同济大三下路基排水设计.doc

交通运输工程学院道路与机场工程 路基工程
路基排水设计
双向四车道高速公路，路面形状尺寸如图：

本文所有图表数据均采用《公路排水设计规范》（JTG 018－97）设计，下文中不在说明。
一、路基高度2m
由于路堤路线平缓，汇水量不大，所以路面表面水采取坡面漫流的形式排放。排水设施有中央分隔带排水设施和排水沟。
中央分隔带
中央分隔带采用无铺面封闭的形式，降落在分隔带上的表面水汇集在带中央的低洼处，由分隔带内的排水设施排走。

1、设计重现期
由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为5年；
2、汇水面积和径流系数
设横向排水管间距为40m，两个排水管之间的汇水面积为

由表查得径流系数

3、汇流历时
设汇流历时为5min；
4、降雨强度
由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：；
由表查得该上海市5年重现期时的重现期转换系数为。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为，再由表查得5min降雨历时转换系数为。
按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：

5、设计流量
设计流量为：
式中：
Q——设计径流量(m3/s)；
q—— 设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度(mm/min )；
ψ—— 径流系数；
F —— 汇水面积(km2)；
计算可得：

6、检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为，中央分隔带侧边坡度为100%，可计算得到侧面汇流历时：

由纵向排水管坡度，可计算得到平均流速为：

可计算得到纵向排水管汇流历时：

汇流历时为：
假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：
7、中央分隔带的泄水能力验算

式中：
Q —— 沟或管的泄水能力(m2/s);
v —— 沟或管内的平均流速(m/s);
A —— 过水断面面积(m2)。
计算横向排水管过水断面的面积：

排水管的水力半径：

计算排水管的平均流速：

式中：
n—— 沟壁或管壁的粗糙系数，采用塑料材质，n=0.010；
R—— 水力半径(m)；
I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。

由此，平均流速为：

排水管的泄水能力：
所以，满足要求。

排水沟
排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流，引至桥涵或者路基范围以外的指定地点。排水沟的断面形式一般采用梯形，其截面尺寸由水力、水文计算确定。排水沟底宽不应小于0.5m，深度按流量确定，且不宜小于0.5m。边坡坡度视土质而定，一般土沟边坡可用1：1 ~ 1：1.5。沟底纵坡以1%～3%为宜，当纵坡大于3%，需进行加固，大于7%时，应设置跌水或急流槽。排水沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在500m以内。排水沟距路基的距离一般不小于3～4m，不宜大于300米。
根据以上规定，采用梯形排水沟，用浆砌片石防护，其内侧边坡为1：1；地面宽度为0.6m，深度为0.6m，其中水深为排水沟深度的3/4，排水沟纵坡为1%，距坡脚3m。

1、设计重现期
按公路的重要程度，由表查得设计重现期为15年；
2、汇水面积和径流系数
出水口间距为40m汇水面积：

由表查得径流系数：

3、 汇流历时
设汇流历时为5min；
4、 降雨强度
由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：；
由表查得该上海市15年重现期时的重现期转换系数为。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为，再由表查得5min降雨历时转换系数为。
按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：

5、 设计流量

6、检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：

＝2.61 min
由线路纵坡，可计算得到平均流速为：

可计算得到沟管汇流历时：

汇流历时为：
假设汇流历时验算合格；
7、排水沟泄水能力验算

排水沟的泄水能力按下式计算：

式中：
Q —— 沟或管的泄水能力(m2/s);
V —— 沟或管内的平均流速(m/s);
A —— 过水断面面积(m2)。

计算排水沟过水断面的面积：

排水沟的水力半径：

计算排水沟的平均流速：

式中：
n—— 沟壁或管壁的粗糙系数，采用浆砌片石防护，n=0.025；
R—— 水力半径(m)；
I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。

由此，平均流速为：

所以，排水沟的泄水能力：

泄水能力满足要求。
8、检验容许的最大和最小流速
为避免沟渠残生泥沙淤积，设计时应保证沟渠内的水流具有一定得流速，沟渠的最小流速同水中所含泥沙粒径有关，可按下列经验公式计算：

式中：
α——与所含土粒有关的系数；
R——水力半径（m）。
当时，
查表可得容许的最大流速
故排水沟平均流速满足要求。

二、路基高度4m
由于路堤较高，坡面易受到路面表面水的冲刷应在硬路肩外侧边缘设置拦水带，并通过一定距离间隔设置出水口，通过急流槽排入排水沟。
中央分隔带

1、设计重现期
由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为5年；
2、汇水面积和径流系数
设横向排水管间距为40m，两个排水管之间的汇水面积为

由表查得径流系数

3、汇流历时
设汇流历时为5min；
4、降雨强度
由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：；
由表查得该上海市5年重现期时的重现期转换系数为。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为，再由表查得5min降雨历时转换系数为。
按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：

5、设计流量
设计流量为：
式中：
Q——设计径流量(m3/s)；
q—— 设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度(mm/min )；
ψ—— 径流系数；
F —— 汇水面积(km2)；
计算可得：

6、检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为，中央分隔带侧边坡度为100%，可计算得到侧面汇流历时：

