路基排水沟边沟水力计算书.docx

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路基排水沟边沟水力计算书

路基排水沟、边沟水力计算书

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大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段

路基排水设施水力计算书

一、双向八车道

大庆至广州高速公路粤境连平至从化段D1合同段,选用沥青砼路面,路面和路肩（半幅）横向排水的宽度为19.75m（双向八车道）,路面和硬路肩横坡为2%，土路肩为4%,路线最小纵坡为5‰。

本项目拟设置排水沟、急流槽、边沟、平台截水沟和截水沟等排水设施来排除和拦截路界范围内外的雨水。

现按照《公路排水设计规范》JＴＪ　0１8-97的规定,通过计算设计径流量反算各种排水设施各型号的最大排水距离（即出水口距离）和面积,为确定各路段各种排水设施型号的选取提供参考。

1.拦水路缘石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3min。

拦水路缘石与路肩铺面构成的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×I0.5/（0.02×0.０13）

注：

水力坡度I取路线纵坡;水深h=250×0.02=5cm（即水深小于5cm时，浅三角型过水断面的水面入侵硬路肩小于2.５m，保证行车安全。

）

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×19.75×1０-6m3/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>16.６7×0.９5×3.92×l×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×l×19.75×1０－6m３/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

出水口间距（m）

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×l×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×l×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×l×31．25×10-6

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

7）检验汇流历时假设

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

由此，可得到汇流历时为

　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）

出水口间距（m）

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

2.5%

0．98４

5５0

6.１９

３.0%

1.078

6０3

6.１9

３.5%

1.165

65１

6.19

4.0％

1.245

69６　

6.1９

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）

出水口间距（m）

汇流历时（min）

0．３％

0．508　

297

７.25　

0.５%

0.6５６

383

７.25　

０.7%

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