第五章道路水设计及桥涵方案设计.docx

1、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

2、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0.10.2m。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

3、.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2038cm，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5cm中空耐压塑料管，每间隔5070m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8cm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

4、统布置按照公路排水设计规范（JTJ 018-97）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)1K0+000160K0+000右160+0.332.6432.00K0+16032.6032.482K0+000090K0+000左90+0.332.6432.00K0+09032.6032.273K0+162280K0+162右118+0.332.6432.00K0+28032.6032.354K0+092280K0+092左18

5、8+0.332.6132.00K0+28032.6032.565K0+325505K0+325右180-0.332.6332.54K0+50532.4332.006K0+325390K0+325左65-0.332.6332.11K0+39032.6231.917K0+507560K0+507右53-0.332.6432.16K0+56032.4132.008K0+392560K0+000左168-0.332.6432.60K0+16032.6032.109K0+562850K0+0562右290-0.432.4132.69K0+85032.0331.5310K0+562872.7K0+562左

6、312.7-0.432.4132.91K0+872.732.0631.6611K0+850K1+198K0+850右348-0.332.0332.09K1+19832.0531.0512K0+872.7K1+208K0+872.7左335.5-0.332.0633.14K1+20832.0631.4613K1+230382K1+230右162+0.332.0531.55K1+38232.0132.0414K1+208333.5K1+208左103.3+0.332.0631.56K1+333.532.0431.8715K1+382K1+521K1+382右161+0.332.0131.71K1+

7、52132.5032.1916K0+872.7K1+208K0+872.7左202+0.332.0431.64K1+20832.5232.2517K1+572.5670K1+572.5右129-0.332.5632.41K1+67032.5232.0218K1+515659.8K1+515左144.8-0.332.5232.44K1+659.832.5632.0619K1+671.5744.8K1+671.5右73.3-0.332.5232.38K1+744.832.4532.0520K1+660.8721K1+660.8左60.2-0.332.5632.23K1+72132.4032.002

8、1K2+090305K2+090右215+0.331.0430.74K2+30531.5231.3922K2+078305K2+078左227+0.331.0530.75K2+30531.5031.4323K2+306.5450K2+306.5右143.5+0.431.5231.20K2+45031.3331.7724K2+306.5450K2+306.5左143.5+0.431.5231.20K2+45031.3031.7725K2+454686K2+454右252-0.431.3431.60K2+68631.4731.0926K2+454666K2+454左212-0.431.3631.9

9、8K2+66631.4231.0527K2+726851.5K2+726右125.5-0.331.2531.38K2+851.531.2131.0028K2+686851.5K2+686左165.5-0.331.3031.50K2+851.531.2131.0029K2+853K3+112K2+853右259-0.431.2831.99K3+11231.2330.9530K2+853K3+120K2+853左267-0.431.2831.97K3+12031.2530.9031K3+112177.008K3+112右65.008+0.331.2331.00K3+177.00831.2231.2

10、032K3+120177.008K3+120左57.008+0.331.2531.00K3+177.00831.2231.17图5-1 边沟示意图（1）边沟的尺寸见图51。（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1015m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

11、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51计算。 (51)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： 12.5348=4375m2 边坡汇水面积： 1.58.0348=4176 m2护坡道汇水面积 2.0350=700m2总汇水面积：m2查公路排水设计规范(JTJ 01897)表3.0.8沥青混凝土路面径流系数取=0.95，坡面采用植草及拱形骨架护坡，径流系数=0.65，护坡道的径流系数=0.4，所以汇水区的径流系

12、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（52）计算。 （52）式中q5,105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(JTJ 01897)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(JTJ 01897)图3.0.7-1，查得该地区5年重

13、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(JTJ 01897)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(JTJ 01897)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 （53）式中 R水力半径，m； A沟渠的过水断面面积，(m2)； 湿周，按式517计算。 （54）式中 b沟底宽(m)； h沟渠过水深度(m)；K系数，按式58计算。 （55）式中 m沟渠边坡坡度。沟渠的过水断面面积：(m2)湿周：所以： m

14、（2）平均流速按公式56计算排水沟的平均流速： （56）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（JTJ 018-97）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（JTJ 018-97）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57计算： （57）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

15、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（58）计算： （58）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(JTJ 01897)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/sv=1.07m/s2.0m/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

16、.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

17、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5cm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

18、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

19、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+129K1312钢筋混凝土管涵K0+285K0+3252200.5预应力混凝土空心板梁桥K0+469K0+4712钢筋混凝土管涵K0+558K0+5624钢筋混凝土箱形通道K0+619K0+6212钢筋混凝土管涵K0+868K0+8724钢筋混凝土箱形通道K1+198K1+2302160.5预应力混凝土空心板梁桥K1+3813

20、832钢筋混凝土管涵K1+559K1+5612钢筋混凝土管涵K1+669K1+6712钢筋混凝土管涵K1+757.5K2+087.512302预应力混凝土箱形梁桥K2+304K2+3062钢筋混凝土管涵K2+450K2+4544钢筋混凝土箱形通道K2+682K2+7303160.5预应力混凝土空心板梁桥K2+852K2+8542钢筋混凝土管涵K3+115K3+1172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

21、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2.2m6.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（61） （61）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+800167.770.27155.97 0.38 203119.37.5K0+820144.160.48143.02 0.49 202860.49.8K0+840141.8

22、80.5141.50 0.37 2028307.4K0+860141.120.24141.24 0.12 202824.82.4K0+880141.360143.54 0.01 202870.80.2K0+900145.720.02150.55 0.01 2030110.2K0+920155.380159.55 0.01 2031910.1K0+940163.720.01169.56 0.40 203391.18K0+960175.390.79180.11 0.52 203602.210.3K0+980184.830.24190.28 0.29 203805.65.7K1+000195.730

23、.33195.65 0.36 2039137.1K1+020195.570.38202.53 0.53 204050.610.5K1+040209.490.67213.79 0.75 204275.715K1+060218.080.83219.46 0.89 204389.217.7K1+080220.840.94233.80 1.07 204675.921.3K1+100246.751.19251.56 1.26 205031.125.1K1+120256.361.32261.43 1.48 205228.629.6K1+140266.51.64277.23 1.90 205544.538K

24、1+160287.952.16281.36 2.31 205627.146.1K1+180274.762.45290.64 1.58 288137.9244.1K1+240306.520.7307.60 0.62 20615212.4K1+260308.680.54310.90 0.47 206217.99.3K1+280313.110.39317.18 0.35 206343.56.9K1+300321.240.34938.41 16.11 101093.22322.10 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14cmAK16Bm2/m23.526cmAC20Im2/m23.537cmAC25Im2/m23.54沥青封层m2/m24.4530cm 水泥稳定碎石m2/m24.4620cm 二灰土m2/m26.8