K4+450
矩形浆砌盖板边沟
右侧
Ⅱ、Ⅲ
30
20
19.21
1.8
166.54
K4+574～K4+790
矩形浆砌盖板边沟
左侧
Ⅱ、Ⅲ
230
115
148.40
10.35
957.61
K5+000～K5+060
矩形浆砌盖板边沟
左侧
Ⅱ、Ⅲ
216
108
139.36
9.72
899.32
K5+230～K5+275
矩形浆砌盖板边沟
左侧
Ⅱ、Ⅲ
60
30
38.71
2.70
249.81
5.3涵洞的设置
5.3.1涵洞结构形式
涵洞结构形式可分为钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土或石盖板涵、钢筋混凝土箱涵及圆形或方形倒虹吸管五类。
各类涵洞的适用性、优缺点和常用孔径，可参见表5-2。
应依据洞顶填土高度、设计流量、地基状况、车辆荷载、上下游现有水路情况、经济性等因素选用。
各类涵洞的适用性、优缺点和常用孔径见表5-4
表5-4各类涵洞的适用性、优缺点和常用孔径
结构形式
适用性
优缺点
常用孔径（cm）
圆管涵
有足够填土高度、流量较小
对基础的适应性能较好、不需墩台、造价低
75、100、125、150
盖板涵
低路堤明涵，高路堤暗涵、流量较大
构造简单、维修方便
75、100、125、150、200、250、300、400
拱涵
跨越深沟、高路堤
可采用大跨径、承载力大、施工工序较烦
100、150、200、250、300、400
箱涵
地基软弱时
整体性强、造价较高、施工较困难
200、250、300、400、500
倒虹吸管
横穿路基的沟渠水面标高与路基标高基本相同或略高
沟渠内含砂量较多时避免使用、以免堵塞
5.3.2洞身构造
涵洞由进水洞口、洞身和出水洞口三部分组成。
洞身为涵洞的主题部分，圆管涵和倒虹吸管的洞身由分段圆管节及支承管节的基础组成；盖板涵的洞身由涵台（墩）、钢筋混凝土或石盖板及基础组成；拱涵由半圆形、圆弧形或卵形拱圈、涵台和基础组成；箱涵由长方形或方形断面的钢筋混凝土薄壁结构组成。
5.3.3洞口构造
洞口应与洞身和路基衔接平顺，使水流顺畅的进入涵洞、形成良好流态，并不使洞身、洞口、两侧路基和上下游沟床遭受冲刷。
洞口由端墙、翼墙或锥形护坡、洞口铺砌组成。
洞口建筑形式有：
八字翼墙式、端墙（一字墙）式、直墙翼墙式、平头式（领圈式或护坡式）、走廊式及进水洞口端墙升高的流线形式。
各类洞口的特点参见表5-5，洞口形式的选定还直接影响涵洞的泄水能力及沟床加固类型的选用：
表5-5各洞口形式的适用性和优缺点
洞口形式
适用性
优缺点
八字翼墙式
平坦顺直、纵断面高差不大的河沟
水力性能较好，施工简单、工程量较小
端墙式
流速小、流量不大的平原河沟或水渠
构造简单、造价低，但水力性能差
锥形护坡式
需对水流压缩较大的宽浅河沟，涵洞较高大
水力性能较好、能增强路堤稳定性，工程量较大
直端翼墙式
沟宽与涵洞孔径相近，无需汇集和扩散水流的河沟或水渠
水力性能良好、工程量少
平头式
水流侧向挤束不大，流速较小
节省材料、工艺较复杂，水里性能稍差
走廊式
需汇集、扩散水流、流量不大
水力性能较好，工程量比八字式多，施工较麻烦
流线式
流量和流速大的涵洞
充分发挥涵洞的泄水能力，水力性能较好，施工工艺较复杂
5.3.4布置
涵洞位置应依照上下游水路的线性，考虑排水功能要求、水流稳定、施工维护方便、与公路整体的配合、地质条件、交通安全以及经济性等因素确定。
在竖曲线底部、天然河流、排水沟槽、农田灌溉渠、低洼地等处，通常需设置涵洞。
涵洞的方向应尽量与水流方向一致，使水流顺畅。
同时，也尽可能与路线正交，使涵深长度最短。
两者不能兼顾时，可采用将弯曲河沟取直，整流改沟或移位等措施，使之成为正交涵洞。
或者，采用斜交布置；洞身斜交斜做（盖板涵、箱涵）或斜交正左（圆管涵、拱涵）。
涵洞洞身应有足够的底坡，使水流顺畅地流经涵洞，不产生砂土淤积。
5.3.5进出水口沟床处理
涵前沟床纵坡较大时，现视流速大小选择相应的沟床加固类型。