由纵向排水管坡度，可计算得到平均流速为：

可计算得到纵向排水管汇流历时：

汇流历时为：
假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：
7、中央分隔带的泄水能力验算

式中：
Q —— 沟或管的泄水能力(m2/s);
v —— 沟或管内的平均流速(m/s);
A —— 过水断面面积(m2)。
计算横向排水管过水断面的面积：

排水管的水力半径：

计算排水管的平均流速：

式中：
n—— 沟壁或管壁的粗糙系数，采用塑料材质，n=0.010；
R—— 水力半径(m)；
I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。

由此，平均流速为：

排水管的泄水能力：
所以，满足要求。

拦水带
沿硬路肩外侧或路面外侧边缘设置的拦截路面和路肩表面水的堤埂，由沥青混凝土铺筑或水泥混凝土预制而成。
选用沥青混凝土路面，单侧路面和路肩横向排水的宽度为11.25m，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，线路纵向坡度为1%；

1、汇水面积和径流系数
设拦水带出水口间距为40m，两个出水口之间的汇水面积为

由表查得径流系数

2、汇流历时
设汇流历时为5min；
3、设计重现期
由表查得高速公路路面和路肩表面排水的设计重现期为5年；
4、降雨强度
由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：；
由表查得该上海市5年重现期时的重现期转换系数为。由图查得上海市60min 降雨强度转换系数为，再由表查得5min降雨历时转换系数为。
按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：

5、设计流量
设计流量为：
式中：
Q——设计径流量(m3/s)；
q—— 设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度(mm/min )；
ψ—— 径流系数；
F —— 汇水面积(km2)；
计算可得：

6、检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：

由线路纵坡，可计算得到平均流速为：

可计算得到沟管汇流历时：

汇流历时为：
假设汇流历时验算合格，设计径流量取为：

7、拦水带泄水能力计算
浅三角形沟或过水断面的泄水能力按下述修正公式计算

式中:
横向坡度；
查表可得沟壁或管壁的粗糙系数；
沟或过水断面的水深；
拦水带的水力坡度；
可得：>
故设计满足要求。
急流槽

1、槽底宽度
，故取设计尺寸为0.5m。
2、矩形过水断面的临界水深

相应的临界横断面积：
水力半径：
流速：，故满足要求。

3、槽内正常水深h0和流速v0
计算流量：
假设陡槽内的水流为均匀流,槽身纵坡为i=1：1.5=0.667，取，得到：
横断面积：
水力半径：
流速：取n=0.025，
（设计流量），故水深满足要求。
4、降水曲线
临界水深时的断面比能为：

按陡槽坡度i=1：1.5=0.667，取，按槽壁情况，取n=0.025，临界水深时的流速系数和临界坡度为：
流速系数：
临界坡度：

正常水深时的断面比能为：

按陡槽坡度i=1：1.5=0.667，取，按槽壁情况，取n=0.025，正常水深时的流速系数和坡度为：
流速系数：
坡度：
平均坡度：
5、终点断面
终点断面水深等于槽内正常水深，；流速等于槽内正常流速；
6、槽后消能
由，则，查表可得共轭水深，由此可得，需设置消能设施。
7、设置消力池
由公式算得：，取池深为0.25m；
消力池长度算得：，取池长为1.3m；
池后铺砌长度：；

排水沟
根据规定，采用梯形排水沟，用浆砌片石防护，其内侧边坡为1：1；地面宽度为0.6m，深度为0.6m，其中水深为排水沟深度的3/4，排水沟纵坡为1%，距坡脚3m。

1、设计重现期
按公路的重要程度，由表查得设计重现期为15年；
2、汇水面积和径流系数
出水口间距为40m汇水面积：

由表查得径流系数：

6、 汇流历时
设汇流历时为5min；
7、 降雨强度
由图查得上海市5年重现期10min降雨历时的降雨强度：；
由表查得该上海市15年重现期时的重现期转换系数为。由图查得上海市60min降雨强度转换系数为，再由表查得5min降雨历时转换系数为。
按照《公路排水设计规范》，计算降雨强度为：

8、 设计流量

6、检验汇流历时假设
由表查得地表粗度系数为，行车道横向坡度为2%，硬路肩横向坡度为4%，可计算得到地面汇流历时：

＝2.73 min
由线路纵坡，可计算得到平均流速为：

可计算得到沟管汇流历时：

汇流历时为：
假设汇流历时验算合格；
7、排水沟泄水能力验算

排水沟的泄水能力按下式计算：

式中：
Q —— 沟或管的泄水能力(m2/s);
V —— 沟或管内的平均流速(m/s);
A —— 过水断面面积(m2)。

计算排水沟过水断面的面积：

排水沟的水力半径：

计算排水沟的平均流速：

式中：
n—— 沟壁或管壁的粗糙系数，采用浆砌片石防护，n=0.025；
R—— 水力半径(m)；
I—— 水力坡度，可取用沟或管的底坡。

由此，平均流速为：

所以，排水沟的泄水能力：

泄水能力满足要求。
8、检验容许的最大和最小流速
为避免沟渠残生泥沙淤积，设计时应保证沟渠内的水流具有一定得流速，沟渠的最小流速同水中所含泥沙粒径有关，可按下列经验公式计算：

式中：
α——与所含土粒有关的系数；
R——水力半径（m）。
当时，
查表可得容许的最大流速
故排水沟平均流速满足要求。

参考资料
1、《公路排水设计规范》（JTG 018－97） 中华人民共和国交通部；
2、《公路排水设计手册》 姚祖康 人民交通出版社；
3、《道路设计资料集 3 路基设计》 孙家驷，李松青 人民交通出版社 2002
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