水流在进水口处产生水跃时，应在进水口前设置一致缓坡，其水平距离约为涵洞孔径的1～2倍。
如须在进水口处产生强迫式水跃以消能减速，则可在涵前设置跌水或消力池。
出水口水流超过土壤的允许冲刷时，下游洞口的沟床须视流速大小采取相应的铺砌加固。
铺砌长度约为涵洞孔径的1～3倍。
沟床纵坡大的陡坡涵洞，须采用急流槽或跌水。
5.3.6本项目中的应用
在本项目中运用最多的就是明管涵和倒虹吸，因为在外业对路况进行测量和勘探时原旧路两侧提供灌溉的水渠较多，所以对进行改渠的同时也要是涵洞的类型和要求也要满足，而倒虹吸的作用使整个排水系统处于统一化，整齐化。
根据路段要求和纵断面的高差起伏，我们在填方路段设置涵洞。
结束语
完成情况：
本文在土质边沟、矩形边沟、涵洞三种排水设置的阐述和总结，并根据实际情况对排水的应用和理解，使公路免受水的渗透和侵蚀。
在项目中我们要活学活用，对实际问题进行更具体的处理，土质边沟：
公路等级较低，造价合理控制，强度和作用要求同样不能忽视，在根据当地地形地貌、水文条件、年降雨量等等数据的采集和调查，再进行合理的设置；矩形边沟：
矩形边沟一般设置在挖方及过村镇路段，根据当地的汇水量和边沟材料进行选择，二级公路及二级以下公路一般采用矩形边沟；涵洞：
边沟将路段水量进行汇集在通过涵洞进行排除，涵洞要根据路线纵坡和设计线与原地面的高差值进行选择，暗涵和明涵，当上部填土高度大于50cm是采用暗涵，当除过结构层，覆土高度仍大于1米时，根据地质情况对其进行素土或砾回填也可用5%的石灰土进行加固回填，当涵洞的设置位置以上小于50cm的采用明涵。
当破坏到原有路段的灌溉渠时，设置涵洞还要考虑其的统一和系统性。
在整个排水系统中我们要根据地形、地貌等等因素来全面的去调整。
所得收获：
时光荏苒，五个月的时间就这样从指尖划过，短短的五个月，它使我经历人生中最重要的一个环节，从学习模式上的改变，为人处事的技巧。
磕磕绊绊是我在这个即将投入社会中的人学到了学校学不到的东西，感触到“进入社会”的意义，曾经在现实中痛苦不堪，学校时的骄傲与自信，开朗与活泼，大胆与善辩，在进入这个另一个世界的同时也就荡然无存了，因为外面的世界比我想的要丰富，在这个能人皆是，我不知道的，我没见过的，我不了解的还很多很多，巨大的自卑感立马袭笼那时的我，挣扎过、痛苦过后便变为坦然接受，去主动地接受现状，慢慢的去适应现在的生活。
生活同学习一样，你努力了他就会有收获，现在的我即将蜕变成另外一个人，一个成熟稳重的人。
成长之路总会让我想起我的朋友，我的老师，她们的行动和语言一直鼓励我坚持坚强下去：
在工作之余，我就便动手开始撰写论文，其实一切都没有我们想的那么简单，即使是格式的设置和内容的编辑，中心思想、思路规划、编写顺序一切都是一个学习的开始，在这次撰写过程中我看到自己的缺点与不足，并使我深受启迪：
1.撰写中没有主见，容易人云亦云，在此我不能不感慨没有主见的人注定处于平庸之辈；
2.依赖性强。
总等着有一个版本，或同学老师的帮助来完成。
3.没有耐心，篇幅长的文章对我来说充满挑战，内容一多，耐心不够证整篇文章会显得干燥无味，毫无头绪。
论文的撰写时一个人是自己不足的挑战和知识的积累与学习。
论文的完成也就以为着我大学生活的结束，圆满的结束，在此我怀念我的朋友我的老师，我的大学生活。
将来的路无人知晓，但是有一颗坚强与善良的心将是我一直坚持的原则。
分离是为了将来更好的相聚，那么就让我们用最美的年华来诠释这个奋斗与拼搏的意义。
谢辞
论文的撰写已经完成，这个独立学习与编辑的过程中，我要感谢我的指导老师——贺丽娟老师，热情善良，耐心认真的老师，她坚持不懈的帮助，丰富经验的指导，使我从粗心、疏忽中认识自我，反省自我。
亲爱的老师一直感动着我，并且我会带着这份感动一直努力地去融入那个新的世界。
同时我要感谢我的朋友们，离别才知道我们在彼此生活及生命中的意义，在实习过程中难过的时候会有人陪我一起哭，失落的时候她们会一遍
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